« Fizika - 10. fokozat »

Emlékezzünk a diffúziós jelenség főiskolájának fizikájáról.
Mit lehet magyarázni ezzel a jelenséggel?

Korábban megtanultad, mi diffúzió, az egyik anyag molekuláinak behatolása egy másik anyag intermolekuláris térébe. Ezt a jelenséget a molekulák hibás mozgása határozza meg. Ez például megmagyarázható például az a tény, hogy a víz és az alkohol keverékének térfogata kisebb, mint a komponenskomponensek mennyisége.

De a molekulák mozgása legnyilvánvalóbb bizonyítéka a legkisebb részecskék megfigyelésével, a szilárd anyag vízben szuszpendálva. Ezek a részecskék rendezetlen mozgást tesznek, amelyet hívnak barna.

Barna mozgás - Ez a folyékony (vagy gáz) súlyozott részecskék hőmozgása.

A barna mozgalom megfigyelése.

Angol Botanista R. Brown (1773-1858) először 1827-ben megfigyelte ezt a jelenséget, figyelembe véve a pladen mikroszkóp súlyozott spóráját.

Később más kis részecskéket is figyelembe vett, beleértve az egyiptomi piramisok kő részecskéit is. Most a barna mozgalom megfigyelésére, a vízben oldhatatlan gummigut festék részecskéi. Ezek a részecskék rendezetlen mozgást tesznek. A legszembetűnőbb és szokatlan számunkra az, hogy ez a mozgás soha nem áll meg. Mi hozzászokunk ahhoz, hogy minden mozgó test előbb-utóbb megáll. Barna először úgy gondolta, hogy a síkság spórája az élet jeleit mutatja.

A Brownian mozgalom hőmozgás, és nem állhat meg. A növekvő hőmérsékleten az intenzitás növekszik.

A 8.3. Ábra bemutatja a barna részecskék mozgásának pályáit. A pontokkal jelölt részecskék pozícióit egyenlő időközönként határozzák meg - 30 s. Ezeket a pontokat egyenes vonalakkal kell összekötni. A valóságban a részecskék pályája sokkal bonyolultabb.

A barna mozgalom magyarázata.

A molekuláris kinetikus elmélet alapján magyarázhatja a Brownian mozgalmat.

"Néhány jelenség képes a megfigyelőt, mint a barnan mozgás. Itt a megfigyelő megengedi, hogy a természetben végzett jelenetek mögé nézhesse. Megnyit egy új világot - a non-stop fenntartott hatalmas részecskéket. Gyorsan repülni a mikroszkóp a legkisebb részecskék, majdnem azonnal megváltoztatja a mozgás irányát. A nagy részecskék lassabbak, de folyamatosan megváltoztatják a mozgás irányát. A nagy részecskéket gyakorlatilag értelmezik. A kiemelkedéseik egyértelműen megmutatják a részecskék forgását a tengelyük körül, amelyek folyamatosan megváltoztatják az irányt az űrben. Sehol nincs nyomon a rendszer vagy a rend. A vakok uralkodása az erős, túlnyomó benyomás, amely ezt a képet a megfigyelőre készíti. " R. Paul (1884-1976).

A részecske barna mozgása oka, hogy a folyadékmolekulák fújása a részecskékről nem kompenzálja egymást.

A 8.4. Ábra vázlatosan mutatja egy barna részecske és molekulák helyzetét.

Az általuk továbbított molekulák véletlenszerű mozgásával a barna részecske impulzusok, például balra és jobbra, egyenlőtlenek. Ezért, ez különbözik a nullától a kapott erejét a folyadéknak a nyomása molekulák a Brown-részecske. Ez az erő a részecskemozgás változását okozza.

A Brownian Mozgalom molekuláris kinetikus elméletét 1905-ben hozták létre A. Einstein (1879-1955). A Brownian Mozgalom elmélete és a J. Perenom francia fizikusjának kísérleti megerősítése végül befejezte a molekuláris kinetikus elmélet győzelmét. 1926-ban J. Perez megkapta a Nobel-díjat az anyag szerkezetének tanulmányozásáért.

Jellemzők Perrin.

A Perrin kísérletek ötlete a következő. Ismeretes, hogy a gázmolekulák koncentrációja a légkörben csökken a magassággal. Ha nincs hőmozgás, akkor minden molekula esik a földre, és a légkör eltűnik. Ha azonban a földhöz való vonzódás nem volt, akkor a molekula hőmozgása miatt elhagynák a Földet, mivel a gáz korlátlan terjeszkedésre képes. Ezeknek az ellenkező tényezőknek köszönhetően a magasságban lévő molekulák bizonyos eloszlása \u200b\u200blétezik, azaz a molekulák koncentrációja elég gyorsan csökken. Ráadásul minél nagyobb a molekulák tömege, annál gyorsabban csökken a koncentráció magasságával.

