Rozpylanie gazu

W przypadku dyfuzji gazowej cząsteczki gazu rozprzestrzeniają się samodzielnie w wyniku ruchu termicznego. Cząsteczki przemieszczają się z obszarów o wyższym stężeniu do obszarów o niższym stężeniu, aż do osiągnięcia równowagi stężenia. Proces ten nie wymaga zewnętrznego przepływu, a opiera się wyłącznie na ciągłym, losowym ruchu cząsteczek gazu.

W mieszaninach gazowych dyfuzja powoduje mieszanie się różnych gazów, nawet jeśli nie występuje makroskopowa konwekcja. Szybkość dyfuzji jest znacznie wyższa w gazach niż w cieczach, ponieważ odległości między cząstkami są większe, a średnie prędkości cząstek wyższe. Oprócz gradientów stężenia, na procesy dyfuzji mogą również wpływać gradienty temperatury i ciśnienia.

Pod względem technicznym dyfuzja gazowa odgrywa rolę w wielu dziedzinach, na przykład w wymianie gazowej w płucach, w przepływie gazów przez media porowate, w suszeniu, w procesach membranowych lub w specjalnych procesach separacyjnych, takich jak proces dyfuzji gazowej do separacji izotopów. W inżynierii procesowej dyfuzja w gazach jest często opisywana za pomocą ogólnych praw dyfuzji, natomiast w mieszaninach wieloskładnikowych stosuje się modele takie jak dyfuzja Maxwella-Stefana.

Dyfuzja gazu to transport substancji spowodowany gradientem stężenia. Nie dochodzi przy tym do przepływu makroskopowego. Siłą napędową jest gradient stężenia. Gęstość przepływu substancji jest proporcjonalna do gradientu. Znak minus w wzorze oznacza transport w kierunku malejącego stężenia. Prawo Ficka (stacjonarne) brzmi:

J = - D · (dc/dx)

• J = gęstość przepływu materiału
• D = współczynnik dyfuzji
• c = stężenie substancji
• x = współrzędna lokalizacji