Brownovo gibanje barvnih delcev v vodi. Brownovo gibanje. Kaj je Brownovo gibanje

Brownovo gibanje- naključno gibanje mikroskopsko majhnih vidnih delcev, suspendiranih v tekočini ali plinu trdna, ki jih povzroča toplotno gibanje delcev tekočine ali plina. Brownovo gibanje se nikoli ne ustavi. Brownovo gibanje je povezano s toplotnim gibanjem, vendar teh pojmov ne smemo zamenjevati. Brownovo gibanje je posledica in dokaz obstoja toplotnega gibanja.

Brownovo gibanje je najbolj jasna eksperimentalna potrditev konceptov molekularne kinetične teorije o kaotičnem toplotnem gibanju atomov in molekul. Če je obdobje opazovanja dovolj veliko, da sile, ki delujejo na delec iz molekul medija, večkrat spremenijo svojo smer, potem je povprečni kvadrat projekcije njegovega premika na katero koli os (v odsotnosti drugih zunanjih sil) sorazmerno s časom.

Pri izpeljavi Einsteinovega zakona se predpostavlja, da so premiki delcev v katero koli smer enako verjetni in da lahko vztrajnost Brownovega delca zanemarimo v primerjavi z vplivom sil trenja (to je sprejemljivo za dovolj dolge čase). Formula za koeficient D temelji na uporabi Stokesovega zakona za hidrodinamični upor pri gibanju krogle s polmerom A v viskozni tekočini. Razmerja za A in D sta z meritvami eksperimentalno potrdila J. Perrin in T. Svedberg. Iz teh meritev je bila eksperimentalno določena Boltzmannova konstanta k in Avogadrova konstanta n A. Poleg translacijskega Brownovega gibanja obstaja tudi rotacijsko Brownovo gibanje - naključno vrtenje Brownovega delca pod vplivom udarcev molekul medija. Za rotacijsko Brownovo gibanje je povprečni kvadratni kotni premik delca sorazmeren s časom opazovanja. Ta razmerja so potrdili tudi Perrinovi poskusi, čeprav je ta učinek veliko težje opaziti kot translacijsko Brownovo gibanje.

Enciklopedični YouTube

• 1 / 5

  Brownovo gibanje nastane zaradi dejstva, da so vse tekočine in plini sestavljeni iz atomov ali molekul - drobnih delcev, ki so v stalnem kaotičnem toplotnem gibanju in zato nenehno potiskajo Brownove delce iz različnih smeri. Ugotovljeno je bilo, da veliki delci z velikostjo nad 5 µm praktično ne sodelujejo pri Brownovem gibanju (so stacionarni ali sedimentirani), manjši delci (manj kot 3 µm) se premikajo naprej po zelo zapletenih trajektorijah ali se vrtijo. Ko je veliko telo potopljeno v medij, se udarci, ki se pojavljajo v velikih količinah, povprečijo in tvorijo stalen tlak. Če je veliko telo obdano z medijem z vseh strani, potem je tlak praktično uravnotežen, ostane le Arhimedova dvižna sila - tako telo gladko lebdi navzgor ali potone. Če je telo majhno, kot Brownov delec, potem postanejo opazna nihanja tlaka, ki ustvarjajo opazno naključno spremenljivo silo, ki vodi v nihanje delca. Brownovi delci običajno ne potonejo ali lebdijo, ampak lebdijo v mediju.

  Otvoritev

  Brownova teorija gibanja

  Konstrukcija klasične teorije

  D = R T 6 N A π a ξ , (\displaystyle D=(\frac (RT)(6N_(A)\pi a\xi )),)

  kje D (\displaystyle D)- difuzijski koeficient, R (\displaystyle R)- univerzalna plinska konstanta, T (\displaystyle T)- absolutna temperatura, N A (\displaystyle N_(A))- Avogadrova konstanta, a (\displaystyle a)- polmer delcev, ξ (\displaystyle \xi )- dinamična viskoznost.

  Eksperimentalna potrditev

  Einsteinovo formulo so potrdili poskusi Jeana Perrina in njegovih učencev v letih 1908-1909. Kot Brownove delce so uporabili zrnca smole mastike in gumi, gost mlečni sok dreves iz rodu Garcinia. Veljavnost formule je bila ugotovljena za različne velikosti delcev - od 0,212 mikronov do 5,5 mikronov, za različne raztopine (sladkorna raztopina, glicerin), v katerih so se delci gibali.

  Brownovo gibanje kot nemarkovski naključni proces

  Teorija Brownovega gibanja, dobro razvita v zadnjem stoletju, je približna. In čeprav v večini praktično pomembnih primerov obstoječa teorija daje zadovoljive rezultate, v nekaterih primerih lahko zahteva pojasnilo. Torej, eksperimentalno delo, izvedeno v začetek XXI stoletja v Politehnična univerza Lausanne, Univerze v Teksasu in Evropskega laboratorija za molekularno biologijo v Heidelbergu (pod vodstvom S. Jeneyja) so pokazali razliko v obnašanju Brownovega delca od tistega, ki ga teoretično predvideva teorija Einstein-Smoluchowski, kar je bilo še posebej opazno z naraščanjem velikosti delcev. Študije so se dotaknile tudi analize gibanja okoliških delcev medija in pokazale pomembne medsebojni vpliv gibanje Brownovega delca in gibanje delcev medija drug proti drugemu, ki ga povzroča, to je prisotnost "spomina" Brownovega delca ali, z drugimi besedami, njegova odvisnost statistične značilnosti v prihodnosti iz celotne predzgodovine njenega obnašanja v preteklosti. To dejstvo ni bilo upoštevano v teoriji Einstein-Smoluchowskega.