A Brownian részecskék termikus mozgásban vannak. Mivel az interakció elhanyagolható, ezeknek a részecskéknek a kombinációja gázban vagy folyadékban tökéletes gáznak tekinthető nagyon nehéz molekulákból. Ennek következtében a gömbmezőben lévő gázban vagy folyadékban a barna részecskék koncentrációja ugyanezen törvényt kell csökkentenie a gázmolekulák koncentrációjaként. Ez a törvény ismert.

A mikroszkóp nagymértékű perreno és a sekély mélység mélységélessége (alacsony mélységélesség) a barnan-részecskék nagyon vékony rétegben voltak megfigyelhető. A részecskék koncentrációjának különböző magasságban történő kiszámítása szerint ez a koncentráció ugyanezen törvényként csökken, mint a gázmolekulák koncentrációja. A különbség az, hogy a barnan-részecskék nagy tömegének köszönhetően a csökkenés nagyon gyorsan történik.

Mindezek a tények jelzik a Brownian mozgalom elméletének helyességét, és hogy a Brownian részecskék részt vesznek a molekulák termikus mozgásában.

A barnan-részecskék számlálása különböző magasságokban lehetővé tette a Perrent, hogy meghatározza az állandó Avogadro teljesen új módszert. Az állandó értéke egybeesett a korábban ismert.

Barna mozgás

30 "in" osztály

Onishchuk Catherine

A barnan-mozgalom fogalma

A barnan mozgalom és a tudomány iránti kérelem törvényei

A barnan mozgalom fogalma a káoszelmélet szempontjából

Biliárdgolyó mozgás

A becsült fraktálok és káosz integrálása

A barnan-mozgalom fogalma

A barna mozgalom, pontosabban a barnowovsky mozgalom, az anyag részecskéinek hőmozgása (mérete több μm.és kevesebb) folyadékban vagy részecskékben szuszpendált állapotban. A barnan mozgalom oka számos, nem kompenzált impulzus, amely a barna részecske a folyadékból vagy a gázmolekulákból származik. R. Brown (1773-1858) 1827-ben. A mikroszkóp alatt csak a mikroszkóp alatt látható súlyozott részecskék egymástól függetlenül mozognak, és leírják a komplex zigzag pályákat. A Brown-mozgalom nem gyengíti az idő múlásával, és nem függ a közeg kémiai tulajdonságaitól. A barnan-mozgás intenzitása növeli a táptalaj növekvő hőmérsékletét és a viszkozitását és a részecskeméreteket.

A barna mozgalom következetes magyarázata A. Einstein és M. Smillukhovsky 1905-06-ban adta meg a molekuláris kinetikus elmélet alapján. Ennek az elméletnek megfelelően a folyadék vagy a gázmolekulák állandó hőmozgásban helyezkednek el, és a különböző méretű és irányú különböző molekulák impulzusai. Ha az ilyen közegben elhelyezett részecske felülete kicsi, mivel a barna részecske esetében történik, akkor a környező molekulákból származó részecske által tapasztalt fújatok nem lesznek pontosan kompenzálva. Ezért a "bombázás" molekulák eredményeképpen a Brownian részecske egy hibás mozgásban van, megváltoztatja a sebességének mennyiségét és irányát körülbelül 10 másodpercig. A barnan mozgalom megfigyelésénél rögzített (lásd rizs . 1) részecske egyenlő időn belül. Természetesen nincs egyenes vonal a részecske megfigyelései között, de az egyenes vonalú egymást követő pozíciók összekapcsolása feltételes képet ad a mozgásról.

