Tiedosto:DiffusionMicroMacro.gif

DiffusionMicroMacro.gif(360 × 300 kuvapistettä, 402 KiB, MIME-tyyppi: image/gif, toistuva, 60 kehystä, 6,5 s)

Yhteenveto

Kuvaus
English: Diffusion from a microscopic and macroscopic point of view. Initially, there are solute molecules on the left side of a barrier (magenta line) and none on the right. The barrier is removed, and the solute diffuses to fill the whole container. Top: A single molecule moves around randomly. Middle: With more molecules, there is a clear trend where the solute fills the container more and more evenly. Bottom: With an enormous number of solute molecules, the randomness is gone: The solute appears to move smoothly and systematically from high-concentration areas to low-concentration areas, following Fick's laws. Image is made in Mathematica, source code below.
Päiväys
Lähde Oma teos
Tekijä Sbyrnes321

Lisenssi

Public domain Minä, tämän teoksen tekijänoikeudellinen omistaja, julkaisen tämän teoksen public domainiin eli luovun kaikista tekijänoikeuksista lain sallimissa puitteissa. Tämä on voimassa maailmanlaajuisesti.
Joissain maissa laki ei mahdollista tätä. Mikäli näin on:
Myönnän kenelle tahansa oikeuden käyttää tätä teosta mihin tahansa tarkoitukseen, ilman mitään ehtoja, ellei laki vaadi ehtojen asettamista.

<< Mathematica source code >>

(* Source code written in Mathematica 6.0, by Steve Byrnes, 2010.
I release this code into the public domain. Sorry it's messy...email me any questions. *)

(*Particle simulation*)
SeedRandom[1];
NumParticles = 70;
xMax = 0.7;
yMax = 0.2;
xStartMax = 0.5;
StepDist = 0.04;
InitParticleCoordinates = Table[{RandomReal[{0, xStartMax}], RandomReal[{0, yMax}]}, {i, 1, NumParticles}];
StayInBoxX[x_] := If[x < 0, -x, If[x > xMax, 2 xMax - x, x]];
StayInBoxY[y_] := If[y < 0, -y, If[y > yMax, 2 yMax - y, y]];
StayInBoxXY[xy_] := {StayInBoxX[xy[[1]]], StayInBoxY[xy[[2]]]};
StayInBarX[x_] := If[x < 0, -x, If[x > xStartMax, 2 xStartMax - x, x]];
StayInBarY[y_] := If[y < 0, -y, If[y > yMax, 2 yMax - y, y]];
StayInBarXY[xy_] := {StayInBarX[xy[[1]]], StayInBarY[xy[[2]]]};
MoveAStep[xy_] := StayInBoxXY[xy + {RandomReal[{-StepDist, StepDist}], RandomReal[{-StepDist, StepDist}]}];
MoveAStepBar[xy_] := StayInBarXY[xy + {RandomReal[{-StepDist, StepDist}], RandomReal[{-StepDist, StepDist}]}];
NextParticleCoordinates[ParticleCoords_] := MoveAStep /@ ParticleCoords;
NextParticleCoordinatesBar[ParticleCoords_] := MoveAStepBar /@ ParticleCoords;
NumFramesBarrier = 10;
NumFramesNoBarrier = 50;
NumFrames = NumFramesBarrier + NumFramesNoBarrier;
ParticleCoordinatesTable = Table[0, {i, 1, NumFrames}];
ParticleCoordinatesTable[[1]] = InitParticleCoordinates;
For[i = 2, i <= NumFrames, i++,
  If[i <= NumFramesBarrier,
   ParticleCoordinatesTable[[i]] = NextParticleCoordinatesBar[ParticleCoordinatesTable[[i - 1]]], 
   ParticleCoordinatesTable[[i]] = NextParticleCoordinates[ParticleCoordinatesTable[[i - 1]]]];];

(*Plot full particle simulation*)
makeplotbar[ParticleCoord_] := 
  ListPlot[{ParticleCoord, {{xStartMax, 0}, {xStartMax, yMax}}}, Frame -> True, Axes -> False,
   PlotRange -> {{0, xMax}, {0, yMax}}, Joined -> {False, True}, PlotStyle -> {PointSize[.03], Thick},
   AspectRatio -> yMax/xMax, FrameTicks -> None];

makeplot[ParticleCoord_] := 
 ListPlot[ParticleCoord, Frame -> True, Axes -> False, PlotRange -> {{0, xMax}, {0, yMax}}, Joined -> False, 
  PlotStyle -> PointSize[.03], AspectRatio -> yMax/xMax, FrameTicks -> None]

