Anomalous diffusion and fractional diffusion equations

Authors

  • Giane Gonçalves UEM
  • Marcelo Kaminski Lenzi UEM
  • Luciana de Souza Moraes UEM
  • Ervin Kaminski Lenzi Fí­sica - UEM
  • Marcelo Freitas de Andrade UEM

DOI:

https://doi.org/10.4025/actascitechnol.v27i2.1476

Keywords:

difusão anômala, equação de difusão, distribuições de Lévy

Abstract

In this work we investigate the anomalous diffusion equations, usually applied to describe the anomalous diffusion, which employ fractional derivatives for the time or the spatial variables. In particular, we obtain exact solutions by taking a generic initial condition into account and developing a perturbation theory to investigate complex situations. We also verify that the fractional derivatives, when applied to the time variable, lead us to a anomalous diffusion with second moment finite, i.e., <χ2> ∝ tα (0 < α < 1, and α > 1, corresponding to sub and superdifusive behavior, respectively). By way of contrast, the fractional derivative applied to the spatial variable results in a anomalous diffusion where the second moment is not finite. These equations generalize the usual diffusion equation in order to incorporate several situations. We also employ the continuous time random walking formalism to investigate the implications obtained by using fractional derivatives in the diffusion equation

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Author Biography

Ervin Kaminski Lenzi, Fí­sica - UEM

Possui graduação em Fí­sica pela Universidade Estadual de Maringá (1996) , mestrado em Fí­sica pelo Centro Brasileiro de Pesquisas Fí­sicas (1998) , doutorado em Fí­sica pelo Centro Brasileiro de Pesquisas Fí­sicas (2002) , ensino-fundamental-primeiro-grau pelo Colégio Marista de Maringá (1989) e ensino-medio-segundo-grau pelo Colégio Marista de Maringá (1992) . Atualmente é Professor Adjunto da Universidade Estadual de Maringá, Revisor de periódico da Physical Review E - Statistical Physics, Plasmas, Fluids and Related Interd, Revisor de periódico da Physica. A, Revisor de periódico da Physical Review Letters, Revisor de periódico da Physics Letters A, Membro de corpo editorial da Acta Scientiarum (UEM) e Revisor de periódico da Journal of Physics. A, Mathematical and Theoretical. Tem experiência na área de Fí­sica , com ênfase em Fí­sica Geral. Atuando principalmente nos seguintes temas: não extensivo, transporte, difusão anômala. Currí­culo Lattes

Published

2008-03-27

How to Cite

Gonçalves, G., Lenzi, M. K., Moraes, L. de S., Lenzi, E. K., & Andrade, M. F. de. (2008). Anomalous diffusion and fractional diffusion equations. Acta Scientiarum. Technology, 27(2), 123–131. https://doi.org/10.4025/actascitechnol.v27i2.1476

Issue

Section

Chemical Engineering

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