Qu’est-ce que la diffusion ?
La diffusion vient du mouvement constant et aléatoire des particules. Quand tu retires la paroi qui sépare le récipient, le côté gauche contient beaucoup de gaz bleu et le côté droit n’en contient pas. Les particules bleues se répandent donc vers la droite. Le gaz rouge fait l’inverse et se répand vers la gauche. Les deux gaz se répandent en même temps dans des sens opposés et finissent uniformément mélangés dans tout le récipient.
Fais attention à trois choses dans ce simulateur :
- Chaque gaz se répand indépendamment. Même si les quantités de gaz bleu et de gaz rouge sont différentes, chaque gaz se répartit à parts égales entre les deux côtés.
- Les particules ne s’arrêtent pas une fois le mélange uniforme. Elles continuent à passer d’un côté à l’autre. Le compte de chaque côté monte et descend donc, mais reste à peu près le même.
- La température accélère le phénomène. Quand la température augmente, les particules vont plus vite. Leur vitesse est proportionnelle à la racine carrée de la température : passer de 150 K à 600 K multiplie la température par 4 et la vitesse par 2.
Retire la paroi et mélange les deux gaz
Règle le nombre de particules et la température, retire la paroi et observe le compte de chaque côté. Ce simulateur fait partie de l’accès complet. Le téléchargement est gratuit. Sans compte, tu as accès à 2 chapitres et 5 simulateurs.
Comment utiliser le simulateur ?
- Avec les curseurs Nombre de bleus et Nombre de rouges, règle le nombre de particules entre 0 et 30.
- La température se règle avec son curseur, entre 100 et 600 K.
- Appuie sur le bouton 🚪 Retirer la paroi. La paroi verte disparaît, et les particules se déplacent librement des deux côtés.
- Lis le nombre de particules bleues et rouges de chaque côté sur les étiquettes Gauche et Droite en haut.
- Le bouton ↺ Diviser à nouveau remet la paroi et ramène les particules de leur côté d’origine. Tu peux alors refaire une expérience.
Exercices à essayer dans le simulateur
- Retire la paroi avec les réglages de départ. Réponse : après quelques secondes, chaque côté contient en moyenne 7–8 particules bleues et 7–8 particules rouges. Les nombres continuent de changer, mais les deux côtés restent à peu près égaux.
- Règle Nombre de bleus sur 30 et Nombre de rouges sur 10, puis retire la paroi. Réponse : chaque côté finit avec environ 15 particules bleues et environ 5 particules rouges.
- Retire la paroi d’abord à 100 K, puis à 600 K. Avec un chronomètre, mesure le nombre de secondes nécessaires pour que les deux côtés s’équilibrent. Réponse : à 600 K, les particules vont environ 2.4 fois plus vite, et le temps de mélange diminue dans le même rapport.
En quoi le simulateur diffère-t-il d’un gaz réel ?
- Collisions. Dans le simulateur, les particules rebondissent seulement sur les parois, et elles ont toutes la même vitesse. Dans un gaz réel, les particules se heurtent sans cesse et changent de direction, donc la diffusion est beaucoup plus lente.
- Diviser à nouveau. Ce bouton remet les particules en place. En réalité, des gaz mélangés ne se séparent pas d’eux-mêmes : même si tu remets la paroi, les deux côtés restent mélangés.
- L’exemple de la pièce. Retirer la paroi revient à ouvrir la porte entre deux pièces. C’est ainsi qu’un parfum se répand dans la pièce voisine. Mais dans une vraie pièce, les courants d’air transportent aussi l’odeur.
Pour voir la diffusion dans un liquide, essaie le simulateur Diffusion — une goutte qui se répand. Pour voir la différence entre l’eau chaude et l’eau froide, essaie le simulateur Vitesse de diffusion.
