Sebuah pelat baja dengan ketebalan $2,5 \text{ mm}$ terpapar atmosfer nitrogen pada kedua sisinya pada suhu $900^\circ \text{C}$ dan dibiarkan mencapai kondisi difusi tunak (steady-state). Koefisien difusi nitrogen dalam baja pada suhu ini adalah $1,85 \times 10^{-10} \text{ m}^2/\text{s}$, dan fluks difusi yang terukur adalah $1,0 × 10^{-7} \text{ kg}/(\text{m}^2 \cdot \text{s})$. Diketahui pula bahwa konsentrasi nitrogen dalam baja pada permukaan bertekanan tinggi adalah $2 \text{ kg/m}^3$. Seberapa jauh dari sisi bertekanan tinggi tersebut konsentrasi nitrogen akan bernilai $0,5 \text{ kg/m}^3$? Asumsikan profil konsentrasi yang linear.
Kita identifikasi data yang diperlukan dahulu
- Fluks Difusi ($J$): $1,0 × 10^{-7} \text{ kg}/(\text{m}^2 \cdot \text{s})$
- Koefisien Difusi ($D$): $1,85 \times 10^{-10} \text{ m}^2/\text{s}$
- Konsentrasi Sisi Tinggi ($C_1$): $2,0 \text{ kg/m}^3$
- Konsentrasi Sisi Rendah ($C_2$): $0,5 \text{ kg/m}^3$
Karena proses difusi ini terjadi dalam kondisi tunak (steady-state), kita menggunakan Hukum Fick I untuk mencari nilai fluks difusi ($J$)
$$J = -D\frac{\Delta C}{\Delta x} = D\frac{C_1 – C_2}{x}$$
Substitusikan nilai-nilainya
$$1,0 × 10^{-7} = 1,85 \times 10^{-10} \cdot \frac{2,0 – 0,5}{x}$$
$$1,0 × 10^{-7} \cdot x = 1,85 \times 10^{-10} \cdot 1,5$$
$$1,0 × 10^{-7} \cdot x = 2,775 \times 10^{-10}$$
$$x = \frac{2,775 \times 10^{-10}}{1,0 × 10^{-7}}$$
$$\mathbf{x = 2,775 \times 10^{-3} \text{ m}}$$