Gummit részecske vízben történő barna mozgása (1. ábra)

Brownian mozgás törvényei

A Brownian Mozgalom törvényei vizuális visszaigazolásként szolgálnak a molekuláris kinetikus elmélet alapvető rendelkezéseinek. A Browni-mozgalom általános képét Einstein törvénye a részecske elmozdulásának középső térére írja le

Bármely X irány mentén. Ha a két mérés közötti idő alatt elegendően nagy számú ütközés van a részecske molekulákkal, akkor arányosan t: \u003d 2d

Itt D.- diffúziós együttható, amelyet a részecske viszkózus közegének ellenállása határoz meg. A sugarú gömb alakú részecskék esetében, és ez egyenlő:

D \u003d kt / 6pha, (2)

hol - a boltzmann állandó, T -abszolút hőmérséklet, H a közeg dinamikus viszkozitása. A Brownian Mozgalom elmélete megmagyarázza a részecske véletlenszerű mozgását a véletlen erők hatásával a molekulák és a súrlódási erők részeire. Az erő véletlenszerű jellege azt jelenti, hogy a T 1 időintervallumra vonatkozó cselekvése teljesen független a T 2 intervallum cselekvésétől, ha ezek az intervallumok nem fedik egymást. A kellően nagy erő átlaga nulla, és a Brownian Partle DC átlagos elmozdulása nulla lehet. Az eredmények az elmélet a Brown-mozgás ragyogóan összhangban a kísérlet, az (1) és (2) megerősítette mérések J. Pereren és T. Svodberg (1906). Ezeknek a kapcsolatokon alapulnak, egy állandó Boltzmann és avogadro kísérletileg azonosíthatóak az egyéb módszerekkel kapott értékekkel egyetértésben. A Brownian Mozgalom elmélete fontos szerepet játszott a statisztikai mechanika indoklásában. Ezenkívül gyakorlati értéke van. Először is, a Brown-mozgalom korlátozza a mérőműszerek pontosságát. Például a tükör galvanométerének bizonyságának pontosságának határát a tükör remegése határozza meg, például a légmolekulák által bombázott barna részecske. A Brown-mozgalom törvényei határozzák meg az elektromos áramköröket okozó elektronok véletlen mozgását. A dielektrikák dielektromos veszteségeit a differi molekulák véletlenszerű mozgásokkal magyarázzák. Az elektrolitok oldataiban lévő ionok véletlen mozgása növeli az elektromos ellenállásukat.

A barnan mozgalom fogalma a káoszelmélet szempontjából

A barna mozgalom például a vízben szuszpendált porrészecskék véletlenszerű és kaotikus mozgása. Ez a fajta mozgás lehet a fraktál geometria aspektusa, amelynek legnagyobb gyakorlati felhasználása. A véletlenszerű barna mozgás olyan frekvenciajelvet hoz létre, amely felhasználható olyan dolgok előrejelzésére, amelyek nagy mennyiségű adatot és statisztikát tartalmaznak. Jó példa a gyapjú ára, amelyet Mandelbrot megjósolta a barnan mozgalom segítségével.

A Brown-számokon alapuló grafikon építése során létrehozott frekvenciaviagramok zenéje is átalakíthatók. Természetesen ez a fajta fraktál zene egyáltalán nem zenei és igazán gumiabroncs a hallgató.

A diagram böngészése véletlenül Brownian Numbers, lehetséges, hogy olyan por fraktálot kapunk, mint például példaként. A barnan mozgalom használata mellett fraktálok beszerzése fraktálokból is használható tájképek létrehozására is. Sok fantasztikus filmek, mint a Star Trek, a Brown-mozgás technikát létrehozásához használt idegen tájak, mint a hegyek és topológiai minták magas fennsíkon.

Ezek a technikusok nagyon hatékonyak, és megtalálhatók a Mandelbrohace fraktál geometriájának könyvében. Mandelbrot használt Brownian vonalakat, hogy létrehozzák a fraktál partvonalakat és a sziget kártyákat (amelyek valójában csak véletlenszerűen ábrázolt pontokban voltak) egy madár szemétől.

Biliárdgolyó mozgás

Bárki, aki valaha vett a biliárdokhoz, tudja, hogy a játék kulcsa a pontosság. A legkisebb hiba a kezdeti sztrájk sarkában gyorsan vezethet hatalmas hiba a labda pozícióban csak több ütközés után. Ez a kezdeti feltételek érzékenységét a káosz úgynevezett ellenállhatatlan akadályt jelent, hogy bárki, aki reméli, hogy előre megjósolja vagy ellenőrzi a labda mozgásának pályáját, mint hat vagy hét ütközés után. És nem hiszem, hogy a probléma az asztalon vagy egy nehezen kezében. Sőt, ha használja a számítógépet, hogy építsenek egy modell, amely egy biliárdasztal, amely nem rendelkezik semmilyen súrlódás, embertelen ellenőrzés pontosságának elhelyezése Kiya, még mindig nem tudja megjósolni a labda röppályáját sokáig!

