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- Diffusion (lat. diffundere ‚ausgießen‘, ‚verstreuen‘, ‚ausbreiten‘) ist ein natürlich ablaufender, physikalischer Prozess. Er führt mit der Zeit zur vollständigen Durchmischung zweier oder mehrerer Stoffe durch die gleichmäßige Verteilung der beteiligten Teilchen. Bei den Teilchen kann es sich um Atome, Moleküle oder Ladungsträger handeln. Bei den Stoffen handelt es sich meist um Gase und Flüssigkeiten, weniger um Feststoffe und Plasmen. Diffusion beruht auf der ungerichteten Zufallsbewegung von Teilchen aufgrund ihrer thermischen Energie („thermische Bewegung“, s.u.). Bei ungleichmäßiger Verteilung bewegen sich statistisch mehr Teilchen aus Bereichen hoher in Bereiche geringer Konzentration bzw. Teilchendichte, als umgekehrt. Dadurch wird netto ein makroskopischer Stofftransport bewirkt. Unter Diffusion versteht man in der Regel diesen Netto-Transport. Der Begriff wird aber auch für den zugrundeliegenden mikroskopischen Prozess verwendet. In einem abgeschlossenen System bewirkt Diffusion den Abbau von Konzentrationsunterschieden bis hin zur vollständigen Durchmischung. Die Zeit, die dafür benötigt wird, wächst im -dimensionalen Raum mit der -ten Potenz des Abstands. Diffusion ist daher vor allem auf Nano- bis Millimeter-Skalen wirksam; auf größeren Skalen dominiert in Flüssigkeiten und Gasen in der Regel Stofftransport durch Strömung (Konvektion). Diffusion kann auch durch eine poröse Wand oder Membran hindurch erfolgen und spielt bei der Osmose eine wichtige Rolle. Es ist wichtig verschiedene Arten der Diffusion zu unterscheiden: Kollektive Diffusion ist die Diffusion mehrerer Teilchen entlang eines Konzentrationsgradienten, darunter fallen beispielsweise die Fickschen Gesetze. Dem steht die Selbstdiffusion gegenüber, welche die Diffusion eines einzelnen Teilchens beschreibt. Beispielsweise beschreibt die Einsteinrelation Selbstdiffusion. Außerdem ist es wichtig zwischen Kurz- und Langzeitselbstdiffusion zu unterscheiden: Der Selbstdiffusionskoeffizient (Subskript S steht für Selbstdiffusion) ist eine Funktion der Zeit. Für extrem kurze Zeiten kleiner der Brownschen Relaxationszeit spricht man vom ballistischen Regime. Für Zeiten in der Nähe der Brownschen Relaxationszeit herrscht die Kurzzeitdiffusionskonstante vor, während im Limes großer Zeiten die Langzeitdiffusionskonstante vorherrscht (de)
- Diffusion (lat. diffundere ‚ausgießen‘, ‚verstreuen‘, ‚ausbreiten‘) ist ein natürlich ablaufender, physikalischer Prozess. Er führt mit der Zeit zur vollständigen Durchmischung zweier oder mehrerer Stoffe durch die gleichmäßige Verteilung der beteiligten Teilchen. Bei den Teilchen kann es sich um Atome, Moleküle oder Ladungsträger handeln. Bei den Stoffen handelt es sich meist um Gase und Flüssigkeiten, weniger um Feststoffe und Plasmen. Diffusion beruht auf der ungerichteten Zufallsbewegung von Teilchen aufgrund ihrer thermischen Energie („thermische Bewegung“, s.u.). Bei ungleichmäßiger Verteilung bewegen sich statistisch mehr Teilchen aus Bereichen hoher in Bereiche geringer Konzentration bzw. Teilchendichte, als umgekehrt. Dadurch wird netto ein makroskopischer Stofftransport bewirkt. Unter Diffusion versteht man in der Regel diesen Netto-Transport. Der Begriff wird aber auch für den zugrundeliegenden mikroskopischen Prozess verwendet. In einem abgeschlossenen System bewirkt Diffusion den Abbau von Konzentrationsunterschieden bis hin zur vollständigen Durchmischung. Die Zeit, die dafür benötigt wird, wächst im -dimensionalen Raum mit der -ten Potenz des Abstands. Diffusion ist daher vor allem auf Nano- bis Millimeter-Skalen wirksam; auf größeren Skalen dominiert in Flüssigkeiten und Gasen in der Regel Stofftransport durch Strömung (Konvektion). Diffusion kann auch durch eine poröse Wand oder Membran hindurch erfolgen und spielt bei der Osmose eine wichtige Rolle. Es ist wichtig verschiedene Arten der Diffusion zu unterscheiden: Kollektive Diffusion ist die Diffusion mehrerer Teilchen entlang eines Konzentrationsgradienten, darunter fallen beispielsweise die Fickschen Gesetze. Dem steht die Selbstdiffusion gegenüber, welche die Diffusion eines einzelnen Teilchens beschreibt. Beispielsweise beschreibt die Einsteinrelation Selbstdiffusion. Außerdem ist es wichtig zwischen Kurz- und Langzeitselbstdiffusion zu unterscheiden: Der Selbstdiffusionskoeffizient (Subskript S steht für Selbstdiffusion) ist eine Funktion der Zeit. Für extrem kurze Zeiten kleiner der Brownschen Relaxationszeit spricht man vom ballistischen Regime. Für Zeiten in der Nähe der Brownschen Relaxationszeit herrscht die Kurzzeitdiffusionskonstante vor, während im Limes großer Zeiten die Langzeitdiffusionskonstante vorherrscht (de)
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- Diffusion (lat. diffundere ‚ausgießen‘, ‚verstreuen‘, ‚ausbreiten‘) ist ein natürlich ablaufender, physikalischer Prozess. Er führt mit der Zeit zur vollständigen Durchmischung zweier oder mehrerer Stoffe durch die gleichmäßige Verteilung der beteiligten Teilchen. Bei den Teilchen kann es sich um Atome, Moleküle oder Ladungsträger handeln. Bei den Stoffen handelt es sich meist um Gase und Flüssigkeiten, weniger um Feststoffe und Plasmen. -dimensionalen Raum mit der Diffusion kann auch durch eine poröse Wand oder Membran hindurch erfolgen und spielt bei der Osmose eine wichtige Rolle. (de)
- Diffusion (lat. diffundere ‚ausgießen‘, ‚verstreuen‘, ‚ausbreiten‘) ist ein natürlich ablaufender, physikalischer Prozess. Er führt mit der Zeit zur vollständigen Durchmischung zweier oder mehrerer Stoffe durch die gleichmäßige Verteilung der beteiligten Teilchen. Bei den Teilchen kann es sich um Atome, Moleküle oder Ladungsträger handeln. Bei den Stoffen handelt es sich meist um Gase und Flüssigkeiten, weniger um Feststoffe und Plasmen. -dimensionalen Raum mit der Diffusion kann auch durch eine poröse Wand oder Membran hindurch erfolgen und spielt bei der Osmose eine wichtige Rolle. (de)
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- Diffusion (de)
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