  Proces Brownovega gibanja delca v viskoznem mediju na splošno spada v razred nemarkovskih procesov in za natančnejši opis je treba uporabiti integralne stohastične enačbe.

  Majhni suspendirani delci se gibljejo kaotično pod vplivom udarcev molekul tekočine.

  V drugi polovici 19. stoletja se je v znanstvenih krogih razplamtela resna razprava o naravi atomov. Na eni strani so bile neizpodbitne avtoritete, kot je Ernst Mach ( cm. Udarni valovi), ki je trdil, da so atomi preprosto matematične funkcije, ki uspešno opisujejo opazljive fizikalne pojave in nimajo prave fizikalne osnove. Po drugi strani pa znanstveniki novi val- zlasti Ludwig Boltzmann ( cm. Boltzmannova konstanta) - vztrajal, da so atomi fizične realnosti. In nobena od obeh strani se ni zavedala, da so bili že desetletja pred začetkom njunega spora pridobljeni eksperimentalni rezultati, ki so enkrat za vselej rešili vprašanje v prid obstoja atomov kot fizične realnosti – pridobljeni pa so bili v disciplini naravoslovja, ki meji na fiziko, botanik Robert Brown.

  Poleti 1827 je Brown med proučevanjem obnašanja cvetnega prahu pod mikroskopom (preučeval je vodno suspenzijo cvetnega prahu rastlin Clarkia pulchella), je nenadoma odkril, da posamezne spore izvajajo popolnoma kaotična impulzna gibanja. Zagotovo je ugotovil, da ta gibanja nikakor niso povezana z vrtinčenjem in tokovi vode ali z njenim izhlapevanjem, nakar je, ko je opisal naravo gibanja delcev, pošteno priznal svojo nemoč, da bi razložil izvor tega kaotično gibanje. Vendar pa je Brown kot natančen eksperimentator ugotovil, da je tako kaotično gibanje značilno za vse mikroskopske delce, pa naj gre za cvetni prah rastlin, suspendirane minerale ali katero koli zdrobljeno snov na splošno.

  Šele leta 1905 je nihče drug kot Albert Einstein prvič ugotovil, da ta na prvi pogled skrivnostni pojav služi kot najboljša eksperimentalna potrditev pravilnosti atomske teorije o strukturi snovi. To je razložil nekako takole: spore, suspendirane v vodi, so izpostavljene stalnemu "bombardiranju" s kaotično premikajočimi se molekulami vode. V povprečju delujejo molekule nanj z vseh strani enako intenzivno in v enakih časovnih intervalih. Vendar ne glede na to, kako majhna je trosa, zaradi čisto naključnih odstopanj najprej prejme impulz od molekule, ki jo je zadela na eni strani, nato od strani molekule, ki jo je zadela, na drugi itd. Kot rezultat povprečevanja takšnih trkov se izkaže, da delec v nekem trenutku »zdrzne« v eno smer, nato pa, če ga na drugi strani »potisne« več molekul, v drugo itd. Z uporabo zakonov matematična statistika in molekularno kinetično teorijo plinov je Einstein izpeljal enačbo, ki opisuje odvisnost srednjega kvadrata premika Brownovega delca od makroskopskih parametrov. ( Zanimivo dejstvo: v enem od zvezkov nemške revije “Annals of Physics” ( Annalen der Physik) leta 1905 so bili objavljeni trije Einsteinovi članki: članek s teoretično razlago Brownovega gibanja, članek o temeljih posebne teorije relativnosti in nazadnje članek z opisom teorije fotoelektričnega učinka. Prav za slednjega je bil nagrajen Albert Einstein Nobelova nagrada iz fizike leta 1921.)

  Leta 1908 je francoski fizik Jean-Baptiste Perrin (1870-1942) izvedel sijajno serijo poskusov, ki so potrdili pravilnost Einsteinove razlage pojava Brownovega gibanja. Končno je postalo jasno, da je opaženo "kaotično" gibanje Brownovih delcev posledica medmolekulskih trkov. Ker »uporabne matematične konvencije« (po Machu) ne morejo pripeljati do opaznih in povsem resničnih gibanj fizičnih delcev, je postalo končno jasno, da je razprave o resničnosti atomov konec: ti obstajajo v naravi. Kot »nagradno igro« je Perrin prejel formulo, ki jo je izpeljal Einstein, ki je Francozu omogočila analizo in oceno povprečnega števila atomov in/ali molekul, ki v določenem časovnem obdobju trčijo z delcem, suspendiranim v tekočini, in z uporabo te indikator, izračuna molska števila različnih tekočin. Ta ideja je temeljila na dejstvu, da v vsakem v tem trenutkučas je pospešek suspendiranega delca odvisen od števila trkov z molekulami medija ( cm. Newtonovi zakoni mehanike) in s tem na število molekul na prostorninsko enoto tekočine. In to ni nič več kot Avogadrovo število (cm. Avogadrov zakon) je ena temeljnih konstant, ki določajo strukturo našega sveta.