Meddig? Ez részben a számítógép pontosságától függ, hanem nagyobb mértékben az asztal alakjában. A teljesen kerekasztal esetében körülbelül 500 összecsapás pozíciót számíthat ki körülbelül 0,1 százalékos hibával. De érdemes megváltoztatni az asztal alakját, hogy legalább egy kicsit helytelen (ovális), és a pálya kiszámíthatatlansága meghaladhatja a 90 fokot 10 ütközés után! Az egyetlen módja annak, hogy képet kapjunk a biliárdgolyó általános viselkedéséről, pattogó a tiszta asztalról, az, hogy ábrázolja a rebound szögét vagy az ív hosszát, amely megfelel az egyes ütéseknek. Íme két egymást követő növekedés egy ilyen fázis-térbeli kép.

Mindegyik különálló hurok vagy a pontok szétszóródási területe a kezdeti körülményekből származó labda viselkedését jelenti. A kép kiterjesztése, amelyen egy adott kísérlet eredményeit megjelenítik, a kezdeti feltételek vonzerejének nevezik. Hogyan lehet látni az ilyen kísérletekhez használt táblázat alakját, az a vonzerő területek fő részét, amely folyamatosan csökken a csökkenő skálán. Elméletileg az ilyen önállónak örökké folytatódnia kell, és ha egyre többet fogunk növelni a rajzot, akkor ugyanazokat a formákat kapnánk. Ezt ma nagyon népszerűnek nevezik, a fraktál szó.

A determinisztikus fraktálok és a káosz integrálása

A determinisztikus fraktálok szempontjából láthatják, hogy nem mutatnak kaotikus viselkedést, és valójában nagyon kiszámíthatóak. Amint ismeretes, a káoszelmélet fraktálot használ, hogy újratelepíthesse vagy megtalálja a mintákat, hogy megjósolja a természetben számos rendszer viselkedését, például a madár migráció problémáját.

Most nézzük meg, hogy tényleg történik. A fraktál, az úgynevezett Pythagore Fa, amelyet nem vett figyelembe itt (ami egyébként nem feltalálta Pythagore, és nem kapcsolódik a pythagorean theoremhez) és a barna mozgalom (amely kaotikus), próbáljunk meg egy igazi fát utánzás. A levelek és ágak megrendelése a fán meglehetősen nehéz és véletlenül, és valószínűleg nem valami nagyon egyszerű, ami 12 soros programot emelhet.

Először létre kell hoznia a Pythagore fát (balra). Szükséges, hogy a hordót alaposan elkészítsük. Ebben a szakaszban a barnan mozgalmat nem használják. Ehelyett a vonal minden vonala most egy téglalap szimmetriájává vált, amely hordóvá válik, és az ágak kívül esik.

Barna mozgás - Mikroszkópos látható mozgás, a szilárd anyagok folyékony vagy gázrészecskéinek súlyozott, a folyadék vagy gáz részecskéinek hőmozgása miatt. A barna mozgalom soha nem áll meg. A Brown-mozgalom termikus mozgással jár, de nem keverheti össze ezeket a fogalmakat. A Brown-mozgalom következménye és bizonyítéka a termikus mozgás létezésének.

A Brown-mozgalom a molekuláris kinetikus elmélet ábrázolásának leglátványosabb megerősítése az atomok és molekulák kaotikus hőmozgásáról. Ha a megfigyelési rés meglehetősen nagy, úgy, hogy a közeg molekuláiból származó részecskékre ható erők sokszor megváltoztassák irányukat, majd az elmozdulás átlagos térét bármely tengelyre (más külső erők hiányában) ) arányos az idővel.
Az Einstein törvényének megkötésekor feltételezzük, hogy a részecske bármely irányba történő elmozdulása egyaránt egyenletes, és elhanyagolható a Brownian részecske tehetetlenségében a súrlódási erők hatásához képest (ez megengedett elég nagy idők számára ). A D együttható képlete a Stokes törvény alkalmazásán alapul, hogy a sugárzási rezisztencia az A sugár áramlásának mozgásának mozgása iránti folyadékban. Az arányokat és a D-t kísérletileg megerősítették J. Pereren (J. Perrin) és T. Swedberg (T. Svedberg) mérései. Ezen mérésekből az állandó Boltzmank K és az Avogadro Constant NA-t kísérletileg határozzák meg. A progresszív barna mozgalom mellett rotációs barna mozgalom is van - a molekulák molekulák hatása alatt rotációs barna mozgás - rendezetlen forgás. A rotációs barna mozgalom esetében a részecske átlagos kvadratikus szögletes elmozdulása arányos a megfigyelési idővel. Ezeket a kapcsolatokat a Perrin kísérletei is megerősítették, bár ez a hatás sokkal nehezebb megfigyelni, mint a progresszív barna mozgalom.

