Sedimentación
El fenómeno de la sedimentación está basado en el movimiento browniano en un campo de fuerzas externo (campo gravitatorio), y está descrito desde el punto de vista macroscópico por la ecuación de Smoluchowski, que es semejante a la que describe el fenómeno de la difusión
Donde n es la concentración de partículas de soluto en un punto x del medio, en un instante t determinado, D es el coeficiente de difusión, y λ se denomina velocidad de arrastre.
En nuestro modelo, se supone que las partículas térmicas (medio) y las partículas brownianas (soluto) están encerradas en un recinto. Las partículas térmicas están distribuidas uniformemente en el recinto y se mueven con cierta velocidad, la misma en todas las direcciones. Las partículas brownianas se mueven bajo la acción de su propio peso y de los choques con las partículas térmicas.
El programa pregunta por la masa de las partículas brownianas (tomando como unidad la masa de las partículas térmicas), la velocidad (media) de las partículas térmicas que estará en relación con la temperatura del medio, y la intensidad de la fuerza externa aplicada sobre las partículas brownianas.
Podemos elegir entre diversas situaciones iniciales: todas las partículas brownianas en la parte inferior, en la parte superior o distribuidas al azar en el recipiente que las contiene.
Podemos observar que la distribución de partículas brownianas en el estado estacionario, después de cierto tiempo, es el compromiso entre dos efectos contrapuestos: el campo gravitatorio que tiende a agrupar las partículas en el fondo del recipiente y la difusión que tiende a esparcirlas uniformemente por todo el volumen del recipiente.
Actividades
Se introduce
- La masa de las partículas brownianas, en el control de edición titulado Masa browniana
- La velocidad de las partículas térmicas, en el control de edición tituladoVelocidad térmicas
- La masa de las partículas térmicas se ha fijado en la unidad
- Las partículas brownianas parten del reposo
- La fuerza externa
- Se elige la distribución inicial de las partículas en el recinto cerrado
Se pulsa en el botón titulado Empieza para comenzar la simulación.
Modificar una o más variables a la vez y observar los resultados.
Referencias
Minowa H., Toya D., Mishima N. Model expriment illustrating sedimentation by microcomputer. Eur. J. Phys. 3 (1982) pp. 239-244