Re: stratificazione nelle miscele di gas

From: Tetis <ljetog_at_yahoo.it>
Date: Tue, 10 Jul 2007 19:11:56 GMT

Il 09 Lug 2007, 23:03, luh <luh_NOSPAM__at_drl.it> ha scritto:
> Tetis wrote:
> > Il fatto � che Co_2 ed N_2 tendono a diffondere una nell'altro,
> > inesorabilmente, non c'� bisogno di mescolarli.
>
> quindi in sostanza stai dicendo (lo ignoravo) che piu' gas in un
> recipiente in equilibrio termico ed in assenza di perturbazioni esterne,
> nonostante una forza gravitazionale (o equivalente) costante
> tenderebbero comunque a diffondersi uniformemente nell'ambiente?

 Ho detto tendono a diffondere quasi uniformemente nell'ambiente
Ho detto anche che la differenza di concentrazione all'equilibrio sar�
praticamente inapprezzabile fra il pavimento ed il soffitto. La situazione
per
i liquidi immiscibili � differente. I cluster di base di un emulsione sono,
in
prima istanza, unit� di massa molto maggiori rispetto alle unit� molecolari.
Dimenticando per un momento che in un liquido l'energetica di interazione
� qualitativamente molto differente per via del fatto che gli atomi sono
praticamente
a contatto diretto in ogni momento, questa maggiore massa nella stessa
equazione
differenziale di prima fa in modo che la scala a cui si
manifesta l'eterogeneit� primaria dovuta alla cinetica � molto pi�
contenuta,
di quanto? Dipende dai clusters considerati. Per un cluster da un micron
di lato la massa si aggira sul miliardo di masse molecolari, quindi questa
componente tenderebbe a stratificare con altezze caratteristiche un miliardo
di volte pi� piccole che un gas, passando dalle migliaia di metri ad un
ammasso
condensato (altezze caratteristiche di qualche micron).
Ma nel caso di questi clusters la diffusione, per via della mobilit�
ridotta � molto pi� contenuta che per i gas, quindi l'equilibrio cinetico �
molto
ridotto. Il gradiente di densit� e pressione che guida il drift �
osteggiata, un poco
come nel caso dei gas dalle fluttuazioni cinetiche che tendono a diffondere
in tutte le direzioni, ma stavolta per via di forze di contatto dovuti al
comportamento
medio dell'agitazione termica delle particelle a contatto con la goccia (e
quindi si
pu� parlare di forza di Archimede), piuttosto che per via di singoli urti.
La forza di drift deve essere in equilibrio con la forza frenante che in
generale � una funzione della velocit� di deriva.


> in assenza di campo gravitazionale "a naso" mi sembra ovvio, come puo'
> sembrarmi altrettanto ovvio che si possano formare "sacche" di un gas
> piuttosto che di un altro, ma in presenza di un campo gravitazionale
> questo cozza pesantemente con le mie (povere) conoscenze fisiche ...

Fai questo esercizio. Prova a vedere a che velocit� deve girare una
centrifuga-galattica di raggio 1 metro, per separare
CO_2 da N_2. Usa sempre la stessa formuletta:

H_caratteristica = kT/mg

Tieni presente che k � 1.38 x 10^ (-23)
m_H = 1.8 x 10^(-27).
g = 9.8

unit� S.I.

Ora sostituisci g con il numero di g dovuto alla centrifuga.
Se per CO_2 vuoi ottenere uno straterello la cui densit�
si dimezza dopo 5 cm. Ti occorrono circa un milione di
g. Nota che � molto pi� pratico usare la criogenia
e comprimere i gas in modo da indurre transizione di fase.
La CO_2 in particolare non liquefa, ma forma direttamente ghiaccio.

> > A parte questo occorre poi chiedersi se � possibile qualche altro
> > processo di ri-separazione della CO_2 dall'aria che rallenti
ulteriormente
> > il processo di diffusione.
>
> ahem ... la semplice forza di gravita' non basta? da una parte c'e' la
> tendenza a diffondere, dall'altra ad occupare il posto che spetta visto
> il peso molecolare ...