Egy jelenség lényege

A barna mozgalom azért következik be, hogy az összes folyadék és gáz atomokból vagy molekulákból áll - a legkisebb részecskék, amelyek állandó kaotikus hőmozgásban vannak, ezért folyamatosan a barnan-részecskét különböző oldalakról nyomják. Megállapították, hogy a barnan mozgalomban több mint 5 mikronos méretű nagy részecskéket nem vehetnek részt a Brownian Mozgalomban (még mindig vagy mag), kisebb részecskék (kevesebb, mint 3 mikron) fokozatosan mozognak a nagyon összetett pályákon vagy forgatva. Amikor egy nagy test szerdán merül fel, akkor a hatalmas számokban előforduló sokkok átlagolódnak és állandó nyomást gyakorolnak. Ha egy nagy testet minden oldalról egy közeg veszi körül, akkor a nyomás gyakorlatilag kiegyensúlyozott, csak az Archimedes emelőereje továbbra is - az ilyen test zökkenőmentesen felbukkan vagy süllyed. Ha a test kicsi, mint a barnan-részecske, akkor a nyomás ingadozásai észrevehetővé válnak, ami észrevehető véletlenül változó erőt hoz létre, ami a részecske-rezgéshez vezet. A Brownian részecskék általában nem megfulladnak, és nem felugrik, de súlyozott állapotban vannak.

Brownian mozgalom elmélete

1905-ben Albert Einstein molekuláris kinetikus elméletet hozott létre a barna mozgalom mennyiségi leírására. Különösen a gömb alakú barna részecskék diffúziós együtthatójának képletét hozta létre:

hol D. - diffúziós együttható, R. - univerzális gáz állandó, T. - abszolút hőmérséklet, N A. - állandó avogadro, de - A részecskék sugara, ξ dinamikus viszkozitás.

Barna mozgalom, mint Nemarvovsky
Alkalmi folyamat

A múlt században a barnan mozgalom jól fejlett elmélete hozzávetőleges. És bár a leggyakrabban fontos esetekben a meglévő elmélet kielégítő eredményeket ad, egyes esetekben tisztázást igényelhet. Így a 21. század elején végzett kísérleti munka a Lausanne Polytechnikai Egyetemen, a Texasi Egyetemen és a Heidelbergi Európai Molekuláris Biológiai Laboratóriumban (a S. Jenia vezetésével) a Brownian viselkedése között megmutatta a különbséget Az Einstein - Smolukhovsky elméletileg előre jelzett elméletéből származó részecske, amely különösen észrevehető volt, amikor növeli a részecskeméretet. A vizsgálatok szintén befolyásolták a közeg környező részecskék mozgásának elemzését, és jelentős kölcsönös hatását mutatták a barna részecske mozgásának és a közegben lévő részecskék mozgása egymáshoz, vagyis a "memória" jelenléte A Brownian részecskeben, vagy más szóval, a statisztikai jellemzőinek függősége a jövőben a múlt előtti viselkedésétől. Ezt a tényt nem vették figyelembe Einstein elméletében - Smolukhovsky.
A részecske barna mozgása a viszkózus környezetben, általában beszélve, a nem Markov osztályára utal az osztályba, és pontosabb leírásra van szükség, az integrált sztochasztikus egyenletek alkalmazása szükséges.

A barna mozgalom a kis részecskék kaotikus és hibás mozgása, szabályként, különböző folyadékokban vagy gázokban lévő molekulák. A barnan mozgalom előfordulásának oka néhány (kisebb részecskék) ütközése más részecskékkel (már nagyobb). Mi a barna mozgalom megnyitásának története, annak jelentősége a fizikában, és különösen az atom molekuláris elméletben? Milyen példák a barnan mozgalom valóban? Tudjon meg többet mindezről cikkünkről.

A barna mozgalom megnyitása

Egy angol botanista Robert Brown (1773-1858) a Brownian Movement (1773-1858) elsődleges háttere volt, önmagában a becsületében, hogy "Brownian" -nak nevezik. 1827-ben Robert Brown aktívan kutatott pollen különböző növényekből. Különösen érdekelte, hogy mi a pollen részvétele a növények reprodukálásába kerül. És így, figyelte a pollenet a zöldséglevek mozgásába, a tudós észrevette, hogy a kis részecskék, majd véletlenszerű kanyargós mozgást.

