Pe mecanismul de propagare a mirosului în aer

1 GOU VPO "Federal University Sud"

Lucrarea este o încercare de a scăpa de o concepție greșită larg răspândită în rândul profesorilor de fizică în ceea ce privește mecanismul de propagare a mirosului în aer. În prima parte a articolului, teoretic, se arată că difuzia nu poate explica acest fenomen fizic. Un mecanism alternativ pentru a descrie acest proces poate fi concentrarea prin convecție.

drumul liber

1. Slobodetskiĭ I.Sh. LG Aslamazov Probleme în fizica // Biblioteca «Quantum», № 5, 1980.

2. mișcare Einstein A. Smoluchowski M. browniană. - M. - L. 1936.

La problema mecanismului de propagare a mirosului aproape lyubQoy instituție de formare a cadrelor didactice (și nu numai) pentru a răspunde că, desigur, aceeași difuzie. Cu toate acestea, răspunsul la această întrebare nu este atât de evidentă.

În primul rând, ar trebui să se facă referire la publicarea anexa la revista „Quantum“. [1] Acolo, în rezolvarea problemei mecanismului de propagare a mirosului în aer se referă la răspândirea mirosului prin convecție, dar în subsidiar considerat și impactul difuzarea acestui proces.

Să încercăm să înțelegem mai în detaliu în acest sens. Primul lucru de făcut este de a construi un model de răspândirea mirosului. Începem cu difuzia gazelor. DIFFUSION (Lat diffusio. - diseminare - difuzare, împrăștiere), mișcarea particulelor din mediu, ceea ce duce la substanța de transfer și de egalizare de concentrare sau de a stabili o distribuție concentrație de echilibru a particulelor din clasa a mediului.

In 1920 godu Stern pune experimente pentru a determina vitezele termice ale moleculelor în experimente cu fascicule moleculare. Aceste experimente au dat viteza cea mai probabilă pentru valoarea moleculelor de argint de aproximativ 500 m / s. Este clar că moleculele din gazul se va muta progresiv această viteză. În interiorul substanță este un număr enorm de molecule. Din ecuația fundamentală MKT

Rezultă că concentrația moleculelor de gaz este

.

Se calculează concentrația la presiunea atmosferică și la o temperatură de 273 K.

.

Nu ne putem imagina un astfel de număr. Este inimaginabil o valoare enormă pe Pământ există atât de multe valori măsurate. Distanța prin care molecula se deplasează între două ciocniri succesive, se numește lungimea drumului liber. Din cauza mișcarea haotică a secțiunilor drepte ale traiectoriei pe care molecula se misca, poate varia foarte mult în lungime. Prin urmare, vorbind despre drumul liber. Calea medie liberă este invers proporțională cu rădăcina pătrată a concentrației moleculelor.

.

În aer, la o densitate normală clasă în decurs de 1 până la aproximativ 1 moleculă suferă miliarde. Coliziunea. În același timp, se schimbă în mod constant direcția de mișcare. Cum se poate calcula timpul teoretică a mișcării de translație într-o direcție a moleculei?

Într-o anumită măsură, difuzia poate fi asemănat cu mișcarea browniană. Desigur, dimensiunea atomilor este mult mai mică decât particulele browniene, dar ni se pare că acest lucru nu este un obstacol fundamental pentru efectuarea unor estimări numerice.

mișcare browniană a moleculelor confirmă mișcarea termică haotică și intensitatea mișcării temperaturii. În primul rând mișcare aleatorie a particulelor fine, urmarit botanistul englez Robert Brown în 1827, luând în considerare particulele solide aflate în suspensie în apă - spori Lycopodium. Deoarece mișcarea particulelor într-un lichid sau un gaz numit browniană.

Teoria mișcării browniene în viața reală

Teoria random walk are importanta aplicație practică. Se spune că, în lipsa unor repere (soarele, stelele, zgomotul autostrada sau cale ferată etc.), omul rătăcește în pădure, pe câmp sau într-un viscol în ceață densă în cercuri, revenind întotdeauna în locația sa inițială. De fapt, el nu merge în cercuri, și aproximativ modul în care moleculele muta, sau particule browniene. În locul său, el poate veni înapoi, dar numai accidental. Dar felul lui el trece peste si peste din nou. Ei spun, de asemenea, că oamenii înghețate într-un viscol este „într-un kilometru“ de la cel mai apropiat locuința sau drumuri, dar, de fapt, persoana nu a avut nici o șansă să treacă kilometru, și iată de ce.