Si che basta. Come dicevo.
Usando questa logica si ottiene quella equazione H_caratteristica = mg/kT.
Ma questa non basta a separare una miscela di gas usando la forza peso
terrestre. Tuttavia se i gas non formano ancora una miscela, ma hai
una sacca di gas pi� pesante, quello che succede � che la sacca
di gas si comporta come se fosse chiusa in un sacco privo di peso.
Questo succede perch� come dicevo, la diffusione � molto lenta.
ed allora il debolissimo gradiente di pressione (che non dipende
dalla temperatura) comporta una forza di Archimede significativa.
 
Diversamente, anche usando la semplice equazione di stato
puoi apprezzare che il gradiente di pressione � indipendente
dalla temperatura, ma il gradiente di densit� � inversamente
proporzionale alla temperatura. Quindi pi� l'aria � calda pi�
la densit� varia lentamente. Il perch� � nascosto nella
fisica dell'equazione di stato dei gas.

> > per la diffusione.
>
> questo strano fenomeno devi spiegarmelo proprio bene ...
>
> > con peso molecolare met� trovi che l'altezza per cui noterai una
> > sensibile diminuzione di densit� dell'anidride carbonica � sempre un
> > numerone rispetto all'altezza della cantina.
>
> mi dispiace ma non ti seguo proprio ...

occorrono circa 5000 metri per avere una variazione di densit�
di un fattore 2.7...

> > Questo � un discorso differente, la differenza sta nel fatto che in un
> > liquido le molecole sono vicine le une alle altre, in modo che la
diffusione
> > richiede uno scambio di posto che pu� essere sfavorito energeticamente.
>
> era per fare un esempio, cosi' come le emulsioni (effetto maionese :-) )
> sono un altro discorso, ma in linea generale pur ammettendo uno strato
> interfaccia (tra gas) di gas diffusi sto' fatto che *devono*
> uniformemente diffondere uno nell'altro non lo capisco proprio.

Non ci sono muri fra i due gas. Ci sono solo particelle rarefatte,
quindi le particelle dei due gas se non incontrassero le altre particelle
diffonderebbero subitaneamente, ma siccome incontrano altre particelle
diffondono uguale ma sono continuamente deviate dalle altre particelle,
spesso tornano indietro, poi rivanno avanti, in tutte le direzioni,
praticamente
la loro velocit� varier� insensibilmente per effetto della forza peso. In
pratica ti basta vedere come varierebbe se la particella diffondesse nel
vuoto:
delta v^2 = g delta h. Prova con delta h = 10 metri e v = 300 m/s la
variazione
relativa di velocit� sta fra i millesimi ed i centesimi.
  

> il mio senso comune (vabbe', anche quel minimo di fisica che ho studiato
> ;-) )mi dice che lo strato interfaccia puo' essere piu' o meno ampio
> (anche piu' alto della cantina), ma che la distribuzione in presenza di
> un campo gravitazionale NON PUO' essere uniforme, nemmeno se il campo lo
> ipotizzi uniforme (indipendente dalla quota)

Infatti non ho mai detto che � uniforme.

> se invece aggiungi fenomeni convettivi, rimescolativi etc il discorso
> cambia, ma all'equilibrio secondo me la tendenza prevalente e' quella
> della separazione in base al peso molecolare ... e d'altra parte le
> ultracentrifughe mi sembra che facciano proprio questo ;-)
>
> adesso che ci penso fa (piu' o meno) la stessa cosa anche il
> distillatore continuo delle raffinerie ... ?-)
>
> ciao
>
> luh
>
> --
>
> Satellite Computer HW&SW Multimedia Audio Video Foto Ottica
>
> http://www.drl.it - http://www.derosaluciano.it
>
> Leggi le FAQ di IHSatD: http://ihsatd.cjb.net
> Togli _NOSPAM_ per rispondere in privato
>

--------------------------------
Inviato via http://arianna.libero.it/usenet/
Received on Tue Jul 10 2007 - 21:11:56 CEST

This archive was generated by hypermail 2.3.0 : Thu Nov 21 2024 - 05:10:11 CET