Megfigyelő barna megerősítette más tudósokat. Különösen a részecskék rendelkeznek a növekvő hőmérséklet-növelésével, valamint a részecskék méretének csökkenésével. És a közeg viszkozitásának növekedésével, amelyben voltak, az ellenkező mozgásuk ellenkezőleg, lelassult.

Robert Brown, Brownian forgalmazó.

Először Robert Brown úgy gondolta, hogy figyeli a mozgást, még a "tánc" néhány élő mikroorganizmus, mert a pollen maga is, a férfiak genitális növényei. De a halott növények részecskéi is hasonló mozdulattal rendelkeztek, sőt a növények szárítottak száz évvel ezelőtt a gyógynövényekben. Még jobban meglepett a tudós, amikor elkezdte felfedezni a nem élő anyagot: a szenet kis részecskéi, korom, és még a londoni levegő porrészecskéi is. Ezután a mikroszkóp alatt kutató kapott egy pohár, különböző és számos ásványi anyagot. És mindenhol ezeket az "aktív molekulákat" észlelték, állandó és kaotikus mozgásban maradtak.

Érdekes: Ön magad nézze meg a Brownian mozgalmat a saját szemével, mert erre nem lesz erős mikroszkóp (mert Robert Brown életében még nem volt erőteljes modern mikroszkópja). Ha ezt a mikroszkóppal, például egy aprított dobozban füstöljük, és megvilágítjuk az oldalsó fénysugarat, akkor apró darabokat és hamut láthatunk, amely folyamatosan ugrik oda-vissza. Ez a barna mozgalom.

Brownian mozgás és atommolekuláris elmélet

A nyílt barna mozgás hamarosan nagyon híres volt a tudományos körökben. A tartály önmagában örömmel mutatott neki sok kollégáinak. Azonban sok éve és Robert Brown maga, sem kollégái megmagyarázhatják a barna mozgalom okait, akkor miért nem fordul elő egyáltalán. Ráadásul a barna mozgalom teljesen rendezetlen volt, és nem adta volna logikát.

Magyarázatát csak a XIX. Század végén adták meg, és a tudományos közösség nem fogadta el azonnal. 1863-ban a német matematikus Ludwig Christian Wiener azt javasolta, hogy a barna mozgalom bizonyos láthatatlan atomok oszcillációs mozgása miatt következett be. Lényegében ez volt az első magyarázat erre a különös jelenséget társított tulajdonságok az atomok és molekulák, az első kísérlet segítségével a Brown-mozgás, hogy behatoljon a szerkezet az anyag. Különösen a Wiener megpróbálta mérni a részecskék sebességének függőségét a méretükből.

Ezt követően a Wiener ötletét más tudósok fejlesztették ki, köztük egy jól ismert skót fizikus és kémikus William Ramzai volt. Az, aki sikerült bizonyítania, hogy a kis részecskék barna mozdulatának oka az rájuk rájuk, még kisebb részecskék is, amelyek nem láthatóak a szokásos mikroszkópba, ugyanúgy, mint amilyenek a hullámok partján nem láthatóak hajó, bár a hajó mozgása maga egyértelműen világos.

Így a Brownian Mozgalom az atommolekuláris elmélet egyik összetevőjévé vált, ugyanakkor fontos bizonyíték arra, hogy minden anyag a legkisebb részecskékből áll: atomok és molekulák. Nehéz hinni benne, de a huszadik század elején a tudósok egy része megtagadta az atom molekuláris elméletét, és nem hisz a molekulák és atomok létezésében. A barna mozgalomhoz kapcsolódó tudományos munka zúzódó csapást okozott az atomizmus ellenfeleihez, és arra kényszerítette az összes tudósot, hogy végül meggyőződjenek arról, hogy úgy tűnik, hogy az atomok és a molekulák léteznek, és cselekedeteiket saját szemükkel láthatják.

Brownian mozgalom elmélete

A részecskék kaotikus mozgásának külső rendellenességének ellenére a véletlenszerű mozgások még mindig megpróbálták leírni a matematikai képletekkel. Tehát a Brownian Mozgalom elmélete született.

By the way, az egyik, aki kifejlesztette ezt az elméletet, a lengyel fizikus és a matematikus Marian Smallukhovsky, aki éppen az Lviv Egyetemen dolgozott, és az e cikk szerzőjének őshonos városában élt, a gyönyörű ukrán városban Lviv.

Lviv Egyetem, most egyetem. I. Frank.

