Симулятор диффузии и осмоса
Уравнения этой модели
| J | суммарный поток частиц через мембрану | закон Фика: из переполненной стороны в пустую, тем быстрее, чем больше разница | |
|---|---|---|---|
| D | коэффициент диффузии | как быстро блуждают частицы; здесь растёт с температурой | |
| Δc | разница концентраций c_L − c_R | число частиц растворённого вещества слева минус справа | |
| Δx | толщина мембраны | фиксирована |
При текущих значениях:
| Π | осмотическое давление | закон Вант-Гоффа: давление, которое остановило бы поступление воды | |
|---|---|---|---|
| c | концентрация растворённого вещества | задаётся двумя ползунками концентрации; с полупроницаемой мембраной вода движется к большей c | |
| T | Температура T (относительная; 1 = комнатная) | более тёплые частицы движутся быстрее, поэтому всё происходит раньше |
При текущих значениях:
| Δh | разница уровней воды (слева минус справа) | вода продолжает переходить к более солёной стороне, пока вес лишней высоты не давит обратно так же сильно, как тянет осмос; тогда уровни перестают двигаться | |
|---|---|---|---|
| ρ g | плотность воды на ускорение свободного падения | давление, которое столб воды создаёт на единицу высоты |
При текущих значениях:
Как пользоваться симулятором диффузии и осмоса
- Красные частицы растворённого вещества и маленькие синие частицы воды хаотично толкаются по обе стороны мембраны. Задайте больше вещества с одной стороны, чем с другой; жидкость окрашена по количеству вещества в ней.
- С проницаемой мембраной проходит всё, и обе стороны в итоге одного цвета и одного уровня: это диффузия. С полупроницаемой мембраной через поры проходит только вода, и она скапливается на более солёной стороне, пока этот уровень не поднимется достаточно, чтобы давить обратно: это осмос.
- Стрелки над мембраной показывают суммарный поток воды (синий) и вещества (красный), графики следят за числом частиц, уровнями и потоком, а уравнения дают закон Фика и осмотическое давление.
Частые вопросы
Что такое диффузия?
Суммарное движение частиц оттуда, где они сконцентрированы, туда, где их нет, вызванное лишь хаотическим движением: если с одной стороны частиц больше, больше их случайно переходит в эту сторону. Она прекращается, когда концентрации равны, хотя частицы продолжают двигаться.
Что такое осмос?
Суммарное движение воды через мембрану, которая пропускает воду, но не растворённое вещество, — со стороны с меньшим количеством вещества на сторону с большим. Более солёная сторона получает воду, и её уровень поднимается; лишняя высота давит вниз, и поток прекращается, когда это давление равно осмотическому, Π = cRT. Именно это показывают уровни в ёмкости.
Почему это важно для клеток?
Мембраны клеток полупроницаемы. Клетка в чистой воде набирает воду и может лопнуть; клетка в крепком солевом растворе теряет воду и сморщивается. Физраствор для инъекций делают 0,9%-м именно для того, чтобы он совпадал с содержимым наших клеток и не происходило ни того ни другого.
Пишет, что WebGL выключен.
Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.
Загружается ли что-нибудь?
Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.