¿La ecuación de continuidad es válida para una corriente de difusión?

Por un lado, tenemos la ecuación de difusión:

ρ t = D 2 ρ
y por otro lado, tenemos la primera ley de Fick:
j = D ρ .
si aplicamos a la ley de Fick:
j = D 2 ρ
e insertamos esto en la ecuación de difusión, encontramos
ρ t = j .
Si ahora suponemos que la corriente j se puede describir en términos de un campo de velocidad tu :
j ρ tu ,
esto produce exactamente la ecuación de continuidad:
ρ t = D ( ρ tu ) .
¿Hay algún error en los pasos anteriores? El resultado me desconcierta un poco porque la ecuación de continuidad generalmente se asocia con la advección y no con la difusión.

¿No debería su tercera ecuación aplicar una divergencia, no un gradiente? Luego, la cuarta ecuación debe ser negativa en el RHS, lo que la convierte en la ecuación de continuidad (es decir, la variación temporal de una densidad más la divergencia de un flujo es igual a cero en ausencia de fuentes o sumideros).

Respuestas (1)

Sí, de hecho, la ecuación de difusión es esencialmente una ecuación de continuidad. Ecuación de tipo Fokker-PLanck más general (es decir, una ecuación de difusión con un término de deriva),

t ρ ( r , t ) = [ F ( r ) ρ ( r , t ) ] + D 2 ρ ( r , t )
se puede escribir como una ecuación de continuidad
t ρ ( r , t ) = j ( r , t ) ,
donde la corriente se define como
j ( r , t ) = F ( r ) ρ ( r , t ) D ρ ( r , t ) .
Por lo tanto, convertir una ecuación similar a la de difusión en una ecuación de continuidad es cuestión de definir correctamente la corriente.