homogeenisuus

Homogeenisuus (mistä ὁμός homόs "sama" ja γένεσις genesis "luominen, syntymä", siten suunnilleen: sama laatu) tarkoittaa tasa fysikaalinen ominaisuus koko laajuutta järjestelmän tai samankaltaisuuden elementtien järjestelmän. Termillä on laaja soveltamisala ja se voi sisältää erilaisia merkityksiä yksityiskohtaisesti. Mittausta tai menetelmää, jolla materiaali tai järjestelmä tehdään homogeeniseksi tai sen homogeenisuutta lisätään, kutsutaan homogenisoinniksi.

Homogeenisuuden vastakohdat

Homogeeninen, heterogeeninen, epähomogeeninen

Sitä, mikä ei ole homogeenista, kutsutaan epähomogeeniseksi tai heterogeeniseksi .

Nämä kaksi termiä erotetaan yleensä toisistaan, sanan käyttö vaihtelee jonkin verran.

Rungosta, joka on valmistettu yhtenäisestä materiaalista, mutta esimerkiksi tiheydellä, joka vaihtelee paikasta toiseen , viitataan epähomogeeniseksi.
Heterogeeninen (kaksi tai useampia vaiheita) on toisaalta runko, joka on valmistettu makroskooppisesti erilaisista komponenteista, kuten teräsvahvikkeella varustetusta betonilaatasta.

Kuvassa erot homogeenisuudessa, heterogeenisyydessä ja epähomogeenisuudessa esitetään graafisesti vasemmalta oikealle.

fysiikka

In fysiikka , asia , katsottuna atomisesti, on pohjimmiltaan ole homogeeninen, koska rakennuspalikoita asia ei ole yhtenäinen spatiaalinen täyte . Jopa atomissa itsessään massa- ja varausjakauma ei ole homogeeninen, koska se on jakautunut epätasaisesti atomin ytimen ja atomikuoren välillä . Jos atomit tai molekyylit jakautuvat suunnilleen tasaisesti (ei välttämättä kristallihilan säännöllisyydellä , mutta ilman makroskooppisia vaihteluja paikasta toiseen), niin asia on käytännön näkökulmasta homogeeninen .

Termiä käytetään myös kenttiin . Kenttä, esim. B. magneettikenttää kutsutaan homogeeniseksi, jos kentän voimakkuus on sama kaikissa kohdissa, muuten epähomogeeninen. Homogeenisille kentille on ominaista suorat, yhdensuuntaiset ja tasaisesti jakautuneet kenttäviivat . Kun on kyse gradienttikentistä , potentiaalipinnat ovat yhdensuuntaisia tasoja, joihin kenttäviivat tunkeutuvat suorassa kulmassa. Vaikka dipoles ovat linjassa ja houkuttelee inhomogeneous kenttiä, yhdenmukaisia kenttiä kohdistavat mukauttamaan hetkiä dipoles, mutta ei puoleensavetäviä voimia. Esimerkkejä suunnilleen homogeenisista kentistä ovat:

Sähkökenttä levykondensaattorissa .
Magneettikenttä pitkässä kelassa .
Maapallon painovoimakenttä, jos kokeellisen kokoonpanon mitat ovat hyvin pienet verrattuna maahan.

Loppujen lopuksi teoreettisessa fysiikassa puhutaan avaruuden homogeenisuudesta, kun halutaan ilmaista, että fyysiset lait ovat muuttumattomia käännökselle . Tästä seuraa, mukaan noetherin teoreema , että vauhti on konservoitunut suure .

Riippuvuus kokoluokasta

Esimerkki aineesta, joka on heterogeeninen mikroskooppisella tasolla, mutta näyttää homogeeniselta makroskooppisella tasolla, on maito . Mikroskooppisesti voidaan erottaa maidon alueet, jotka sisältävät rasvaa, ja alueet, jotka sisältävät vettä . Ja vaikka nämä kaksi eivät voi sekoittua, molemmat alueet ovat niin pieniä, että makroskooppisesti tarkasteltuna ne näyttävät jakautuneen homogeenisesti. Sellaisissa seoksissa voi kuitenkin tapahtua, että niiden komponentit erottuvat ajan myötä, ja maidon tapauksessa se ei enää näytä makroskooppisesti homogeeniselta, koska sen vetiset alueet eroavat selvästi niiden rasvaisista alueista (kerma). Voit estää tämän erottelun tai erottamisen. B. homogenoinnin avulla, jotta rasva ja vesi jakautuvat tasaisesti jopa pitkän ajan jälkeen.

In kemia , homogeeninen aineet ovat joko puhtaita aineita tai homogeenisia seoksia , jotka sisältävät myös ratkaisuja .

Homogeenisten aineiden merkitys

Riittävän homogeenisten lähtöaineiden tai välituotteiden uuttaminen teollisuudelle, kuten erilaisten puolijohdekomponenttien valmistuksessa nykyaikaisessa elektroniikka- ja tietokoneteollisuudessa, on yksi tieteen ja tekniikan kehityksen keskeisistä ongelmista . Se vaatii usein paljon vaivaa (varsinkin kun puhtaita aineita uutetaan ja / tai pienennetään niiden virhetoleransseja).

Kemiallisen homogeenisuuden seuraukset

Homogeenisella aineella on sama tiheys ja koostumus kaikkialla . Suuressa astiassa, jossa on homogeenista ainetta, esim. B. kanssa kaasu , osajoukko V ₁ pidetään yhdessä pisteessä , niin tämä sisältää saman määrän ainetta, kuten osajoukko, jolla on sama tilavuus V ₁ toisessa kohdassa. Jos jaat aineen kokonaismäärän kahteen yhtä suureen määrään, ne sisältävät kukin saman määrän ainetta (tässä tapauksessa puolet alkuperäisestä). Se seuraa:

Homogeeniseen aineiden jatkuva paine ja vakio lämpötilassa ainemäärä on verrannollinen tilavuuteen, tai päinvastoin:

Tilavuus V homogeeniset aineet ovat vakiopaineessa p ja vakiolämpötila T on verrannollinen aineen määrään n .

Ja T = vakio ja p = vakio pätee seuraava:

{\ displaystyle V \ sim n \ qquad {\ frac {V} {n}} = {\ text {const}} \ qquad {\ frac {V_ {1}} {n_ {1}}} = {\ frac { V_ {2}} {n_ {2}}}}

.

Näitä lakeja sovelletaan kaikkiin homogeenisiin aineisiin niin kauan kuin lämpötila ja paine pysyvät muuttumattomina, mukaan lukien ihanteelliset kaasut , joihin sovelletaan ihanteellisten kaasujen tilan termistä yhtälöä . Osamäärä on nimeltään molaarinen määrä , osamäärä on pitoisuus . Edellä mainitut suhteet ovat myös tilavuuden perusta . ${\ displaystyle {\ tfrac {V} {n}} = V_ {m}}$ ${\ displaystyle {\ tfrac {n} {V}} = c}$