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L'encre diffuse dans l'eau en raison du mouvement aléatoire des molécules d'eau et d'encre. À grande échelle, nous ne voyons pas les molécules individuelles bouger. Au lieu de cela, nous voyons à quel point l'encre est sombre en différents points de la solution, ce qui indique en fait sa concentration. Vous pouvez voir que l'encre se déplace des zones de concentration supérieure à celles de concentration inférieure, et la vitesse de ce déplacement est proportionnelle au coefficient de diffusion de l'encre dans l'eau.
Motions aléatoires
La température est une mesure des mouvements aléatoires des molécules. Lorsque les molécules d’eau se déplacent de manière aléatoire dans un mélange d’encre, elles se heurtent contre les molécules d’encre, les faisant se déplacer également de manière aléatoire. Dans les endroits où il y a plus de molécules d'encre, il y a plus de collisions avec des molécules d'eau qui repoussent les molécules d'encre à d'autres endroits. En conséquence, les molécules d’encre se déplacent en moyenne des zones contenant davantage de molécules (concentration plus élevée) vers des zones contenant moins de molécules (concentration plus faible).
Coefficient de diffusion
Plus la température de l'eau est élevée, plus les molécules bougent rapidement. Cela se traduit par des collisions plus nombreuses et plus dures. Par conséquent, le coefficient de diffusion est proportionnel à la température. Le degré de déplacement de chaque molécule d'encre après une collision dépend de son diamètre, car les molécules plus grosses ralentissent davantage le frottement que les molécules plus petites. La friction intrinsèque dans un fluide s'appelle la viscosité. Ainsi, le coefficient de diffusion est inversement proportionnel au diamètre des molécules et à la viscosité des liquides.
Entropie et Diffusion
La deuxième loi de la thermodynamique stipule que l'entropie a tendance à augmenter. L'entropie est une mesure de la façon dont les choses sont désordonnées, dispersées ou disposées au hasard. Au fur et à mesure que l'encre diffuse à partir d'une goutte concentrée, les molécules deviennent plus dispersées et distribuées de manière aléatoire. Ainsi, à mesure que l'encre se diffuse, l'entropie du système augmente.