الترشيح
في الفيزياء والكيمياء وعلوم المواد ، يشير مصطلح الترشيح ( من اللاتينية percolare بمعنى " الترشيح أو التسرب " ، والذي صاغه إدوارد لويزل في أربعينيات القرن التاسع عشر ) إلى حركة السوائل وترشيحها عبر المواد المسامية. ولا ينطبق عليه قانون دارسي . وقد طُوّرت تطبيقات أوسع نطاقًا منذ ذلك الحين لتشمل ترابط العديد من الأنظمة التي تُنمذج على شكل شبكات أو رسوم بيانية، على غرار ترابط مكونات الشبكة في مسألة الترشيح التي تُعدّل قدرة الترشيح.
خلفية
الأصول
في أوروبا الغربية، كانت عملية الترشيح عمليةً تم اختراعها رسميًا في أوائل القرن التاسع عشر، لا سيما في أبحاث طرق استخلاص المواد الصيدلانية. وقدّم كلٌّ من يونس جاكوب بيرزيليوس ، كونت ريال ، وبيير فرانسوا غيوم بولاي إسهاماتٍ مهمةً في هذا المجال، حيث أشاروا إلى العملية عمومًا باسم "الإزاحة". [ 1 ] وفي عام 1845، صاغ إدوارد لويزل المصطلح ونشره على نطاق واسع بفضل آلة القهوة التي اخترعها. [ 2 ]
التاريخ الحديث
خلال العقود الماضية، أسهمت نظرية الترشيح ، وهي الدراسة الرياضية للترشيح، في إثراء فهمنا وتطوير تقنياتنا في مجالات واسعة من الفيزياء، وعلوم المواد، والشبكات المعقدة ، وعلم الأوبئة ، وغيرها. فعلى سبيل المثال، في الجيولوجيا ، يشير الترشيح إلى عملية تسرب المياه عبر التربة والصخور النفاذة. تتدفق المياه لتغذية المياه الجوفية في طبقة المياه الجوفية والخزانات الجوفية . في المواقع التي يُخطط فيها لإنشاء أحواض ترشيح أو حقول صرف صحي للتخلص من كميات كبيرة من المياه، يلزم إجراء اختبار ترشيح مسبق لتحديد مدى نجاح أو فشل المنشأة المُراد إنشاؤها. في شبكة مربعة ثنائية الأبعاد، يُعرَّف الترشيح كما يلي: يُعتبر الموقع "مشغولًا" باحتمالية p أو "فارغًا" (وفي هذه الحالة تُزال حوافه) باحتمالية 1 – p؛ وتُسمى المسألة المقابلة بترشيح الموقع، انظر الشكل 2.
تتسم ظاهرة الترشيح عادةً بالشمولية . وتُستخدم مفاهيم الفيزياء الإحصائية ، مثل نظرية القياس، وإعادة التطبيع ، والانتقال الطوري ، والظواهر الحرجة ، والكسور الهندسية ، لتوصيف خصائص الترشيح. كما يُستخدم علم التوافقية بشكل شائع لدراسة عتبات الترشيح .
نظراً للتعقيد الذي ينطوي عليه الحصول على نتائج دقيقة من النماذج التحليلية للترشيح، تُستخدم عادةً عمليات المحاكاة الحاسوبية. وقد نُشرت أسرع خوارزمية للترشيح حالياً في عام 2000 من قِبل مارك نيومان وروبرت زيف. [ 3 ]
أمثلة
- عملية ترشيح القهوة (انظر الشكل 1)، حيث يكون المذيب هو الماء، والمادة المنفذة هي بقايا القهوة، والمكونات القابلة للذوبان هي المركبات الكيميائية التي تعطي القهوة لونها وطعمها ورائحتها.
- حركة المواد المتآكلة إلى أسفل منحدر تحت سطح الأرض.
- تشقق الأشجار في ظل وجود شرطين، هما ضوء الشمس والضغط.
- انهيار وقوة أغلفة الفيروسات البيولوجية في مواجهة إزالة الوحدات الفرعية العشوائية (تجزئة الفيروسات التي تم التحقق منها تجريبياً). [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
- النقل في الأوساط المسامية.
- انتشار الأمراض. [ 7 ] [ 8 ]
- خشونة السطح.
- يؤدي تسرب السوائل إلى الأسنان إلى زيادة معدل التسوس تحت التيجان بسبب توفير بيئة مواتية لنمو طفرات المكورات العقدية واللاكتوباسيلس.
- تُختبر المواقع المحتملة لأنظمة الصرف الصحي عن طريق " اختبار النفاذية ". مثال/نظرية: تُحفر حفرة (قطرها عادةً من 15 إلى 25 سم) في سطح الأرض (عمقها عادةً من 30 إلى 60 سم). يُملأ الماء في الحفرة، ويُقاس الوقت اللازم لانخفاض مستوى الماء بمقدار 2.5 سم. إذا انخفض مستوى الماء بسرعة، كما هو الحال عادةً في الرمال ذات التدرج الضعيف، فإن الموقع يُعدّ مناسبًا لإنشاء " حقل ترشيح " للصرف الصحي. أما إذا كانت النفاذية الهيدروليكية للموقع منخفضة (عادةً في التربة الطينية والطميية)، فإن الموقع غير مناسب.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ بروكتر، ويليام (1859). حول الترشيح أو الإزاحة . المجلة الأمريكية للصيدلة، 31 (كلية الصيدلة في فيلادلفيا - أرشيف مكتبات سميثسونيان).
