Permeabilitet betydning

Permeabilitet betyder et materiales, en membrans eller et systems evne til at lade noget trænge igennem sig – typisk væsker, gasser, partikler eller felter (fx magnetfelter). Begrebet bruges på tværs af mange fag, fra geologi og byggeri til biologi, medicin og elektroteknik, og har dér mere snævre, målbare definitioner.

Betydning og grundidé

I sin bredeste betydning beskriver permeabilitet, hvor let noget passerer gennem noget andet. Det kan være:

• En væske, der siver gennem jord eller beton
• En gas, der diffunderer gennem plastfilm
• Vanddamp, der passerer gennem en væg eller et tekstil
• Ioner eller små molekyler, der krydser en biologisk membran
• Magnetiske felter, der “gennemtrænger” et materiale

Permeabilitet er altid et samspil mellem materialets struktur (porer, kanaler, molekylær opbygning), drivkræfter (tryk, koncentrationsgradient, feltstyrke) og det, der passerer (viskositet, størrelse, polaritet, ladning).

Etymologi

Ordet kommer af latin permeare (“trænge igennem, gennemstrømme”) + suffikset -bilitet (evne til). På dansk danner det bl.a. adjektivet permeabel (gennemtrængelig) og antonymet impermeabel (uigennemtrængelig).

Faglige betydninger og typer

Disciplin	Hvad passerer?	Størrelse (notation)	Typiske enheder	Kerneidé
Geologi/geoteknik/hydrologi	Væske i porøse medier	Intrinsisk permeabilitet (k), hydraulisk ledningsevne (K)	k: m²; K: m/s	Hvor let en væske strømmer gennem porer/kanaler
Petroleums- og reservoirteknik	Flerfase-flow (olie, vand, gas)	Relativ permeabilitet (kr)	Dimensionsløs	Effektiv permeabilitet pr. fase afhænger af mætning
Bygningsfysik	Vanddamp/luft	Vanddamppermeabilitet (δ), diffusionsmodstandstal (μ), Sd-værdi	δ: kg/(m·s·Pa); μ: –; Sd: m	Dampspærre vs. diffusionsåbne lag i konstruktioner
Materialer/polymerer/emballage	Gasser og vanddamp	Permeabilitet P; OTR/WVTR	Barrer; OTR: cm³/(m²·d·atm); WVTR: g/(m²·d)	Barriereegenskaber for film og folier
Biologi/farmakologi/fysiologi	Ioner, små molekyler	Membranpermeabilitet (P)	m/s	Transport over cellemembraner; optag/udskillelse
Elektroteknik/fysik	Magnetiske felter	Magnetisk permeabilitet (μ), relativ (μr)	H/m (henry pr. meter)	Forhold mellem B og H: B = μ·H
Tekstiler	Luft, vanddamp, væske	Luftgennemtrængelighed; MVTR	L/(m²·s); g/(m²·d)	Åndbarhed og komfort vs. vejrbestandighed

Måleenheder og centrale sammenhænge

• Porøse medier (væsker):

  • Darcy’s lov (1D form): Q = -(k·A/μ)·(ΔP/ΔL), hvor Q er volumenstrøm, A areal, μ viskositet, ΔP trykfald, ΔL længde.
  • Hydraulisk ledningsevne: K = (k·ρ·g)/μ (ρ: densitet, g: tyngdeacceleration). K afhænger af væsken; k er en materialeegenskab.

• Membraner (diffusion/opløselighed):

  • Flux ved steady state: J = P·Δc (J: stof-flux; Δc: koncentrationsforskel).
  • Permeabilitet: P = D·K/L (D: diffusionskoefficient; K: fordelingskoefficient; L: tykkelse).
  • Polymer-gas: 1 Barrer = 10⁻¹⁰ (cm³(STP)·cm)/(cm²·s·cmHg) ≈ 3,35×10⁻¹⁶ mol·m/(m²·s·Pa).

• Magnetisk permeabilitet:

  • Forhold: B = μ·H; μ = μ₀·μr.
  • μ₀ (vakuumpermeabilitet) er i moderne SI numerisk bestemt via fundamentale konstanter og er cirka 1,25663706212×10⁻⁶ H/m (historisk sat til 4π×10⁻⁷ H/m).

Målemetoder

• Jord/porøse materialer: Konstant- og faldende-hoved-permeametre; triaxialceller; feltforsøg (slug/pumpetests); kviksand og kornkurve-korrelationsmetoder.
• Bygningsmaterialer: Vanddamppermeabilitet efter standarder (fx EN ISO 12572); beregning af μ- og Sd-værdier.
• Polymerfilm/emballage: OTR/WVTR-målinger (MOCON m.fl.); Gurley-nummer for papir (tid til at passere en given luftmængde).
• Biologiske membraner: Ussing-kammer; Franz-diffusionsceller; patch-clamp/kanal-specifik permeabilitet; FRAP til lateral diffusion (relateret).
• Magnetiske materialer: Ringkerne-permeametre; impedans-/bro-målinger; B-H sløjfer.

