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Diffusion in Gasen

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Formal Metadata

Title Diffusion in Gasen
Alternative Title Diffusion in Gases
Author Schlier, Christoph
Lode, Gernot
Contributors Gotthard Glatzer (Redaktion)
Gerhard Matzdorf (Kamera und Schnitt)
L. Rüppel (Schnitt)
License No Open Access License:
German copyright law applies. This film may be used for your own use but it may not be distributed via the internet or passed on to external parties.
DOI 10.3203/IWF/C-1325
IWF Signature C 1325
Publisher IWF (Göttingen)
Release Date 1979
Language German
Producer IWF
Production Year 1978

Technical Metadata

IWF Technical Data Film, 16 mm, LT, 60 m ; SW, 5 1/2 min

Content Metadata

Subject Area Physics
Abstract Computerberechnete Bewegungsphasen der Diffusion von Molekülen in einem zweidimensionalen Modellgas veranschaulichen Brownsche Molekularbewegung, temperaturabhängige Effusion ins Vakuum, Selbstdiffusion markierter Teilchen und Fremddiffusion verschieden großer Teilchen durch eine Pore.
Computer calculated movement phases of the diffusion of molecules in a two-dimensional model gas plasticize Brownian movement, temperature dependent effusion into vacuum, self diffusion of marked particles and diffusion of particles of different sizes through a pore.
Keywords Effusion
Diffusion / Gas
Diffusion
Brownsche Molekularbewegung
Brownian motion
diffusion
diffusion / gas
effusion

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Transcript
Dieser Film behandelt einige Erscheinungen aus der Physik der Gase, die mit dem Transport von Molekülmassen verbunden sind und unter dem Stichwort Diffusion zusammengefaßt werden. Zunächst wird das Modell eines Gases gezeigt. Die Bahn eines Moleküls, die in der Brownschen Molekularbewegung sichtbar werden kann, zeigt sich als Zickzacklinie. Als erstes
Gasmolekülen durch ein Loch ins Vakuum gezeigt. Die Moleküle stoßen wird die sog. Effusion von sich gegenseitig. Einige bekommen einen derartigen Impuls, daß sie durch das kleine Loch ins Vakuum ausströmen können. Die Geschwindigkeit, die diese Moleküle bei der Bewegung im Durchschnitt haben, ist durch die Temperatur bestimmt. Bei der angenommenen Temperatur To sind am Schluß gerade 4 Moleküle in den rechten Teilraum gelangt. Nun
ist die Temperatur viermal höher als bisher, dadurch verdoppelt sich
die durchschnittliche Geschwindigkeit der Moleküle. Infolgedessen dringen jetzt auch mehr Moleküle pro Zeiteinheit durch das Loch in den rechten Teilraum ein. Im Mittel sind es genau doppelt so viele wie vorher bei To. Diese Zahl, acht, wird nach häufigem Überwechseln von einem Teilraum in den andern schließlich auch in unserem Beispiel erreicht. Da es sich um rein statistische Vorgänge handelt,
kann sie allerdings in verschiedenen Experimenten schwanken und z. B.
sieben oder - wie hier - neun betragen. Hier noch einmal die Ergebnisse der Effusion ins Vakuum bei verschiedenen Temperaturen,
d. h. verschiedenen Molekülgeschwindigkeiten. Als
nächstes ist die Hälfte der Teilchen markiert worden, um zu zeigen, wie die Teilchen sich durch einen Diffusionsvorgang durchmischen. Es handelt sich also um gleichartige Teilchen, die nur für die Demonstration gekennzeichnet sind. Sie zeigen, daß beide Teilchensorten nach einiger Zeit den vorhandenen Raum gleichmäßig ausfüllen. In der Natur gibt es markierte Moleküle natürlich nur in der Form, daß man z. B. verschiedene isotope Kerne in das Molekül einbaut. Gleiche Moleküle mit gleiche Kernen sind im übrigen ununterscheidbar. Als nächstes wird die Diffusion zweier verschieden großer Teilchensorten durch eine kleine
Öffnung gezeigt. Jede Teilchensorte geht
von dem anfänglichen Teilraum nach genügend langer Zeit auch in den anderen Teilraum. Die Geschwindigkeit, mit der das passiert, hängt von der Temperatur, der Masse der Teilchen und, wenn die Poren klein genug sind, auch von der Größe der Teilchen ab. In unserem Beispiel ist die Pore nur wenig größer als die Teilchen, daher ist die Teilchengröße bestimmend, und man sieht, daß die größeren Teilchen eine geringere Wahrscheinlichkeit haben, innerhalb der verfügbaren Zeit in den anderen Teilraum zu gelangen.
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