  Škotski botanik Robert Brown (včasih se njegov priimek prepisuje kot Brown) je za časa svojega življenja kot najboljši poznavalec rastlin prejel naziv "Princ botanikov". Našel je veliko čudovitih odkritij. Leta 1805 je po štiriletni ekspediciji v Avstralijo v Anglijo prinesel približno 4000 znanstvenikom neznanih vrst avstralskih rastlin in jih več let preučeval. Opisane rastline, prinesene iz Indonezije in Srednje Afrike. Preučeval fiziologijo rastlin, prvič podrobno opisal jedro rastlinska celica. Peterburška akademija znanosti ga je imenovala za častnega člana. Toda ime znanstvenika je zdaj splošno znano ne zaradi teh del.

  Leta 1827 je Brown izvedel raziskavo cvetnega prahu rastlin. Zanimalo ga je predvsem, kako cvetni prah sodeluje pri oploditvi. Nekoč je pod mikroskopom opazoval celice cvetnega prahu severnoameriške rastline. Clarkia pulchella(pretty clarkia) podolgovata citoplazemska zrna, suspendirana v vodi. Nenadoma je Brown videl, da najmanjša trdna zrna, ki jih je bilo komaj videti v kapljici vode, neprestano trepetajo in se premikajo z mesta na mesto. Ugotovil je, da ta gibanja po njegovih besedah ​​»niso povezana niti s tokovi v tekočini niti z njenim postopnim izhlapevanjem, ampak so lastna samim delcem«.

  Brownovo opažanje so potrdili tudi drugi znanstveniki. Najmanjši delci so se obnašali kot živi, ​​"ples" delcev pa se je pospeševal z naraščanjem temperature in zmanjševanjem velikosti delcev ter očitno upočasnjeval pri zamenjavi vode z bolj viskoznim medijem. Ta osupljivi pojav se ni nikoli ustavil: opazovali so ga lahko poljubno dolgo. Brown je sprva celo mislil, da so v polje mikroskopa res padla živa bitja, še posebej, ker je cvetni prah moške reproduktivne celice rastlin, a tam so bili tudi delci odmrlih rastlin, tudi tistih, posušenih pred sto leti v herbariju. Tedaj je Brown razmišljal, ali so to »elementarne molekule živih bitij«, o katerih je govoril slavni francoski naravoslovec Georges Buffon (1707–1788), avtor 36-delne knjige. Naravoslovje. Ta predpostavka je odpadla, ko je Brown začel preiskovati očitno nežive predmete; sprva so bili zelo majhni delci premoga, pa tudi saje in prah iz londonskega zraka, nato fino zmleti anorganske snovi: steklo, veliko različnih mineralov. »Aktivne molekule« so bile povsod: »V vsakem mineralu,« je zapisal Brown, »ki mi ga je uspelo zdrobiti v prah do te mere, da ga lahko nekaj časa suspendiramo v vodi, sem v večji ali manjši količini našel te molekule. ."

  Povedati je treba, da Brown ni imel nobenega najnovejšega mikroskopa. V članku posebej poudarja, da je imel navadne bikonveksne leče, ki jih je uporabljal več let. In nadaljuje: "Skozi celotno študijo sem še naprej uporabljal iste leče, s katerimi sem začel delo, da bi svojim izjavam dal več verodostojnosti in jih naredil čim bolj dostopne običajnim opazovanjem."

  Zdaj, če ponovimo Brownovo opažanje, je dovolj, da imamo ne preveč močan mikroskop in z njim pregledamo dim v zatemnjeni škatli, osvetljen skozi stransko luknjo s snopom močne svetlobe. V plinu se pojav manifestira veliko jasneje kot v tekočini: vidni so majhni koščki pepela ali saj (odvisno od vira dima), ki sipajo svetlobo in nenehno skačejo naprej in nazaj.

  Kot se v znanosti rado dogaja, so zgodovinarji mnogo let pozneje odkrili, da je davnega leta 1670 izumitelj mikroskopa, Nizozemec Antonie Leeuwenhoek, očitno opazil podoben pojav, vendar je bila redkost in nepopolnost mikroskopov šele v povojih. molekularna znanost Leeuwenhoekovega opazovanja takrat niso opazili, zato odkritje upravičeno pripisujejo Brownu, ki ga je prvi podrobno preučil in opisal.

  Brownovo gibanje in atomsko-molekularna teorija.

  Pojav, ki ga je opazil Brown, je hitro postal splošno znan. Sam je svoje poskuse pokazal številnim kolegom (Brown našteje dva ducata imen). Ampak razloži skrivnostni pojav, ki so ga poimenovali »Brownovo gibanje«, dolga leta ni bilo mogoče niti samemu Brownu niti mnogim drugim znanstvenikom. Gibanje delcev je bilo popolnoma naključno: skice njihovih položajev, narejene v različnih časovnih točkah (na primer vsako minuto), na prvi pogled niso omogočile najti nobenega vzorca v teh gibanjih.

  Razlaga Brownovega gibanja (kot so ta pojav poimenovali) z gibanjem nevidnih molekul je bila dana šele v zadnji četrtini 19. stoletja, vendar je vsi znanstveniki niso takoj sprejeli. Leta 1863 je učitelj deskriptivne geometrije iz Karlsruheja (Nemčija), Ludwig Christian Wiener (1826–1896), predlagal, da je pojav povezan z oscilatorna gibanja nevidni atomi. To je bila prva, čeprav zelo daleč od sodobne razlage Brownovega gibanja z lastnostmi samih atomov in molekul. Pomembno je, da je Wiener videl priložnost, da s tem pojavom prodre v skrivnosti strukture snovi. Bil je prvi, ki je poskušal izmeriti hitrost gibanja Brownovih delcev in njeno odvisnost od njihove velikosti. Zanimivo je, da je leta 1921 Poročila Nacionalna akademija znanosti ZDA je bilo objavljeno delo o Brownovem gibanju drugega Wienerja - Norberta, slavni ustanovitelj kibernetika.

