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Diffusion

Was ist Diffusion? - Prinzip der Diffusion bei Luftreinigern

Inhalt:

Was ist Diffusion?

Der Begriff Diffusion leitet sich aus dem lateinischen diffundere ab, was so viel wie ausbreiten, verstreuen oder ausgießen heißt. Heute bezeichnet der Begriff den physikalischen Prozess des natürlichen Konzentrationsausgleiches aufgrund der brownschen Molekularbewegung.

Praktisch bedeutet dies, dass sich unterschiedliche Gase, unterschiedliche Flüssigkeiten oder verschiedene, bewegliche Moleküle sich im Laufe der Zeit auf natürliche Weise miteinander vermischen, ohne dass dafür ein zutun von außen nötig ist.

Möglich wird diese natürliche Vermischung durch die ungerichtete Zufallsbewegung von Teilchen aufgrund ihrer thermischen Energie. Je höher die Wärmeenergie, desto schneller auch die Vermischung. Statistisch gesehen bewegen sich bei einer ungleichmäßigen Verteilung von Teilchen mehr Teilchen aus Bereichen hoher Konzentration in Bereiche geringerer Konzentration als umgekehrt.

Beispiele aus dem Alltag für Diffusion

  • Ausbreitung von Gerüchen: Nicht nur Hundepupse breiten sich schnell aus, auch andere Gerüche erweitern schnell ihren Einflussbereich. Bei Gasen erfolgt die Diffusion aufgrund der hohen Teilchengeschwindigkeit besonders schnell.
  • Vermischung von Flüssigkeiten: Wenn Sie zwei Flüssigkeiten zusammengeben, werden sich diese mit der Zeit gleichförmig vermischen. Ausnahmen sind polare und unpolare Flüssigkeiten, also Flüssigkeiten, die eine Ladung aufweisen und Flüssigkeiten, die elektrisch neutral sind wie zum Beispiel Wasser und Öl.
  • Ausgleichung einer Druckdifferenz: Öffnet man zum Beispiel das Ventil eines Autoreifens wird die komprimierte Luft im Inneren des Autoreifens nach außen streben, bis das Druckgefälle wieder hergestellt ist. Als Ergebnis wartet ein platter Reifen.

Das Prinzip der Diffusion bei Luftreinigern mit HEPA Filtern.

HEPA Filter sind ausgesprochen effiziente Filter. Sie sind in der Lage selbst kleinste Teilchen bis zu einer Größe von 0,1 Mikrometer einzufangen. HEPA Filter bestehen aus Glasfasermatten aus sehr dichten und unregelmäßig angeordneten Glasfasern. Die Glasfasern haben einen Durchmesser von gerade mal 1 bis 10 Mikrometer. Die Matten sind zick-zack-förmig um Aluminiumseparatoren gefaltet. HEPA Filter nutzen gleich drei verschiedene physikalische Prinzipien aus.

1. Sperreffekt

Wenn leichte Schwebteilchen den Weg durch einen HEPA-Filter antreten, folgen sie dem Verlauf des Luftstromes, der sie an unzähligen Glasfasern vorbeiführt. Sobald ein Teilchen einer Glasfaser zu Nahe kommt, bleibt es aufgrund von Adhäsionskräften an ihr kleben.

2. Trägheitseffekt

Größere Teilchen mit einer größeren Masse haben automatisch auch eine größere Trägheit. Bei plötzlichen Änderungen des Luftstromes im Filter, zu Beispiel aufgrund einer im Weg stehenden Glasfaser, ist das Trägheitsmoment des Teilchens so groß, dass es geradeaus weiterfliegt, direkt auf die Glasfaser zu, wo wiederrum Adhäsionskräfte dafür sorgen, dass es haften bleibt.

3. Diffusionseffekt

Schwebteilchen verhalten sich fast wie Gase und stoßen miteinander im Flug zusammen. Aufgrund ihrer geringen Masse, kommt es bei diesen Zusammenstößen zu Richtungswechsel, die unter anderem dafür sorgen, dass Teilchen im Netz der Glasfasermatten landen. Der Diffusionseffekt sorgt dafür, dass auch extrem kleine Partikel, die eine sehr geringe Trägheit aufweisen, mit den Glasfasern eines HEPA-Filters in Berührung kommen und aufgrund von Adhäsionskräften haften bleiben.

Zusatzinfo: Unter den Adhäsionskräften sind die Kräfte gemeint, die das Zusammenhalten der Atome oder Moleküle auf verschiedene Arten bewirken.

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