ParticlesPlots = 
  Join[Table[makeplotbar[ParticleCoordinatesTable[[i]]], {i, 1, NumFramesBarrier}], 
   Table[makeplot[ParticleCoordinatesTable[[i]]], {i, NumFramesBarrier + 1, NumFrames}]];

(*Plot just the first particle in the list...Actually the fifth particle looks better. *) 
FirstParticleTable = {#[[5]]} & /@ ParticleCoordinatesTable;

FirstParticlePlots = 
  Join[Table[makeplotbar[FirstParticleTable[[i]]], {i, 1, NumFramesBarrier}], 
   Table[makeplot[FirstParticleTable[[i]]], {i, NumFramesBarrier + 1, NumFrames}]];


(* Continuum solution *)

(* I can use the simple diffusion-on-an-infinite-line formula, as long as I correctly periodically replicate the
initial condition. Actually just computed nearest five replicas in each direction, that was a fine approximation. *)

(* k = diffusion coefficient, visually matched to simulation. *)
k = .0007; 
u[x_, t_] := If[t == 0, If[x <= xStartMax, 1, 0], 1/2 Sum[
     Erf[(x - (-xStartMax + 2 n xMax))/Sqrt[4 k t]] - Erf[(x - (xStartMax + 2 n xMax))/Sqrt[4 k t]], {n, -5, 5}]];

ContinuumPlots = Join[
   Table[Show[
     DensityPlot[1 - u[x, 0], {x, 0, xMax}, {y, 0, yMax}, 
      ColorFunctionScaling -> False, AspectRatio -> yMax/xMax, 
      FrameTicks -> None],
     ListPlot[{{xStartMax, 0}, {xStartMax, yMax}}, Joined -> True, 
      PlotStyle -> {Thick, Purple}]],
    {i, 1, NumFramesBarrier}],
   Table[
    DensityPlot[1 - u[x, tt], {x, 0, xMax}, {y, 0, yMax}, 
     ColorFunctionScaling -> False, AspectRatio -> yMax/xMax, 
     FrameTicks -> None],
    {tt, 1, NumFramesNoBarrier}]];

(*Combine and export *)

TogetherPlots = 
  Table[GraphicsGrid[{{FirstParticlePlots[[i]]}, {ParticlesPlots[[i]]}, {ContinuumPlots[[i]]}},
   Spacings -> Scaled[0.2]], {i, 1, NumFrames}];

Export["test.gif", Join[TogetherPlots, Table[Graphics[], {i, 1, 5}]], 
 "DisplayDurations" -> {10}, "AnimationRepititions" -> Infinity ]

Kuvatekstit

Lisää yhden rivin pituinen kuvaus tästä tiedostosta

Kohteet, joita tässä tiedostossa esitetään

esittää

16. tammikuu 2010

image/gif

Tiedoston historia

Päiväystä napsauttamalla näet, millainen tiedosto oli kyseisellä hetkellä.

PäiväysPienoiskuvaKokoKäyttäjäKommentti
nykyinen7. maaliskuuta 2012 kello 16.41Pienoiskuva 7. maaliskuuta 2012 kello 16.41 tallennetusta versiosta360 × 300 (402 KiB)Dratini0Just removed the white last fram for aesthetic purposes, and prologed the display time of the last frame to mark the reatart of the animation.
25. maaliskuuta 2010 kello 22.37Pienoiskuva 25. maaliskuuta 2010 kello 22.37 tallennetusta versiosta360 × 300 (402 KiB)AiyizoOptimized animation, converted to 256 color mode
16. tammikuuta 2010 kello 12.57Pienoiskuva 16. tammikuuta 2010 kello 12.57 tallennetusta versiosta360 × 300 (529 KiB)Sbyrnes321sped up bottom panel to match better with middle panel
16. tammikuuta 2010 kello 12.46Pienoiskuva 16. tammikuuta 2010 kello 12.46 tallennetusta versiosta360 × 300 (508 KiB)Sbyrnes321{{Information |Description={{en|1=Diffusion from a microscopic and macroscopic point of view. Initially, there are solute molecules on the left side of a barrier (purple line) and none on the right. The barrier is removed, and the solute diffuses to fill

Seuraava sivu käyttää tätä tiedostoa:

Tiedoston järjestelmänlaajuinen käyttö

Seuraavat muut wikit käyttävät tätä tiedostoa:

Näytä lisää tämän tiedoston järjestelmänlaajuista käyttöä.