  Ideje L.K. Wienerja so sprejeli in razvili številni znanstveniki - Sigmund Exner v Avstriji (in 33 let pozneje - njegov sin Felix), Giovanni Cantoni v Italiji, Karl Wilhelm Negeli v Nemčiji, Louis Georges Gouy v Franciji, trije Belgijci. duhovniki – jezuiti Carbonelli, Delso in Tirion ter drugi. Med temi znanstveniki je bil pozneje slavni angleški fizik in kemik William Ramsay. Postopoma je postalo jasno, da na najmanjša zrnca snovi z vseh strani udarjajo še manjši delci, ki jih skozi mikroskop ne vidimo več – tako kot valovi, ki zibljejo oddaljeno barko, niso vidni z obale, medtem ko se premikanje barke ne vidi več. same so precej jasno vidne. Kot so zapisali v enem od člankov iz leta 1877, »... zakon velike številke zdaj ne zmanjša učinka trkov na povprečni enakomeren tlak, njihova rezultanta ne bo več enaka nič, ampak bo nenehno spreminjala svojo smer in velikost.«

  Kakovostno je bila slika precej verjetna in celo vizualna. Majhna vejica ali žuželka bi se morala premikati na približno enak način, ki bi jo številne mravlje potisnile (ali vlekle) v različne smeri. Ti manjši delci so bili pravzaprav v besednjaku znanstvenikov, vendar jih nihče ni nikoli videl. Imenovali so jih molekule; V prevodu iz latinščine ta beseda pomeni "majhna masa". Presenetljivo je, da je natanko to razlago podobnega pojava dal rimski filozof Tit Lukrecij Kar (okoli 99–55 pr. n. št.) v svoji slavni pesmi O naravi stvari. V njem najmanjše očesu nevidne delce imenuje »prvotni principi« stvari.

  Načela stvari se najprej premikajo sama,
  Sledijo jim telesa iz njihove najmanjše kombinacije,
  Po moči tako rekoč blizu primarnim načelom,
  Skriti pred njimi, deležni šokov, si začnejo prizadevati,
  Sami, da se premaknejo, nato pa spodbujajo večja telesa.
  Torej, začenši od začetka, gibanje malo po malo
  Dotakne se naših občutkov in postane tudi vidno
  Za nas in v drobcih prahu, ki se premikajo v sončni svetlobi,
  Čeprav so tresljaji, iz katerih nastane, neopazni ...

  Kasneje se je izkazalo, da se je Lukrecij motil: Brownovega gibanja je nemogoče opazovati s prostim očesom in prašni delci v sončnem žarku, ki je prodrl v temno sobo, "plešejo" zaradi vrtinčnih gibanj zraka. Toda navzven imata oba pojava nekaj podobnosti. In šele v 19. stoletju. Mnogim znanstvenikom je postalo očitno, da gibanje Brownovih delcev povzročajo naključni udarci molekul medija. Gibajoče se molekule trčijo ob delce prahu in druge trdne delce, ki so v vodi. Višja kot je temperatura, hitrejše je gibanje. Če je drobec prahu velik, ima na primer velikost 0,1 mm (premer je milijonkrat večji od premera molekule vode), potem so številni hkratni udarci nanj z vseh strani medsebojno uravnoteženi in praktično ni "Občutite" jih - približno enako kot kos lesa velikosti krožnika ne bo "občutil" napora številnih mravelj, ki ga bodo vlekle ali potiskale v različne smeri. Če je prašni delec razmeroma majhen, se bo pod vplivom udarcev okoliških molekul premikal v eno ali drugo smer.

  Brownovi delci imajo velikost reda 0,1–1 μm, tj. od tisočinke do desettisočinke milimetra, zato je Brown lahko razločil njihovo gibanje, saj je gledal drobna citoplazemska zrnca in ne sam cvetni prah (o čemer se pogosto zmotno piše). Težava je v prevelikih celicah cvetnega prahu. Tako je pri cvetnem prahu travniških trav, ki ga prenaša veter in povzroča alergijske bolezni pri ljudeh (seneni nahod), velikost celic običajno v območju 20 - 50 mikronov, tj. so preveliki za opazovanje Brownovega gibanja. Pomembno je tudi omeniti, da se posamezna gibanja Brownovega delca pojavljajo zelo pogosto in na zelo kratkih razdaljah, tako da jih ni mogoče videti, pod mikroskopom pa so vidna gibanja, ki so se zgodila v določenem časovnem obdobju.

