Diffusion ist der Prozess, bei dem sich Atome oder Moleküle von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration bewegen. In den meisten Fällen tritt Diffusion in Gasen und Flüssigkeiten auf. Während der Diffusion setzt sich die Bewegung der Materie fort, bis eine gleichmäßige Verteilung erreicht ist. Das Bewegungsmuster hängt vom Konzentrationsgradienten der beteiligten Fluide oder Gase ab. Der Ausdruck Diffusion kommt von einem lateinischen Wort "diffundere", was "sich ausbreiten" bedeutet. Andere Wege, auf denen sich Stoffe von einer Region zur anderen bewegen, sind neben der Diffusion aktiver Transport und Osmose. Das Konzept der Diffusion betrifft viele Disziplinen wie Biologie, Physik, Finanzen, Wirtschaft, Soziologie und Chemie.
Falsche Diffusion
Falsche Diffusion bezieht sich auf den Fehler, der auftritt, wenn man die Upwind-Differenzierungsformel zum Berechnen mehrdimensionaler Fälle von Konvektionsdiffusion verwendet. Der Fehler fehlt, wenn der Eigenschaftsfluss parallel zu jeder Hauptachse verläuft.
Der Diffusionsprozess
Es gibt zwei Arten, in denen Diffusion auftritt: der phänomenologische Ansatz und der atomistische Gesichtspunkt. Gemäß dem phänomenologischen Ansatz tritt Diffusion auf, wenn sich eine Substanz von einem hochkonzentrierten Bereich zu einem niedrig konzentrierten Bereich bewegt, der auf dem Fickschen Diffusionsgesetz basiert. Im Gegensatz dazu versteht die atomistische Sichtweise Diffusion als Ergebnis eines zufälligen Wegs von Teilchen in einer Substanz. Zwei Gelehrte, Robert Brown und Albert Einstein, entwickelten diese Ansicht. Brown ist verantwortlich für die Random Walk Theorie, die er in 1827 entwarf, während Einstein die atomistischen Eigenschaften der Diffusion und der Brownschen Bewegungstheorie entwickelte.
Faktoren, die die Diffusion beeinflussen
Vier Hauptfaktoren beeinflussen die Diffusion von Flüssigkeiten. Einer ist der Konzentrationsgradient. Höhere Konzentrationsgradienten führen zu höheren Diffusionsraten und umgekehrt. Zweitens beeinflusst die Temperatur auch die Diffusion, da sie die kinetische Eigenschaft der Materie beeinflusst. Bei erhöhten Temperaturen nimmt die Geschwindigkeit der bewegten Teilchen zu, was zu einer schnelleren Diffusion führt. Drittens hängt die Diffusion von der Dichte eines Gases oder einer Flüssigkeit ab. Wann immer die diffundierende Substanz eine geringere Dichte hat, wird sie leichter und kann schneller diffundieren. Die Dichte wird auch geringfügig von der Größe der Partikel beeinflusst.
Beispiele für die Diffusion
Ein Beispiel für Diffusion wird in Laborexperimenten beobachtet. Wann immer die Schwefelwasserstoffverbindung verwendet wird, erzeugt sie einen stechenden Geruch. Mit der Zeit kann jeder im Labor das Gas riechen. Dieser Geruch ist ein Hinweis auf die Diffusion des Gases im Raum. Das Gas wird im Labor langsam diffundieren, bis es einen Gleichgewichtszustand erreicht. Ein anderes häufiges Beispiel ist die Lebensmittelfarbe, die in der Küche verwendet wird. Wenn Lebensmittelfarbe in Wasser gemischt und dann zu Lebensmitteln gegeben wird, verteilt es sich homogen in der Nahrung. Schließlich, wenn man Parfüm in einem Raum versprüht, verteilt es sich im ganzen Raum, so dass man den Duft von überall im Raum riechen kann. Die Verbreitung des Geruchs ist ein Beispiel für die Diffusion von Gas in die Atmosphäre. Ein Beispiel für die Verbreitung in der Soziologie ist der Begriff der kulturellen Verbreitung, der behauptet, dass sich die Kultur einer ethnischen Gruppe oder Rasse schnell auf eine andere ausbreiten könnte.
