Почему мы наблюдаем диффузию с двумя видами и адвекцию с одним видом, если оба случая связаны с распространением молекул для увеличения энтропии?
Возьмем физический пример: допустим, у меня есть коробка с двумя сторонами одинакового размера. Рассмотрим два сценария:
1) Левая сторона заполнена газом А, правая сторона содержит газ А и В (обе стороны находятся под одинаковым давлением). Газ B диффундирует влево против градиента концентрации, пока в конце концов молекулы обоих газов не распределятся равномерно.
2) Обе стороны заполнены А, но плотность А выше на правой стороне (т.е. молекул А на правой стороне больше). Более высокая плотность означает (для идеального газа), что с правой стороны давление выше. Таким образом, градиент давления вызывает адвекцию А к левой стороне, пока, в конце концов, молекулы А не распределятся равномерно.
Почему мы наблюдаем диффузию с двумя видами, а адвекцию с одним? Разве это не просто вопрос распределения молекул, чтобы максимизировать количество статистических микросостояний в системе (для увеличения энтропии)? Чем физически отличается распространение двух типов молекул, которое проявляется как диффузия, тогда как распространение одного типа молекулы проявляется как адвекция?
Другими словами, если я прав в том, что оба движения молекул являются результатом желания увеличить энтропию, почему они кажутся такими разными?
Может ли быть так, что в случае одного вида действительно существует диффузия, но коэффициент диффузии настолько мал, что мы не включаем диффузионный член в массовый баланс континуума, поскольку им можно пренебречь?
Таким образом, этот вопрос отличается от вопроса «Почему энтропия не увеличивается, когда два одинаковых газа смешиваются друг с другом?» но мой ответ есть тот же ответ здесь.
Для однокомпонентной смеси, находящейся в равновесии, невозможно идентифицировать молекулы как уникальные. Итак, если у вас есть коробка с разделителем внутри, вы не можете отличить левую молекулу от правой молекулы, поэтому вы никак не можете «отследить» их диффузию. Если бы вы каким-то образом сделали их идентичными, за исключением того, что пометили их тегами, то вы могли бы найти диффузию между левой и правой сторонами, но тогда они уже не идентичны.
Ваша интуиция верна в том, что коробка с одним компонентом будет иметь «рассеивание» молекул с одной стороны на другую. Просто состояние, когда это происходит, совершенно неотличимо от исходного состояния. Таким образом, с макроскопической точки зрения диффузии не было.
Отметим также, что адвекция и диффузия не исключают друг друга. Если бы у вас было два газа в ящике с перегородкой, а давление было выше с одной стороны, вы бы получили поток, управляемый градиентом давления в дополнение к диффузии газов через первоначальную границу раздела.
нлуиги
жидкостивопроситель