  Zdi se, da je samo dejstvo obstoja Brownovega gibanja jasno dokazano molekularna struktura zadeva pa tudi na začetku 20. stol. Bili so znanstveniki, vključno s fiziki in kemiki, ki niso verjeli v obstoj molekul. Atomsko-molekularna teorija se je le počasi in s težavo uveljavljala. Tako je vodilni francoski organski kemik Marcelin Berthelot (1827–1907) zapisal: »Pojem molekule je z vidika našega znanja negotov, medtem ko je drug pojem - atom - povsem hipotetičen.« Slavni francoski kemik A. Saint-Clair Deville (1818–1881) je spregovoril še jasneje: »Ne sprejemam Avogadrovega zakona, niti atoma, niti molekule, ker nočem verjeti v tisto, česar ne morem niti videti niti opazovati. ” In nemški fizikalni kemik Wilhelm Ostwald (1853–1932), Nobelov nagrajenec, eden od ustanoviteljev fizikalna kemija, nazaj v začetku 20. stoletja. odločno zanikal obstoj atomov. Uspelo mu je napisati kemijski učbenik v treh zvezkih, v katerem beseda "atom" sploh ni omenjena. Ostwald je 19. aprila 1904 z velikim poročilom v Kraljevi instituciji članom Angleškega kemijskega društva poskušal dokazati, da atomi ne obstajajo in da je »to, čemur pravimo materija, le skupek energij, zbranih skupaj v danem mesto.”

  Toda tudi tisti fiziki, ki so sprejeli molekularna teorija, nisem mogla verjeti, da je tako na preprost način Veljavnost atomsko-molekularne teorije je bila dokazana, zato so bili predstavljeni različni alternativni razlogi za razlago pojava. In to je povsem v duhu znanosti: dokler vzrok nekega pojava ni nedvoumno ugotovljen, je mogoče (in celo potrebno) postavljati različne hipoteze, ki jih je treba po možnosti preizkusiti eksperimentalno ali teoretično. Torej, leta 1905 Enciklopedični slovar Brockhaus in Efron sta objavila kratek članek profesorja fizike iz Sankt Peterburga N. A. Gezehusa, učitelja slavnega akademika A. F. Ioffeja. Gesehus je zapisal, da po mnenju nekaterih znanstvenikov Brownovo gibanje povzročijo »svetlobni ali toplotni žarki, ki prehajajo skozi tekočino«, in se skrči na »preproste tokove znotraj tekočine, ki nimajo nobene zveze z gibanjem molekul« in ti tokovi lahko povzroči "izhlapevanje, difuzija in drugi razlogi." Navsezadnje je bilo že znano, da zelo podobno gibanje prašnih delcev v zraku povzročajo ravno vrtinčni tokovi. Toda razlago, ki jo je dal Gesehus, bi zlahka eksperimentalno ovrgli: če skozi močan mikroskop pogledate dva Brownova delca, ki se nahajata zelo blizu drug drugega, se bo izkazalo, da sta njuna gibanja popolnoma neodvisna. Če bi ta gibanja povzročili kakršni koli tokovi v tekočini, bi se takšni sosednji delci gibali usklajeno.

  Teorija Brownovega gibanja.

  V začetku 20. stol. večina znanstvenikov je razumela molekularno naravo Brownovega gibanja. Toda vse razlage so ostale zgolj kvalitativne; nobena kvantitativna teorija ni zdržala eksperimentalnega testiranja. Poleg tega so bili sami eksperimentalni rezultati nejasni: fantastičen spektakel neprekinjenih drvečih delcev je hipnotiziral eksperimentatorje in niso natančno vedeli, katere značilnosti pojava je treba izmeriti.

  Kljub navidezni popolni neurejenosti je bilo še vedno mogoče opisati naključna gibanja Brownovih delcev z matematičnim odnosom. Prvič je strogo razlago Brownovega gibanja leta 1904 podal poljski fizik Marian Smoluchowski (1872–1917), ki je v tistih letih delal na univerzi v Lvivu. Istočasno je teorijo o tem pojavu razvil Albert Einstein (1879–1955), takrat malo znani strokovnjak 2. razreda na patentnem uradu švicarskega mesta Bern. Njegov članek, objavljen maja 1905 v nemški reviji Annalen der Physik, je bil naslovljen O gibanju delcev, suspendiranih v tekočini v mirovanju, zahteva molekularno kinetična teorija toplote. S tem imenom je Einstein želel pokazati, da molekularno kinetična teorija zgradbe snovi nujno implicira obstoj naključnega gibanja najmanjših trdnih delcev v tekočinah.

  Nenavadno je, da Einstein na samem začetku tega članka piše, da je seznanjen s samim pojavom, čeprav površno: »Možno je, da so obravnavana gibanja identična s tako imenovanim Brownovim molekularnim gibanjem, vendar razpoložljivi podatki zame so glede slednjih tako netočni, da tega nisem mogel formulirati določeno mnenje" In desetletja kasneje, že v poznem življenju, je Einstein v svojih spominih zapisal nekaj drugega – da Brownovega gibanja sploh ni vedel in ga je pravzaprav »ponovno odkril« zgolj teoretično: »Ne vedoč, da so opazovanja »Brownovega gibanja« že dolgo Znano, odkril sem, da atomska teorija vodi do opazljivega gibanja mikroskopskih suspendiranih delcev. Kakorkoli že, Einsteinov teoretični članek se je končal z neposrednim pozivom eksperimentatorjem, naj eksperimentalno preverijo njegove zaključke: »Če bi lahko kateri koli raziskovalec kmalu odgovoril na vprašanje. vprašanja, postavljena tukaj!" – s tako nenavadnim vzklikom konča svoj članek.

  Odgovor na Einsteinov strastni poziv ni čakal dolgo.