Pentru a calcula cât de mult oamenii vor fi strămutate ca urmare a mers aleator, noi trebuie să știm valoarea lambda, de exemplu, distanta o persoană poate merge într-o linie dreaptă, fără repere. Această valoare cu ajutorul studenților voluntari masurat medicul de geologice-mineralogice Stiinte BS Gorobets. Desigur, el nu le lăsați într-o pădure deasă sau pe un teren acoperit cu zăpadă, a fost mai ușor - a pus elevul în centrul unui stadion gol, legat ochii și a cerut în tăcere (pentru a elimina orientarea sunetului), du-te la sfârșitul câmpului de fotbal. Sa constatat că studentul mediu a avut loc într-o linie dreaptă, doar aproximativ 20 de metri (abatere de la linia dreaptă ideală nu este mai mare de 5 °), și apoi începe să se abată din ce în ce de la direcția inițială. În cele din urmă, el sa oprit departe de margine.

Să presupunem acum că există un om (sau, mai degrabă, rătăcitor), în pădure, la 2 kilometri pe oră (pentru un drum este foarte lent, dar pădurea deasă - foarte repede), apoi în cazul în care valoarea λ este egală cu 20 de metri, apoi o oră va fi de 2 km, dar schimbare de numai 200 m, două ore - aproximativ 280 m, în trei ore - 350 m, timp de 4 ore - 400 m etc. Deplasarea direct la aceeași viteză, o persoană pentru 4 chasa va trece la 8 km .. .

În continuare, trebuie să ne amintim lucrarea lui Einstein și M. Smoluchowski [2]. Ei mișcare browniană a obținut o expresie pentru deplasarea medie pătrată a particulelor de-a lungul unei direcții arbitrare:

,

aici - coeficientul de difuzie, t - timpul mișcării particulelor. Cunoscând coeficientul de difuzie în gazul D, și prin stabilirea distanței R, poate fi estimat timp de trecerea unei părți din această distanță.

În cazul în care coeficientul de difuzie al vaporilor de alcool în aer pentru a lua valoarea D = 10-5 m2 / s, pentru o distanță de R = 1 m, obținem timpul t

5⋅104 h = 13,9. Aceasta este rezultatul destul de elocvent.

Pe de altă parte, dacă este privită în ceea ce privește tulburările de miros de echilibru stare a mediului nu poate fi (de exemplu, în prezența unui gradient de concentrație)? Deoarece conform legii gaz ideal (1), și în prezența unui gradient de concentrație într-un mediu izoterm apare gradient de presiune, care poate duce la fluxul de convecție hidrodinamic în cadrul câmpurilor individuale ale gazului. În acest caz, trebuie să vorbim de convecție, ca mecanism principal pentru răspândirea mirosului. De exemplu, în condiții de convecție termică arată că fumul de țigară se raspandeste rapid în toate direcțiile, nu doar sub forța lui Arhimede, sau în jos, sub efectul gravitației. Cu toate acestea, în acest caz, vorbim despre convectie de căldură.

Transferul de substanță cauzate de difuzie moleculară în același timp, și o mișcare macroscopică a medie (convectia) se numește convective difuzie.

difuziune convectiva poate fi cauzată de acțiunea asupra sistemului de presiune diferențială, și câmpul gravitațional. Cand vine vorba de fumul de țigară, atunci avem de-a face cu o difuzie convectiva cauzată de acțiunea gravitației. În acest caz, propagarea mirosului, suntem susceptibile de a avea de a face cu difuzie convectiva cauzată de diferența de presiune în diferite părți ale mediului. Mecanismul acestui proces este destul de complex și dincolo de domeniul de aplicare, desigur, fizica școală.

În a doua parte a acestui articol ne vom uita la un experiment care a fost făcută pentru a elucida rolul de difuzie convectiv în răspândirea mirosului.

Vă aducem revistele publicate de editura „Academia de Științe Naturale“

(Factor de impact ridicat RISC, teme reviste care acoperă toate domeniile științifice)