A Brownian Mozgalom Smolukhov elméletével párhuzamosan a World Science egyik fénye részt vett a híres Albert Einsteinben, aki abban az időben még mindig fiatal volt, és senki sem volt híres alkalmazott a Svájci Bern város szabadalmi irodaházában.

Mindkét tudós ennek eredményeként létrehozta az elméletüket, amelyet Smolukhov-Einstein elméletének nevezhet. Különösen egy matematikai képlet alakult ki, szerint a barna részecske elmozdulásának négyzetének átlaga ( s. 2) T T alatt, közvetlenül arányos a t hőmérsékleten, és fordítottan arányos a folyadék N, az R részecske mérete és állandó.

N. A: s. 2 = 2RTT6ph rn. A - Ez a képlet így néz ki.

R A képletben gázállandó. Tehát, ha 1 percig, egy 1 μm átmérőjű részecske 10 μm-rel, majd 9 percen belül 10 \u003d 30 μm-re, 10 \u003d 50 μm-re, stb. Hasonló körülmények között 0,25 μm átmérőjű részecske ugyanolyan időtartamra (1, 9 és 25 perc) 20, 60 és 100 μm-vel, mivel \u003d 2. Fontos, hogy az állandó avogadro szerepel A fenti képletben, amely így a barna részecske mozgásának mennyiségi mérésére lehet meghatározni, amely a francia fizikus Jean Batist Perren volt.

A barnan-részecskék megfigyeléseire a prens a legújabb ultramikroszkópot használta abban az időben, amelyen keresztül az anyag legkisebb részecskéi már láthatóak voltak. Kísérleteiben egy stopperperrel fegyveres tudós, megjegyezte bizonyos browni részecskék rendelkezéseit egyenlő időintervallumokban (például 30 másodperc után). Ezután a részecskék egyenes vonalú pozícióinak összekapcsolása különböző mozgásuk különböző bonyolult pályáját kapta. Mindez egy speciális elválasztható lapon vázolt.

Így ezek a rajzok néztek.

Az Einstein elméleti képletének megfigyeléseivel történő összeállításával a Perry képes volt a legpontosabb értéket elérni a nogadro-szám értéke: 6.8 . 10 23

Saját kísérleteinkkel megerősítette Einstein és Smolukhovsky elméleti következtetéseit.

Brownian mozgás és diffúzió

A részecskék mozgása a barnán mozgásban, kívülről, nagyon hasonlít a részecskék mozgásához, amikor a különböző anyagok molekulái a hőmérséklet hatása alatt. Akkor mi a különbség a barna mozgás és a diffúzió között? Valójában a diffúzió és a barna mozgás a molekulák kaotikus hőmozgásának köszönhetően, és ennek következtében hasonló matematikai szabályok által leírtak.

A köztük lévő különbség az, hogy a molekula diffúziója mindig egyenes vonalban mozog, amíg ütközik a másik molekulával, amely után megváltoztatja mozgásának pályáját. A "szabad repülés" barna részecske nem kötelezi el, és nagyon kicsi és gyakori tapasztalatot tapasztal, ahogyan azt a "jitter", amelynek eredményeképpen kaotikus mozog ott, akkor itt. Figuratív nyelvvel beszélve a Brownian részecske olyan, mint egy üres sörtartalom, a téren fekszik, ahol egy nagy tömegű ember összegyűlt. Az emberek oda-vissza fognak oda, megsértik a bankot a lábukkal, és véletlenszerűen repülnek különböző irányokban, mint a barna részecske. És az emberek mozgása maguk a tömegben már jellemzőbb a részecskék mozgása a diffúzió során.

Ha megnézed a mikro szintet, a barna részecske mozgásának oka kisebb részecskékkel ütközés, míg a diffúziós részecskékkel, mint más részecskék.

És a diffúzió és a barna mozgás a hőmérséklet hatására következik be. A hőmérséklet csökkenésével a részecskék sebességét a barna mozgásban és a részecskék sebességét a diffúzió során lelassítják.

Példák a valós életben

A Brownian mozgalom elmélete, ezek a véletlen vándorlás gyakorlati kiviteli alakjukban valós életünkben. Például, miért, az a személy, aki elveszett az erdőben, rendszeresen visszatér ugyanazon a helyen? Mivel nem megy körök, de annyira, mint a barnan-részecske általában mozog. Ezért sokszor átmegy a saját útján.