  Po teoriji Smoluchowski-Einstein je povprečna vrednost kvadrata premika Brownovega delca ( s 2) za čas t neposredno sorazmeren s temperaturo T in obratno sorazmerna z viskoznostjo tekočine h, velikostjo delcev r in Avogadrova konstanta

  n A: s 2 = 2RTt/6ph rN A,

  kje R– plinska konstanta. Torej, če se v 1 minuti delec s premerom 1 μm premakne za 10 μm, se v 9 minutah premakne za 10 = 30 μm, v 25 minutah - za 10 = 50 μm itd. Pod podobnimi pogoji se bo delec s premerom 0,25 μm v enakih časovnih obdobjih (1, 9 in 25 min) premaknil za 20, 60 oziroma 100 μm, saj je = 2. Pomembno je, da zgornja formula vključuje Avogadrovo konstanto, ki je torej , lahko določimo s kvantitativnimi meritvami gibanja Brownovega delca, ki jih je opravil francoski fizik Jean Baptiste Perrin (1870–1942).

  Leta 1908 je Perrin začel s kvantitativnimi opazovanji gibanja Brownovih delcev pod mikroskopom. Uporabil je ultramikroskop, izumljen leta 1902, ki je omogočal zaznavanje najmanjših delcev tako, da je nanje razpršil svetlobo iz močnega stranskega osvetljevalca. Perrin je iz gumija, zgoščenega soka nekaterih tropskih dreves (uporablja se tudi kot rumena akvarelna barva), pridobil drobne kroglice skoraj sferične oblike in približno enake velikosti. Te drobne kroglice so bile suspendirane v glicerolu, ki je vseboval 12 % vode; viskozna tekočina je preprečila pojav notranjih tokov v njej, ki bi zameglili sliko. Oborožen s štoparico, je Perrin zabeležil in nato skiciral (seveda v močno povečanem merilu) na list papirja z grafom položaj delcev v rednih intervalih, na primer vsake pol minute. S povezovanjem nastalih točk z ravnimi črtami je dobil zapletene trajektorije, nekatere izmed njih so prikazane na sliki (vzete so iz Perrinove knjige Atomi, objavljeno leta 1920 v Parizu). Tako kaotično, neurejeno gibanje delcev vodi do dejstva, da se premikajo v prostoru precej počasi: vsota segmentov je veliko večja od premika delca od prve točke do zadnje.

  

  Zaporedni položaji vsakih 30 sekund treh Brownovih delcev - žvečilnih kroglic velikosti približno 1 mikrona. Ena celica ustreza razdalji 3 µm. Če bi Perrin lahko določil položaj Brownovih delcev ne po 30, temveč po 3 sekundah, bi se ravne črte med vsakimi sosednjimi točkami spremenile v enak zapleten cikcak. prekinjena črta, le v manjšem obsegu.

  S pomočjo teoretične formule in svojih rezultatov je Perrin dobil vrednost za Avogadrovo število, ki je bila za tisti čas precej natančna: 6,8 . 10 23 . Perrin je uporabil tudi mikroskop za preučevanje navpične porazdelitve Brownovih delcev ( cm. AVOGADROV ZAKON) in pokazal, da kljub delovanju gravitacije ostanejo viseče v raztopini. Perrin ima tudi druga pomembna dela. Leta 1895 je dokazal, da so katodni žarki negativni električni naboji (elektroni), leta 1901 pa je prvi predlagal planetarni model atoma. Leta 1926 je prejel Nobelovo nagrado za fiziko.

  Rezultati, ki jih je dobil Perrin, so potrdili teoretični zaključki Einstein. To je naredilo močan vtis. Kot je mnogo let kasneje zapisal ameriški fizik A. Pais, »nikoli ne prenehate biti presenečeni nad tem rezultatom, pridobljenim na tako preprost način: dovolj je pripraviti suspenzijo kroglic, katerih velikost je velika v primerjavi z velikostjo preproste molekule, vzemite štoparico in mikroskop in lahko določite Avogadrovo konstanto!« Lahko preseneti še nekaj: še vedno v znanstvenih revijah(Nature, Science, Journal of Chemical Education) se od časa do časa pojavijo opisi novih poskusov Brownovega gibanja! Po objavi Perrinovih rezultatov je Ostwald, nekdanji nasprotnik atomizma, priznal, da »sovpadanje Brownovega gibanja z zahtevami kinetične hipoteze ... zdaj daje najbolj previdnemu znanstveniku pravico govoriti o eksperimentalni dokaz atomska teorija materije. Tako je bila atomska teorija povzdignjena v rang znanstvene, dobro utemeljene teorije.” Ponavlja ga francoski matematik in fizik Henri Poincaré: »Briljantna Perrinova določitev števila atomov je dopolnila zmagoslavje atomizma ... Atom kemikov je zdaj postal resničnost.«

  Brownovo gibanje in difuzija.

