概念と仕組み
拡散とは、粒子による乱雑な運動によって、分布が広がる現象です。特定の粒子が、濃度に基づいてどの方向に移動するかを決定する過程は、拡散には含まれません。
濃度が高い場合、より多くの粒子が境界を通過します。双方向の移動が存在する場合でも、より高い濃度領域からより低い濃度領域へ観測される移動量の差が見られます。
関係式と成立条件
密閉された空間では、粒子の総数は保存されます。体積が等しい場合、平衡状態では平均の粒子数は等しくなりますが、個々の試行の瞬間的な値には変動があります。
平衡とは、粒子の停止を意味するものではなく、双方向の移動が均衡を保つ状態です。実際の拡散速度は、温度、媒体、粒子サイズ、および境界条件などの要因によって影響を受けます。
仮想実験で読み取る変化
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。
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。
重要な関係式と記号
総粒子数N = N左+ N右
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| N | 粒子の総数 | 個 |
| C | 単位体積あたりの粒子数 | 個/体積 |
例で確かめる
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。
よくある誤解
- 濃度が等しくなったとしても、粒子の乱雑な動きは続く。