- ^ أدريان، لويس ألفونس. Adrian)، Adrian (Louis-Alphonse (1889). دراسة تاريخية حول الإضافات الصيدلانية: تشمل وصف مختلف الإجراءات والأدوات التي تخدم استخلاص المبادئ النشطة للنباتات والتركيز : متابعة جدول مزدوج ببليوغرافي (بالفرنسية). O. Doin.
- ↑ نيومان، مارك ؛ زيف، روبرت (2000). "خوارزمية مونت كارلو فعّالة ونتائج عالية الدقة للترشيح". رسائل المراجعة الفيزيائية . 85 (19): 4104-4107 . arXiv : cond-mat/0005264 . Bibcode : 2000PhRvL..85.4104N . CiteSeerX : 10.1.1.310.4632 . doi : 10.1103/PhysRevLett.85.4104 . PMID: 11056635. S2CID : 747665 .
- ↑ برونك، نيكولاس إي.؛ تواروك، ريدون (23 يوليو 2021). "نظرية الترشيح تكشف الخصائص الفيزيائية الحيوية للجسيمات الشبيهة بالفيروسات" . ACS Nano . 15 (8). الجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS): 12988-12995 . Bibcode : 2021ACSNa..1512988B . doi : 10.1021/acsnano.1c01882 . ISSN 1936-0851 . PMC 8397427. PMID 34296852 .
- ↑ برونك، نيكولاس إي.؛ لي، لاي سيانغ؛ غلازيير، جيمس أ.؛ بوتسكي، ويليام؛ زلوتنيك، آدم (2018). "لعبة جينغا الجزيئية: انتقال طور الترشيح (الانهيار) في قفيصات الفيروسات" . علم الأحياء الفيزيائي . 15 (5): 056005. رمز Bibcode : 2018PhBio..15e6005B . doi : 10.1088/1478-3975/aac194 . PMC 6004236. PMID 29714713 .
- ↑ لي، لاي سيانغ؛ برونك، نيكولاس؛ هايوود، دانيال ج.؛ كيفر، ديفيد؛ بيرسون، إليزابيث؛ كونديليس، بانايوتيس؛ وانغ، جوزيف تشي-ين؛ جاكوبسون، ستيفن س.؛ جارولد، مارتن ف.؛ زلوتنيك، آدم (2017). "لوحة تجارب جزيئية: إزالة واستبدال الوحدات الفرعية في غلاف فيروس التهاب الكبد ب" . علم البروتين . 26 (11): 2170-2180 . doi : 10.1002/pro.3265 . PMC 5654856. PMID 28795465 .
- ↑ غراسبرغر، بيتر (1983). "حول السلوك الحرج لعملية الوباء العامة والترشيح الديناميكي". العلوم البيولوجية الرياضية . 63 (2): 157-172 . doi : 10.1016/0025-5564(82)90036-0 .
- ↑ نيومان، إم إي جيه (2002). "انتشار الأمراض الوبائية على الشبكات". مجلة Physical Review E. 66 ( 1 الجزء 2) 016128. arXiv : cond-mat/0205009 . Bibcode : 2002PhRvE..66a6128N . doi : 10.1103 /PhysRevE.66.016128 . PMID 12241447. S2CID 15291065 .
للمزيد من القراءة
- كيستن، هاري ؛ "ما هو الترشيح؟" ، في إشعارات الجمعية الأمريكية للرياضيات ، مايو 2006.
- ساهيمي، محمد؛ تطبيقات نظرية الترشيح ، تايلور وفرانسيس، 1994. ISBN 0-7484-0075-3(قماش)، رقم ISBN 0-7484-0076-1(ورق).
- غريمت، جيفري ؛ الترشيح (الطبعة الثانية). سبرينغر فيرلاغ، 1999.
- ستوفر، ديتريش ؛ وأهاروني، آمون؛ مقدمة في نظرية الترشيح ، تايلور وفرانسيس، 1994، الطبعة الثانية المنقحة، ISBN 9780748402533.
- كيركباتريك، سكوت؛ "الترشيح والتوصيل" ، في مراجعات الفيزياء الحديثة ، 45، 574، 1973.
- رودريغز، إدوارد؛ خصائص مميزة للبيادق على رقعة سداسية. مؤرشف بتاريخ 9 ديسمبر 2021 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
- بولوباس، بيلا ؛ ريوردان، أوليفر ؛ الترشيح ، مطبعة جامعة كامبريدج، 2006، رقم ISBN 0521872324.
- غريمت، جيفري؛ الترشيح ، سبرينغر، 1999
- نظرية النظم
- التوافقية