نفوذ غیر متعارف

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

نفوذ غیر متعارف (به انگلیسی: Anomalous diffusion) به پدیده ای گفته می‌شود، که در آن نفوذ یا انتشار ذرات از رابطه نفوذ عادی تبعیت نکند. در حالت عادی وقتی ذره ای در حال انتشار است، فاصله گام هایی که در جهت های مختلف انجام می دهد یکسان در نظر گرفته می شود در این حالت میانگین مجذور جابجایی ذرات <Δx2> با زمان رابطه خطی دارد. [۱]

< x2 > = 2Dt

ولی در برخی شرایط طول گام ها یکسان نیست یعنی بعضی ذرات در مدت زمان کوتاه فاصله طولانی (γ>1) و یا در مدت زمان طولانی فاصله بسیار کمی(γ<1) را طی می کنند. این نوع نفوذ را نفوذ یا انتشار غیر عادی می نامیم که در آن میانگین مجذور فاصله طی شده توسط ذرات با زمان رابطه غیر خطی دارد[۲]:

< x2 > ∝ Dtγ

نفوذ غیر عادی داراری دو حالت زیر نفوذ و اَبَر نفوذ می یاشد.

زیر نفوذ[ویرایش]

زیر نفوذ حالتی است که در آن ذرات در مدت زمان بسیار طولانی فاصله بسیار کوتاهی را طی می کنند. این حالت بیشتر زمانی رخ می دهد که ذرات در درون تله ها یا حفره هایی گرفتار شده باشند. در این حالت مقدار γ همواره کوچکتر از یک است. بیشتر نمونه های رفتار زیر نفوذی از علم آب شناسی به دست آمده است در سال 2000 جیمز کرچنر و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا نشان دادند که در نتیجه به دام افتادگی ذرات، مدت زمان انتشار آلاینده ها در آب های زیر زمینی بسیار طولانی تر از زمان مورد انتظار در نفوذ عادی است. [۳] در اینجا مناطق راکد با سرعت صفر(مانند کانال های انشعابی انحراف یافته از جریان اصلی) نقش تله را دارند. بنابر این با اصلاح معادله نفوذ محققان می توانند در این باره که آلودگی های حوادث زیست محیطی تا چه مدت در مکان خاصی باقی می مانند، تحقیق کنند. علم زیست شناسی نیز شامل تعداد های زیادی از پدیده های زیر نفوذی می باشد. مثل حرکت پروتئین ها در عرض غشای سلول ها. اخیراً آزمایشهایی انجام شده که در آن ها حرکت یک مولکول پروتئین از طریق فیلمبرداری فلورسانس مولکولی ردیابی شده است. این تصاویر نشان می دهد که مولکول ها به طور غیر عادی زمان نسبتاً زیادی را بین تله هایی در حد نانومتر درون غشا، صرف می کنند

علم زیست شناسی نیز شامل تعداد های زیادی از پدیده های زیر نفوذی می باشد. مثل حرکت پروتئین ها در عرض غشای سلول ها. اخیراً آزمایشهایی انجام شده که در آن ها حرکت یک مولکول پروتئین از طریق فیلمبرداری فلورسانس مولکولی ردیابی شده است. این تصاویر نشان می دهد که مولکول ها به طور غیر عادی زمان نسبتاً زیادی را بین تله هایی در حد نانومتر درون غشا، صرف می کنند. [۴]

اَبَر نفوذ[ویرایش]

نوع دیگری از نفوذ غیر عادی ممکن است اتفاق بیفتد که در آن ذره طی مدت زمان کوتاهی فاصله های طولانی را بدون تغییر جهت طی می کند.[۵] در این حالت طول و زمان طی گام ها هر دو دارای توزیع گسترده ای هستند. در این فرایند میانگین مجذور جابجایی با سرعت بیشتری نسبت به نفوذ عادی رشد می کند و مقدار γ بین یک و دو می باشد. حرکت مرغان دریایی مثالی از این فرآیند است. این پرندگان با سرعت تقریبا ثابت و توزیع گسترده ای از زمان بین تغییر جهت های خود حرکت می کنند که منجر به ایجاد مسیرهای مستقیم طولانی می شود. بر خلاف نفوذ عادی که در آن ممکن است یک مکان توسط ذره چندین بار بازدید شود، در این نوع حرکت، ذره مستقیماً و بدون توقف در مسیری طولانی به مکانی دیگر منتقل می شود. این نوع حرکت در انتقال ذرات در جریان های تند نیز مشاهده می شود. در آزمایشی که در سال 1994 توسط گروه هری سوینی در دانشگاه تگزاسِ آوستین انجام شد، حرکات ذرات در تانک های حلقوی که با سرعت زیاد در حال چرخش هستند ، مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که حرکت این ذرات از نوع ابرنفوذی می باشد.که این موفقیت دانشمندان را در درک اینکه چگونه ذرات ریزی مثل آلوده کننده ها در دریا یا جو زمین منتشر می شوند، راهنمایی کرد.

منابع[ویرایش]

  1. ‫Yuste، ‫S. B و ‫Lindenberg ‫K. «‫Subdiffusion-limited reactions». ‫Chemical Physics doi=10.1016/S0301-0104(02)00546-3 (‫Elsevier)، ش. ۲۸۴ (۲۰۰۲): ۱۶۹-۱۸۰. بازبینی‌شده در ۱۵ نوامبر ۲۰۰۱. 
  2. ‫شریفی ویند، ‫احمد. «‫Investigation of anomalous diffusion and multifractal dimensions in polypyrrole film». ‫Journal of Electroanalytical Chemistry (‫Elsevier)، ش. 671 (2012): 57-51. doi:10.1016/j.jelechem.2012.02.014. بازبینی‌شده در 15 آوریل 2012. 
  3. ‫Kosztołowicz، ‫Tadeusz. «‫Subdiffusion in a system with a thick membrane». ‫Journal of Membrane Science (‫Elsevier)، ش. 320 (2008): 492-499. doi:10.1016/j.memsci.2008.04.028. بازبینی‌شده در 20 مارس 2008. 
  4. ‫Banks، ‫Daniel S و ‫Cécile ‫Fardin. «‫Anomalous Diffusion of Proteins Due to Molecular Crowding». ‫Biophysical Journal (‫Elsevier)، ش. 89 (2005): 2960-2971. doi:10.1529/biophysj.104.051078. بازبینی‌شده در 31 اکتبر 2008. 
  5. ‫Das، ‫Jhuma و ‫Elijah Flenner. «‫Sub-Diffusion and Super-Diffusion of Hydration Water Molecules at Biological Interfaces». ‫Biophysical Journal (‫Elsevier)، ش. 98 (2010): ‫666a. doi:10.1016/j.bpj.2009.12.4263. بازبینی‌شده در 26 ژانویه 2010. 

پیوند به بیرون[ویرایش]

مقدمه ای بر نفوذ عادی و غیر عادی