  Gibanje Brownovih delcev je po videzu zelo podobno gibanju posameznih molekul zaradi njihovega toplotnega gibanja. To gibanje imenujemo difuzija. Že pred delom Smoluchowskega in Einsteina so bili v najpreprostejšem primeru ugotovljeni zakoni gibanja molekul plinasto stanje snovi. Izkazalo se je, da se molekule v plinih premikajo zelo hitro – s hitrostjo naboja, ne morejo pa leteti daleč, saj zelo pogosto trčijo z drugimi molekulami. Na primer, molekule kisika in dušika v zraku, ki se gibljejo s povprečno hitrostjo približno 500 m/s, vsako sekundo doživijo več kot milijardo trkov. Zato bi bila pot molekule, če bi ji lahko sledili, zapletena lomljena črta. Brownovi delci prav tako opisujejo podobno trajektorijo, če je njihov položaj zabeležen v določenih časovnih intervalih. Tako difuzija kot Brownovo gibanje sta posledica kaotičnega toplotnega gibanja molekul in ju zato opisujejo podobni matematični odnosi. Razlika je v tem, da se molekule v plinih gibljejo premočrtno, dokler ne trčijo z drugimi molekulami, nato pa spremenijo smer. Brownov delec, za razliko od molekule, ne izvaja nobenih "prostih letov", ampak doživlja zelo pogoste majhne in neenakomerne "trepetaje", zaradi katerih se kaotično premika v eno ali drugo smer. Izračuni so pokazali, da se pri delcu velikosti 0,1 mikrona en premik zgodi v treh milijardah sekunde na razdalji le 0,5 nm (1 nm = 0,001 mikrona). Kot je primerno rekel neki avtor, to spominja na premikanje prazne pločevinke piva na trgu, kjer se je zbrala množica ljudi.

  Difuzijo je veliko lažje opazovati kot Brownovo gibanje, saj ne potrebuje mikroskopa: gibanja ne opazujemo posameznih delcev, temveč njihove ogromne mase, le zagotoviti morate, da difuzije ne prekriva konvekcija – mešanje snovi kot posledica vrtinčnih tokov (takšne tokove zlahka opazimo, če v kozarec vroče vode kanemo kapljico obarvane raztopine, na primer črnila).

  Difuzijo je priročno opazovati v gostih gelih. Takšen gel lahko pripravimo na primer v kozarcu za penicilin, tako da v njem pripravimo 4–5 % raztopino želatine. Želatina mora najprej nekaj ur nabrekniti, nato pa jo ob mešanju povsem raztopimo tako, da kozarec spustimo v topla voda. Po ohlajanju dobimo netekoč gel v obliki prozorne, rahlo motne mase. Če z ostro pinceto v sredino te mase previdno vstavite kristalček kalijevega permanganata (»kalijev permanganat«), bo kristal ostal viseti na mestu, kjer je ostal, saj gel preprečuje, da bi padel. V nekaj minutah bo okrog kristala začel rasti obarvan kristal. vijolična krogla, sčasoma postaja vse večja in večja, dokler stene kozarca ne popačijo njene oblike. Enak rezultat lahko dosežemo s kristalom bakrovega sulfata, le v tem primeru krogla ne bo vijolična, ampak modra.

  Jasno je, zakaj je krogla nastala: MnO 4 – ioni, ki nastanejo ob raztapljanju kristala, preidejo v raztopino (gel je v glavnem voda) in se zaradi difuzije enakomerno gibljejo v vse smeri, medtem ko gravitacija praktično ne vpliva na hitrost difuzije. Difuzija v tekočini je zelo počasna: trajalo bo več ur, da kroglica zraste nekaj centimetrov. Pri plinih je difuzija veliko hitrejša, a vseeno, če zrak ne bi bil mešan, bi se vonj po parfumu ali amoniaku širil po prostoru ure in ure.

  Brownova teorija gibanja: naključni sprehodi.

  Smoluchowski-Einsteinova teorija pojasnjuje zakone tako difuzije kot Brownovega gibanja. Te vzorce lahko obravnavamo na primeru difuzije. Če je hitrost molekule u, nato pa se gibljejo v ravni črti, v času t bo šel na daljavo L = ut, vendar se zaradi trkov z drugimi molekulami ta molekula ne giblje premočrtno, temveč sproti spreminja smer svojega gibanja. Če bi bilo mogoče skicirati pot molekule, se v osnovi ne bi razlikovala od risb, ki jih je dobil Perrin. Iz teh slik je razvidno, da se zaradi kaotičnega gibanja molekula premakne za razdaljo s, bistveno manj kot L. Te količine so povezane z razmerjem s= , kjer je l razdalja, ki jo molekula preleti od enega trka do drugega, povprečna prosta pot. Meritve so pokazale, da za molekule zraka pri normalni atmosferski tlak l ~ 0,1 μm, kar pomeni, da bo molekula dušika ali kisika pri hitrosti 500 m/s to razdaljo preletela v 10.000 sekundah (manj kot tri ure) L= 5000 km in se bo premaknil iz prvotnega položaja le za s= 0,7 m (70 cm), zato se snovi zaradi difuzije tudi v plinih gibljejo tako počasi.

  Pot molekule kot posledica difuzije (ali pot Brownovega delca) imenujemo naključni sprehod. Duhoviti fiziki so ta izraz reinterpretirali kot "pot pijanca." Dejansko je gibanje delca iz enega položaja v drugega (ali pot molekule, ki je podvržena številnim trkom) podobno gibanju pijanega človeka. ta analogija omogoča tudi precej preprosto izpeljavo osnovne enačbe takega procesa, ki temelji na primeru enodimenzionalnega gibanja, ki ga je enostavno posplošiti na tridimenzionalno.

