Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Механизмът на дифузия
- Смесване по разлика в специфичната гравитация
- Смесване чрез конвекция
- Какво се случва, когато водата се промени?
Оцветяването на храната илюстрира дифузия във вода. Дифузията е смесване на молекули поради тяхното произволно движение, независимо дали в течност или газ. Тъй като молекулите в студена вода имат по-малко кинетична енергия, отколкото в топлата вода, процесът на дифузия е много по-бавен, отколкото в топлата вода. Но оцветяването на храната също може да покаже движение, което не е случайно, като разбъркване на водата чрез конвекция.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
TL; DR: Оцветителят за храна, добавен в центъра на чашата със студена вода, ще потъне на дъното. Ако разбъркате студената вода или добавите оцветяването към топла вода, тя ще се разпространява много по-бързо.
Механизмът на дифузия
Дифузията не изисква разбъркване, като разбъркване, въпреки че разбъркването ускорява процеса. В случай на оцветяване на храната във водата, водата е разтворителят, докато хранителното оцветяване е разтвореното. След като смесят, те вземат решение. Дифузията отнема време, въпреки че колко време зависи от кинетичната енергия на молекулите, произволно подскачащи помежду си. Това случайно подскачане - наречено броуновско движение - е резултат от атомите, които вибрират, което те правят по-бързо и по-трудно, колкото са по-горещи. Крайният резултат от тези движения с течение на времето е окончателното, равномерно решение.
Смесване по разлика в специфичната гравитация
••• Dankingphotography / iStock / Getty ImagesОцветителят за храна има малко по-висока специфична гравитация или относителна плътност, отколкото водата, така че преди да има време за дифузия, има тенденция да потъва във водата. Когато водата е студена и скоростта на дифузия е по-бавна, повече от оцветяването на храната остава заедно в шлака, падащ на дъното на контейнера. Оставен сам и необезпокояван, той може да образува слой в долната част; поради броуновското движение обаче няма да има рязко определена граница между водата и оцветяването. Случайното движение на молекулите постепенно ще разпространява цвета във водата. Възбудата ще ускори процеса на дифузия.
Смесване чрез конвекция
Ако контейнерът с вода е по-топъл или по-студен от атмосферния въздух, той ще развие конвективни модели на потока, когато водата се приближава до температурата на околната среда. В случай на студена вода в топла среда, страните на контейнера отвеждат топлина към периферията на водата. Хладната, по-гъста вода в центъра потъва. Оцветителят за храна, добавен към тази потъваща централна колона, ще се движи по конвективния поток към дъното на контейнера, но след това също ще се движи по течението нагоре отстрани, обратно към върха, за да се движи отново. Този поток служи за разбъркване на разтвора, ускоряване на дифузията.
Какво се случва, когато водата се промени?
Сравнете влиянието на топлината и плътността върху дифузията на оцветителя за храна. Опитайте странично сравнение на дифузия в студена и топла вода. Дифузията ще бъде много по-бавна в студената вода. Опитайте да разтворите половин лъжица сол във вода и след това пуснете оцветителя за храна. Оцветяването все още ще се разпространява, но няма да потъне, тъй като солената вода има по-висока специфична гравитация. Опитайте да поставите източник на топлина, като нажежаема светлина, от едната страна на чашата и изчакайте няколко минути, преди да изпуснете оцветяването. Той ще се вози - и по този начин ще стане видим - конвективният поток.