036) Animasi Excel untuk Fisika: Difusi Partikel (Metode Random Walk)

Difusi adalah perpindahan partikel dari lokasi yang memiliki konsentrasi lebih tinggi ke lokasi yang memiliki konsentrasi lebih rendah. Laju perpindahan bergantung pada beda konsentrasi partikel (direpresentasikan oleh gradien kosentrasi) serta suatu faktor yang bergantung pada jenis partikel dan jenis medium tempat partikel bergerak. Faktor ini dinamakan konstanta difusi. Tanpa penerapan medan luar yang mempengaruhi gerak partikel, maka laju difusi memenuhi hukum Fick

dengan

J adalah perubahan konsentrasi partikel per satuan waktu per satuan luas daerah yang ditembus

n adalak konsentrasi partikel pada lokasi yang ditinjau

D adalah konstanta difusi

Tanda negatif menyatakan bahwa aliran partikel melawan bertambahnya konsentrasi. Atau aliran partikel berarah dari lokasi dengan konsentrasi tinggi ke lokasi dengan konsentrasi rendah.

Fenomena difusi yang menyebabkan zat cair yang mula-mula mengandung medium yang tidak rata, lama-lama menjadi rata setelah disimpan lama. Difusi menyebabkan pakaian yang baru dicuci dan disimpan di tempat teduh pun bisa kering (difusi molekul air dari pakaian ke udara di sekitarnya). Difusi berimplikasi pada sebaran material di udara atau zat cair yang semula tidak rata menjadi rata.

Bagaimana kita menvisualisasikan mekanisme difusi? Saya buat program animasi dengan Excel. Untuk mudahnya, kita anggap difusi berlangsung dalam ruang dua dimensi. Mula-mula kita isi partikel dengan kosentrasi berbeda pada dua daerah yang berbatasan dengan suatu dinding. Partikel pada masing-masing daerah melakukan gerak Brown. Pada postingan sebelumnya, saya sudah buat animasi gerak Brown dengan metode random walk. Metode tersebut saya terapkan juga di sini.

Mula-mula kelompok partikel dperangkap pada masing-masing ruang. Konsentrasi partikel pada masing-masingruang dapat kita pilih sebagai input. Setelah beberapa lama, dinding pembatas dua ruang kita hilangkan sehingga partikel dari tiap ruang dapat bergerak ke seluruh ruang yang ada. Kita akan amati bahwa lama-kelamaan kerapatan partikel pada dua ruang menjadi sama. Ini artinya telah terjadi proses difusi. Kerapatan yang sama menunjukkan adanya aliran partikel dari ruang yang semula memiliki kerapatan tinggi ke ruang yang memiliki kerapatan rendah.

Yang ingin melakukan “percobaan virtual” difusi, silakan jalankan file animasi berikut ini. Jangan lupa diberitahu teman-teman lain ya.

File animasi proses difusi

Jika merasa bermanfaat, silakan share dan like:

Leave a Reply