Fick.s lait kuvaavat diffuusioprosessi, joka on olennainen monissa tekniikka- ja tieteellisissä sovelluksissa. Ne auttavat ennustamaan, miten aineet liikkuvat eri tiedotusvälineissä, auttaa suunnittelussa ja analysoinnissa järjestelmiä, joihin liittyy massasiirto.

Fick... Ensimmäinen oikeus

Ensimmäisessä laissa todetaan, että diffuusin aineen virtaus on suhteessa pitoisuusgradienttiin.

]J = -D (dC/dx)

jossa J on diffuusiovuo, D on diffuusiokerroin ja dC/dx on pitoisuusgradientti. Tätä lakia sovelletaan tasatilan diffuusioon, jossa pitoisuusprofiili ei muutu ajan kuluessa.

Fick... Toinen oikeus

Toisessa laissa kuvataan, miten pitoisuus muuttuu ajan kuluessa väliaineen sisällä. Se on hyödyllinen transientti diffuusio-ongelmia ja on kirjoitettu seuraavasti:

∂C/∂t = D ∂2C/∂x2

Tämä osittainen DIFFERENTIAL EQUATION mahdollistaa konsentraatioprofiilien laskemisen eri aikoina, kun otetaan huomioon alku- ja raja-arvot.

Sovellus suunnittelussa

Insinöörit käyttävät Fick... lakeja optimoidakseen prosesseja, kuten kalvojen erotusta, lääkkeiden toimitusta ja kemiallisia reaktoreita. Laskelmissa määritetään diffuusiokertoimet ja pitoisuusgradientit ennustaakseen massansiirtonopeuksia tarkasti.

Esimerkiksi kalvojärjestelmän suunnittelussa voidaan laskea virtaus riittävän siirtonopeuden varmistamiseksi ja energiankulutuksen minimoimiseksi. Laskelmat auttavat valitsemaan sopivat materiaalit ja toimintaolosuhteet.

Näytteen laskeminen

Oletetaan, että pitoisuusgradientti on 10 mol/m3 0,01 m kalvon päällä, diffuusiokerroin 1×10-9 m2/s. Vuoto lasketaan seuraavasti:

]J = -D (dC/dx) = - (1×10−9) × (10 / 0,01) = -1×10-6 mol/m2·s

Tämä osoittaa aineen hajaantumisnopeuden kalvon läpi tietyissä olosuhteissa.