Was versteht man unter Stoffübertragung?
Transport von Masse (einer oder mehrerer Komponenten) innerhalb eines Systems aufgrund von Gradienten.
Analogie zur Wärmeübertragung, aber mit Stoff statt Energie
Welche treibenden Kräfte können Stofftransport verursachen?
Konzentrationsgradient
Temperaturgradient
Druckgradient
Wie wird die Phase in Stoffübertragung definiert
Bereich eines Systems, in dem man jedem Volumenelement ein eindeutiger Wert der thermodyn. Variabelen Temperatur, Druck, Konzentration zuordnen kann. Es gibt keine Sprunghaften, sondern nur stetige Änderung.
Warum bewegen sich Stoffe von hoher zu niedriger Konzentration?
Aufgrund statistischer Molekülbewegung — Bereiche hoher Konzentration haben mehr Teilchen, die wegdiffundieren können.
Führt zum Konzentrationsausgleich.
Anwendungsbereiche
Umwelttechnik
Verfahrenstechnik
Trocknung
chemische Reaktionen
biologische Prozesse
Was ist Diffusion?
Makroskopisch wahrnehmbare Relativbewegung von Stoffkomponenten innerhalb einer Phase aufgrund unterschiedlicher Molekülgeschwindigkeiten.
Warum ist Diffusion ein rein molekularer Prozess?
Weil sie durch zufällige thermische Bewegung einzelner Moleküle entsteht — ohne makroskopische Strömung.
Welche Größen beschreiben die Zusammensetzung eines Gemisches?
Molanteile
Massenanteile
Stoffmengenkonzentration
Massenkonzentration
Gemischkonzentration
Warum gibt es verschiedene Konzentrationsmaße?
Weil je nach Problem unterschiedliche Größen einfacher zu messen oder zu berechnen sind.
Was ist die Diffusionsstromdichte?
Warum ist die Bezugsgeschwindigkeit wichtig?
Stoffmenge einer Komponente, die pro Zeit durch eine Flächeneinheit diffundiert.
Analog zur Wärmestromdichte
Weil Diffusion relativ zur mittleren Geschwindigkeit des Gemisches betrachtet wird.
Ohne klare Referenz wäre der Stoffstrom nicht eindeutig definiert.
Warum kann Diffusion auftreten, obwohl das Gemisch insgesamt ruht?
Weil sich einzelne Komponenten relativ zueinander bewegen können.
Was besagt das 1. Fick’sche Gesetz?
Warum steht ein negatives Vorzeichen im Fick’schen Gesetz?
Der Diffusionsstrom ist proportional zum negativen Konzentrationsgradienten.
Analogie zum Fourier’schen Gesetz der Wärmeleitung
Weil Stoff von hoher zu niedriger Konzentration diffundiert — entgegen der Richtung steigender Konzentration.
Was ist der Diffusionskoeffizient D?
Warum ist D in Gasen größer als in Flüssigkeiten?
Er beschreibt die Geschwindigkeit des Stofftransports durch Diffusion.
Abhängig von:
Temperatur
Druck
Medium
Stoffpaar
Weil Moleküle in Gasen größere freie Weglängen und geringere Wechselwirkungen haben.
Was ist ein binäres System?
Ein Gemisch aus zwei Komponenten (z. B. A und B).
Was bedeutet äquimolare Gegendiffusion?
Warum bleibt der Gesamtdruck bei äquimolarer Diffusion konstant?
Beide Komponenten diffundieren mit gleicher Stoffmenge in entgegengesetzte Richtungen → kein Netto-Volumenstrom.
jA + jB = 0
Weil keine Nettobewegung der Gesamtstoffmenge stattfindet.
Tront´sche Regel
molare Verdampfungsenthalpien sind für alle Komponenten nährungsweise gleich.
Was ist einseitige Diffusion?
Nur eine Komponente diffundiert, während die andere ruht. Beispiel: Wasserdampf diffundiert in ruhende Luft
Was unterscheidet Konvektion von reiner Diffusion?
Warum ist konvektiver Transport meist stärker als Diffusion?
Wo tritt konvektiver Stofftransport besonders auf?
Bei Konvektion wird Stoff zusätzlich durch makroskopische Strömung transportiert.
Weil Strömung große Stoffmengen schnell bewegt, während Diffusion langsam ist.
An Grenzflächen zwischen Fluid und Oberfläche.
Welche Bilanz beschreibt das Konzentrationsfeld?
Welche Beiträge enthält diese Bilanz?
Frage
Die Stoffmengenbilanz einer Komponente.
Analog zur Energiebilanz bei Wärmeleitung
Diffusionsströme
Konvektionsströme
chemische Reaktionen (Quellen/Senken)
Warum ist Stoffübertragung mathematisch analog zur Wärmeleitung?
Beide werden durch ähnliche Differentialgleichungen beschrieben.
Wärmeleitung ↔ Diffusion
Welche Kennzahl ist gleich wie die Nusselt-Zahl?
Die Sherwood-Zahl — beschreibt konvektiven Stofftransport.
Verhältnis von Impulsdiffusion zu Stoffdiffusion.
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