На механизма на разпространение на миризма във въздуха

1 Гоу VPO "Южен федерален университет"

Документът е опит да се отърве от един широко разпространен погрешно схващане сред учителите по физика по отношение на механизма на разпространение на миризма във въздуха. В първата част на статията е показал, че теоретично дифузия не може да обясни това физическо явление. Един алтернативен механизъм за описание на този процес може да бъде концентрация конвекция.

средната свободен пробег

1. Slobodetskiĭ I.Sh. LG Aslamazov Проблеми във физиката // Библиотека «Quantum», № 5, 1980.

2. Einstein A. М. Smoluchowski брауново движение. - М. - L. 1936.

По въпроса за механизма на разпространение на миризма почти lyubQoy подготовката на учителите институция (и не само), за да се отговори на този, разбира се, една и съща разпространението. Въпреки това, отговорът на този въпрос не е толкова очевидно.

На първо място, трябва да се направи препратка към публикува приложението към списание "Quantum". [1] Там, в решаване на проблема на механизма на разпространение на миризма във въздуха се отнася до разпространението на миризма се дължи на конвекция, но като алтернатива счита и въздействието на дифузията на този процес.

Нека се опитаме да разберем по-подробно в това отношение. Първото нещо, което да направите, е да се изгради модел на разпространението на миризми. Започваме с разпространението на газове. ДИФУЗИЯ (шир diffusio -. Разпространение - разпространение, разсейване), движението на частици в среда, което води до вещество трансфер и изравняване на концентрация или за установяване на равновесие разпределение на концентрация на частици от класа на средата.

През 1920 godu Stern поставя експерименти за определяне на топлинни скоростите на молекули в експерименти с молекулярен лъч. Тези експерименти дадоха най-вероятната скорост за сребърни молекули стойност от около 500 м / сек. Ясно е, че молекулите в газа ще се движат постепенно тази скорост. Вътре вещество е огромен брой молекули. От основно уравнение MKT

От това следва, че концентрацията на молекулите на газа е

.

Ние изчисляване на концентрацията, при атмосферно налягане и температура от 273 К.

.

Ние не можем да си представим такъв номер. Тя е невъобразимо огромна стойност на Земята има толкова много измерени стойности. Разстоянието от които молекулата се движи между две последователни сблъсъци, то се нарича свободен дължината на пътя. Поради хаотичното движение на правите участъци от траекторията, по които се движи молекулата, може да варира значително в дължина. Затова говорим за средната свободен пробег. Средният свободен пътеката е обратно пропорционална на корен квадратен от концентрацията на молекулите.

.

В въздух при нормално плътност в клас в рамките на 1 до около 1 молекула претърпява млрд. Сблъсък. В същото време тя се променя непрекъснато посоката си на движение. Как може да се изчисли теоретичната време на постъпателно движение в една посока на молекулата?

До известна степен разпространението може да се оприличи брауново движение. Разбира се, размерът на атома е много по-малък от Брауновото частици, но ни се струва, че това не е основна пречка за извършването на някои цифрови оценки.

Брауново движение на молекули потвърждава хаотично топлинно движение и интензивността на движението на температурата. Първо случайно движение на фини прахови частици, гледах английски ботаник Робърт Браун през 1827, като се има предвид спрените твърдите частици във водата - Lycopodium спорите. Тъй като движението на частици в течност или газ нарича брауново.

Теория на брауново движение в реалния живот

Случайни теория пеша има важно практическо приложение. Говори се, че при липсата на забележителности (слънцето, звездите, шума на магистралата или жп линията и т.н.) човек се скита в гората, на полето или в снежна буря в гъстата мъгла в кръг, винаги се връща към първоначалното си местоположение. В действителност, той не ходи в кръг, и приблизително колко молекули се движат, или брауново частици. На негово място, той може да се върне, но само случайно. Но пътя си той преминава отново и отново. Казват също, че хората, замразени в виелица е "в някои километър" от най-близкото жилище или пътищата, но в действителност лицето не е имал шанс да се премине на километър, и ето защо.

За да се изчисли колко хора ще бъдат разселени в резултат на случайна разходка, трябва да знаем стойността на ламбда, т.е. разстоянието човек може да ходи по права линия, без забележителности. Тази стойност с помощта на студенти-доброволци, измерена на лекаря на геоложко-минераложки науки BS Gorobets. Разбира се, той не ги остави в гъста гора или в поле покрити със сняг, това е по-лесно - сложи ученика в центъра на празен стадион, завързани очи и попита в мълчание (за премахване на ориентацията на звука) отидете на края на футболното игрище. Установено е, че средният студент се проведе в права линия, само на около 20 метра (отклонение от идеалната права линия е не по-голям от 5 °), а след това започва все повече да се отклонява от първоначалната посока. В крайна сметка той се спря далеч от ръба.

Да предположим сега, че има един човек (или по-скоро, скитане) в гората на 2 километра в час (за автомобилния транспорт, е много бавен, но гъстата гора - много бързо), а след това, ако стойността на λ е равна на 20 метра, а след един час той ще бъде 2 км, но смяна на 200 м, два часа - около 280 m, в три часа - 350 м, в продължение на 4 часа - 400 m и др транспортни права със същата скорост, човек в продължение на 4 часа ще мине 8 км .. ,

След това, трябва да се припомни, работата на Einstein и М. Smoluchowski [2]. Те Брауново движение получава израз за средното квадратично отклонение на частици по произволна посока:

,

тук - коефициента на дифузия, т - време на движение на частиците. Знаейки, коефициентът на дифузия в газ D, както и чрез задаване на разстояние R, може да се определи времето на преминаване на част от това разстояние.

Ако коефициентът на дифузия на парата алкохол във въздуха да излезе стойност D = 10-5 m2 / S, на разстояние R = 1 м, ние получаваме време T

5⋅104 часа = 13.9. Това е доста красноречив резултат.

От друга страна, ако се гледа по отношение на нарушения миризма равновесно състояние на средата не може да бъде (например, в присъствието на градиент на концентрация)? Тъй като съгласно закона за идеалния газ (1), и в присъствието на градиент на концентрация в изотермични условия появява градиент налягане, което може да доведе до хидродинамичен конвекция на потока в отделните области на газ. В този случай, ние трябва да говорим за конвекция, като основен механизъм за разпространение на миризми. Например, при условия на термична конвекция показва, че цигареният дим бързо се разпространява във всички посоки, а не само до по силата на Архимед, или надолу под действието на гравитацията. Въпреки това, в този случай ние говорим за топлина конвекция.

Трансфер на вещество, причинени от молекулна дифузия в същото време и микроскопичен движение на среда (конвекция) се нарича конвективния дифузия.

Конвективния дифузия може да бъде причинено от действието на системата на диференциално налягане и гравитационното поле. Когато става въпрос за цигарен дим, а след това ние се занимаваме с конвективни дифузия, причинено от действието на гравитацията. В този случай, разпространението на миризми, ние сме склонни да се наложи да се справят с конвективни дифузия, причинени от разликата в налягането в различни части на околната среда. Механизмът на този процес е доста сложен и извън обхвата на физиката училище разбира се.

Във втората част на тази статия ще разгледаме един експеримент, който е направен, за да се изясни ролята на конвективни дифузия в разпространението на миризми.

Ние Ви донесе списания, издавани от издателство "Академията за естествени науки"

(High импакт фактор RISC, списания теми, обхващащи всички области на науката)