生命科学・細胞・物質移動／原理と探求
濃度差と拡散の解説
香りが広がる現象のように、拡散は粒子のランダムな動きに現れます。 2つの空間の初期粒子数と仕切り条件を変えて、左右の粒子数の時間変化を比較してみてください。濃度差が減少した後でさえ、粒子は動き続けるという動的平衡の意味を観察する実験である。
どのような原理？
濃度差は減りますが、平衡でも双方向ランダム移動は続きます。総粒子数は保存されます。
重要な関係
総粒子数N = N左+ N右
観察してみよう
- 開いた仕切りと閉じた仕切りを比較します。緑は左、見て右の粒子数ですよ。オレンジ粒子の1つの軌跡と双方向通過回数を見てください。
- 同じシード・初期数で仕切り状態だけを変えて二つの条件を記録します。
- 80:80から始まっても双方向通過が増えるのを見てください。シードだけ変えた記録で標本変動も比較します。
結果を読み解く
平衡で左→右・右→左移動回数がすべて増える理由は？
平衡でも双方向移動は続きます。小さなサンプルでは、左右の粒子数がまったく同じではなく、ずっと変動します。
モデルの仮定と限界
同じ大きさ 2空間と単一粒子種の20×12格子確率移動モデルです。粒子衝突・体積・電気力は省略し、最大400個を使用します。濃度は同じ空間の粒子数で比較します。観察区間の終わりの停止は時間再生を止めたものです。実際の分子の停止ではありません。