Ezért, anélkül, hogy világos tereptárgyak és mozgási irányok lenne, az elveszett személy hasonlítható a kaotikus mozgások elkövetésével. De hogy kijusson az erdőből, hogy egyértelmű iránymutatásokkal kell rendelkeznie, fejleszteni kell egy rendszert, ahelyett, hogy különböző értelmetlen cselekedeteket végezne. Egy szóban nem szabad olyan életben viselkednie, mint egy barna részecske, az oldalról az oldalról, de tudnia kell az irányt, a célt és a hivatást, álmaid, bátorság és kitartás, hogy elérje őket. Ez a fizika, zökkenőmentesen átkaptunk filozófiára. Ez a cikk vége.

Brownian mozgás, videó

És az oktatási videó végén a cikkünkön.

A cikk megírásakor megpróbálta a legérdekesebb, hasznos és kiváló minőségűvé tenni. Hálás lennék minden visszajelzésre és konstruktív kritikára a cikkre vonatkozó észrevételek formájában. A kívánság / kérdés / ajánlat is írhat a levelemre [E-mail védett] Vagy a Facebookon, tiszteletben tartva a szerzőt.

A barna mozgalom folyamatos, állandó, folyékony (vagy gáz) súlyozott részecskék folyamatos, állandó kaotikus mozgása. Az alkalmazott név a felfedező tiszteletére a jelenség - angol Botanika R. Brown. 1827-ben tapasztaltuk, aminek következtében a barnan mozgást felfedezték. Továbbá a tudós felhívta a figyelmet arra a tényre, hogy a részecskék nemcsak a környezetre lépnek, hanem a tengelyük körül is forognak. Mivel abban az időben az anyag szerkezetének molekuláris elméletét még nem hozták létre, a barna folyamatot nem vizsgálták teljesen.

Modern ötletek

Jelenleg úgy gondolják, hogy a barnan mozgást a folyékony vagy gázrészecskékben felfüggesztett ütközés okozza azokat körülvevő anyag molekuláit. Az utóbbi állandó mozgásban van, amelyet termikusnak neveznek. A részecskék kaotikus mozgását okozza, amelyekből bármely anyag áll. Fontos megjegyezni, hogy két másik kapcsolódik ehhez a jelenséghez: az általunk leírt barna mozgalom és diffúzió (egy anyag részecskéinek behatolása a másikba). Figyelembe véve, hogy ezek a folyamatok következik a komplexumban, mivel megmagyarázzák egymást. Tehát a környező molekulákkal való ütközések miatt a tápközegben súlyozott részecskék folyamatos mozgásban vannak, ami szintén kaotikus. A chauzoticitást az ImperMenence, mind az irányok, mind a sebesség.

A termodinamika szempontjából

Ismeretes, hogy növekvő hőmérsékleten a barna mozgalom sebessége is emelkedik. Ezt a függést könnyen megmagyarázzák a mozgó részecske átlagos kinetikus energiájának leírásának egyenletével: e \u003d mv 2 \u003d 3kt / 2, ahol m a részecske tömege, v a részecske sebessége, K a Boltzmann-konstans és t a külső hőmérséklet. Amint azt látjuk, a felfüggesztett részecske mozgásának sebességét közvetlenül arányos a hőmérséklet mellett, ezért a külső környezet hőmérsékletének növekedésével a sebesség növekedése növekszik. Meg kell jegyezni, hogy az alapvető elv alapján, amely az egyenlet összeállított egyenlősége az átlagos kinetikus energia egy mozgó részecske kinetikai részecskék részecskék, amelyek a közeg áll (azaz a folyadék vagy gáz amelyben felfüggesztésre kerül). Ezt az elméletet A. Einstein és M. Smallukhovsky készítette el egymástól függetlenül.

Barna részecskék mozgása

A folyadékban vagy a gázrészecskékben lógott egy zigzag pálya mentén, fokozatosan elmozdul a megkezdési ponttól. Ismét Einstein és Smolukhovsky arra a következtetésre jutott, hogy a barna részecske mozgásának tanulmányozására a fő érték nem utazott út vagy tényleges sebesség, és átlagos elmozdulása egy bizonyos ideig. Az Einstein által javasolt egyenlet így néz ki: R2 \u003d 6KTBT. Ebben a képletben R jelentése az átlagos elmozdulását a szuszpendált részecskék, B jelentése a mobilitás (ezt az értéket, viszont van fordított függés a közeg viszkozitása, és a részecskeméret), t az idő. Következésképpen a szuszpendált részecske mozgásának sebessége magasabb, mint a közeg kevésbé viszkozitása. Az egyenlet saját tőkét a J. Perenom francia fizikusai kísérletileg bizonyították.