Перколяция

В физике и химии явлением перколяции (от лат. percōlāre — просачиваться, протекать) называется явление протекания или непротекания жидкостей через пористые материалы. Теория перколяции находит применение в описании разнообразных систем и явлений, в том числе таких, как распространение эпидемий, надежность компьютерных сетей и протекание электричества через смесь проводящих и непроводящих частиц.

Перколятор для экстракции лекарств

Некоторые примеры задач, которые решаются через теорию перколяции:

• Сколько надо добавить медных опилок в ящик с песком, чтобы смесь начала проводить ток?
• Какая доля людей должна быть восприимчива к болезни, чтобы стала возможна эпидемия?

Изначально термин перколяция возник в гидрологии и обозначал воду, просачивающуюся через почву. Просачивание происходит только при превышении критической емкости, то есть максимальной влагоемкости почвы. Если это происходит по всей толщине ненасыщенной зоны, образуются новые грунтовые воды.

В фармацевтической технологии перколяция используется для получения активных ингредиентов из растений. Здесь обычно теплый растворитель, такой как вода или спирт, пропускается через растения или части растений; в лабораторной практике в основном с помощью насадки Сокслета. Хорошо известным примером перколяции является также приготовление фильтрованного кофе. Если несколько перколяторов подключаются последовательно (на практике до пяти), это также называется повторным соединением.

При производстве спиртных напитков перколяция означает извлечение эфирных веществ путем «вытеснения». Для этого используются цилиндрические сосуды из меди или керамики, сужающиеся к носику. Измельченные вещества помещают в перколятор между двумя ситами, а сверху наливают спирт с крепостью 30-60 %. Топливо диффундирует и накапливается в течение нескольких дней вместе с растворимыми в спирте веществами, содержащимися в растениях. Через три-шесть дней предварительный перколят медленно сливают. В то же время щелок продолжает поступать через приток до тех пор, пока не будут извлечены компоненты частей растения. Затем следует постперколяция, при которой делается попытка выжать оставшееся топливо путем добавления воды.

СсылкиПравить

• Kesten, Harry; «What is percolation?», in Notices of the American Mathematical Society, May 2006.