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扩散

关于这个模拟实验

本模拟将扩散展示为随机运动的结果。每个染料粒子都做随机运动，然而整体上它们会从拥挤的一侧扩散到空旷的一侧，直到浓度均匀。学生将温度设在275至370 K之间并设定粒子直径，然后在染料位于左侧的情况下重新开始。读数给出混合百分比、扩散系数、经过的时间以及起始后的扩散距离。它有助于讲解扩散、布朗运动，以及为什么温度较高的液体混合得更快。

学生可以探索什么

  • 按下“重新开始”，观察染料从左侧扩散时“混合”百分比如何上升。
  • 将温度提高到370 K，比较“混合”达到较高数值的速度。
  • 将粒子直径增大到4 nm，读取“扩散系数 D”如何下降。
  • 在275 K和300 K下分别开始，比较相同时间后的“起始后的扩散”。
  • 请学生思考：尽管染料最终变得均匀，为什么没有任何单个粒子是有目标地运动的。

学习目标

  1. 1将扩散解释为从高浓度向低浓度的净运动。
  2. 2将布朗运动描述为由分子碰撞引起的随机运动。
  3. 3预测温度和粒子大小如何影响扩散速率。
  4. 4将混合百分比解释为扩散均匀程度的量度。

教师常问的问题

免费吗？

是的。它可在任何现代浏览器中免费使用，包括平板电脑和交互式电子白板，且无需注册。

如果没有任何东西推动，染料为什么会扩散？

每个粒子都做随机运动，但拥挤的一侧粒子更多，因此从那里游向空旷一侧的粒子多于反方向的。净结果是粒子流向均匀分布。

为什么温度较高的液体混合得更快？

温度升高时，溶剂分子运动更快，水的粘度也更低，因此粒子的随机步长更大。扩散系数随温度升高而增大。

如何在课堂上使用？

设置温度和粒子直径，然后按“重新开始”，使染料从左侧开始。观察“混合”读数并比较各次运行。请学生预测哪种设置混合得最快。

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