Eksempler på brug

• “Sand har højere permeabilitet end ler, så dræning er bedre i sandjord.”
• “Betonens gaspermeabilitet påvirker armeringskorrosion og levetid.”
• “En dampspærre med høj μ-værdi forhindrer fugttransport fra indeklima til tagkonstruktion.”
• “Denne emballagefilm har lav OTR, hvilket forlænger holdbarheden af snacks.”
• “Lungekarmenes øgede permeabilitet ved inflammation kan give ødem.”
• “Lipofile lægemidler krydser typisk cellemembraner med højere permeabilitet.”
• “Ferritkerner har høj magnetisk permeabilitet og leder magnetfeltlinjer effektivt.”
• “Nafion-membranens protonpermeabilitet er afgørende for brændselscellers effektivitet.”
• “I reservoirsimulering varierer relativ permeabilitet med vandmætning.”
• “Regnjakken kombinerer lav vandpermeabilitet med høj vanddamppermeabilitet (åndbarhed).”
• “Et aktivt kulfilter kan reducere gaspermeabilitet ved adsorption.”
• “Opfugtning kan øge lerens permeabilitet midlertidigt pga. sprækkeåbning.”

Synonymer og antonymer

• Synonymer (kontekstafhængige): gennemtrængelighed, gennemstrømmelighed, (for damp) diffusionsåbenhed, (hydrologi) transmissivitet/konduktivitet (beslægtede, men ikke identiske begreber).
• Antonymer: impermeabilitet, uigennemtrængelighed, tæthed, barriereegenskab (høj barriere = lav permeabilitet).
• Relaterede ord: permeabel, impermeabel, permeation, permeat, semipermeabel.

Historisk udvikling

Begrebet blev kvantitativt formet i 1800-tallet. Henry Darcy beskrev i 1856 strømning gennem sandfiltre (Darcy’s lov), der lagde fundamentet for moderne geohydrologi og begrebet intrinsisk permeabilitet. I samme periode blev diffusion og membrantransport formaliseret (Fick, 1855), og Overton (ca. 1900) koblede stofs lipofilicitet til membranpermeabilitet. Inden for elektromagnetisme blev sammenhængen mellem B og H og størrelsen μ udviklet gennem Maxwell, Heaviside m.fl. I det 20. århundrede standardiserede materialeteknik og emballageindustrien gas- og damppermeabilitet (Barrer, OTR/WVTR), mens bygningsfysikken indførte μ- og Sd-begreber for vanddamptransport.

Relaterede begreber og vigtige forskelle

• Porøsitet vs. permeabilitet: Porøsitet måler “hvor meget hulrum”, mens permeabilitet måler “hvor godt hulrummene hænger sammen og leder flow”. Et materiale kan have høj porøsitet men lav permeabilitet (fx ler).
• Diffusivitet (D) vs. permeabilitet (P): D beskriver, hvor hurtigt molekyler bevæger sig ved diffusion; P inkluderer også opløselighed/fordeling og tykkelse: P = D·K/L.
• Konduktivitet (K) vs. k: K afhænger af både materiale og væske; k er en ren materialeparameter (m²).
• Trækning (transmittans) vs. permeabilitet: Transmittans bruges ofte om stråling/lys; permeabilitet om stof/flow/felt.
• Åndbarhed i tekstiler: Relaterer især til vanddamppermeabilitet (MVTR), ikke nødvendigvis vandtæthed (lav væskepermeabilitet).

Praktiske konsekvenser og designovervejelser

• Fugt i byggeri: Vælg lag med passende μ/Sd og korrekt placering af dampspærre for at undgå kondens.
• Filtrering og barrierer: Optimer porestørrelse, tykkelse og materiale for ønsket permeabilitet vs. selektivitet.
• Emballage: Match OTR/WVTR til produktets følsomhed over for ilt og fugt.
• Medicinsk levering: Formuleringer øger membranpermeabilitet (fx penetration enhancers) uden at skade væv.
• Reservoirer: Forstå k og k_r-kurver for at planlægge injektion og produktion.
• Elektromagnetisk design: Vælg kerner med passende μ og tab til frekvensområdet.

Typiske fejlkilder og usikkerheder

• Skalaeffekter: Laboratoriemålt k kan afvige fra feltforhold pga. anisotropi og sprækker.
• Temperaturafhængighed: Viskositet, diffusion og opløselighed ændrer sig med temperatur → P, K, OTR/WVTR varierer.
• Fugtpåvirkning: Hygroskopiske materialer kan ændre struktur og dermed permeabilitet.
• Kompatibilitet: Specifikke gasser eller opløsningsmidler kan svulme polymerer og øge gaspermeabilitet.

Ordfamilie og brug i sprog

• Substantiv: permeabilitet (fælleskøn) – “materialets permeabilitet”.
• Adjektiv: permeabel/impermeabel – “en permeabel membran”.
• Verbum (sjældnere): at permeere (gennemtrænge) – “gassen permeerer filmen”.
• Afledninger: permeation, permeat, semipermeabel.

Kort opsummering

Permeabilitet beskriver gennemtrængelighed og kan måles og modelleres forskelligt afhængigt af disciplinen. Uanset om der er tale om vand i jord, ilt gennem plast, ioner over en cellemembran eller magnetfelter i en spolekerne, er kernen den samme: forholdet mellem drivkraft, materialets struktur/egenskaber og det, der passerer.