  Recimo, da je pijani mornar pozno zvečer prišel iz gostilne in se napotil po ulici. Ko je prehodil pot l do najbližje svetilke, si je odpočil in šel ... ali naprej, do naslednje svetilke, ali nazaj, v gostilno - navsezadnje se ne spomni, od kod je prišel. Vprašanje je, ali bo kdaj zapustil bučko, ali bo le taval okoli nje, se ji včasih oddaljil, drugič približal? (Druga različica problema navaja, da so na obeh koncih ulice umazani jarki, kjer se končajo ulične luči, in sprašuje, ali se bo mornar lahko izognil padcu v enega od njih.) Intuitivno se zdi, da je drugi odgovor pravilen. Vendar je napačno: izkaže se, da se bo mornar postopoma vedno bolj oddaljeval od ničelne točke, čeprav veliko počasneje, kot če bi hodil samo v eno smer. Evo, kako to dokazati.

  Ko bo mornar prvič šel do najbližje svetilke (desno ali levo), bo na razdalji s 1 = ± l od začetne točke. Ker nas zanima le njegova oddaljenost od te točke, ne pa tudi smer, se bomo znakov znebili s kvadriranjem tega izraza: s 1 2 = l 2. Čez nekaj časa je mornar, ko je že končal n»potepanja«, bo na daljavo

  s N= od začetka. In ko sem spet hodil (v eno smer) do najbližje svetilke, na daljavo s N+1 = s N± l, ali z uporabo kvadrata premika, s 2 n+1 = s 2 n± 2 s N l + l 2. Če jadralec ta gib večkrat ponovi (od n do n+ 1), nato kot rezultat povprečenja (prehaja z enako verjetnostjo n korak v desno ali levo), člen ± 2 s N Preklical bom, torej s 2 n+1 = s2 n+ l 2> (kotni oklepaji označujejo povprečno vrednost L = 3600 m = 3,6 km, medtem ko bo premik od ničelne točke za isti čas enak le). s= = 190 m bo minilo L= 10,8 km in se bo premaknil za s= 330 m itd.

  delo u l v dobljeni formuli lahko primerjamo z difuzijskim koeficientom, ki je, kot je pokazal irski fizik in matematik George Gabriel Stokes (1819–1903), odvisen od velikosti delcev in viskoznosti medija. Na podlagi podobnih razmišljanj je Einstein izpeljal svojo enačbo.

  Teorija Brownovega gibanja v resničnem življenju.

  Teorija naključnih sprehodov ima pomembno praktično uporabo. Pravijo, da v odsotnosti orientacijskih točk (sonce, zvezde, avtocestni hrup oz železnica itd.) človek tava po gozdu, po polju v snežnem metežu ali v gosti megli v krogih in se ves čas vrača na prvotno mesto. Pravzaprav ne hodi v krogu, ampak približno tako, kot se gibljejo molekule oziroma Brownovi delci. Lahko se vrne na prvotno mesto, vendar le po naključju. A velikokrat mu prekriža pot. Pravijo tudi, da so ljudi, zmrznjene v snežnem metežu, našli "nekaj kilometra" od najbližjega stanovanja ali ceste, v resnici pa oseba ni imela možnosti, da bi ta kilometer prehodila, in tukaj je razlog.

  Če želite izračunati, koliko se bo oseba premaknila zaradi naključnih sprehodov, morate poznati vrednost l, tj. razdalja, ki jo človek lahko prehodi v ravni črti brez orientacijskih točk. To vrednost je izmeril doktor geoloških in mineraloških znanosti B.S. Gorobets s pomočjo študentov prostovoljcev. Seveda jih ni pustil v gostem gozdu ali na zasneženem igrišču, vse je bilo bolj preprosto - študenta so postavili na sredino praznega stadiona, mu zavezali oči in ga prosili, naj v popolni tišini odkoraka do konca nogometnega igrišča. (za izključitev orientacije po zvokih). Izkazalo se je, da je učenec v povprečju hodil po ravni črti le približno 20 metrov (odstopanje od idealne ravnine ni presegalo 5°), nato pa je začel vse bolj odstopati od prvotne smeri. Na koncu se je ustavil, daleč od tega, da bi dosegel rob.

  Naj zdaj človek hodi (ali bolje rečeno tava) po gozdu s hitrostjo 2 kilometra na uro (za cesto je to zelo počasi, za gost gozd pa zelo hitro), potem če je vrednost l 20 metrov, potem bo v eni uri pretekel 2 km, vendar se bo premaknil le 200 m, v dveh urah - približno 280 m, v treh urah - 350 m, v 4 urah - 400 m itd. In premikanje v ravni črti na s takšno hitrostjo bi človek prevozil 8 kilometrov v 4 urah , zato je v varnostnih navodilih za delo na terenu naslednje pravilo: če se mejniki izgubijo, morate ostati na mestu, postaviti zavetje in počakati na konec slabega vremena (lahko posije sonce) ali po pomoč. V gozdu vam bodo mejniki - drevesa ali grmičevje - pomagali premikati v ravni liniji in vsakič se morate držati dveh takih mejnikov - enega spredaj, drugega zadaj. Seveda pa je najbolje vzeti s seboj kompas ...

  Ilya Leenson

  Literatura:

  Mario Liozzi. Zgodovina fizike. M., Mir, 1970
  Kerker M. Brownovska gibanja in molekularna realnost pred letom 1900. Journal of Chemical Education, 1974, letn. 51, št. 12
  Leenson I.A. Kemijske reakcije . M., Astrel, 2002

  

  Leta 1827 je angleški botanik Robert Brown, ki je pod mikroskopom preiskoval delce cvetnega prahu, suspendiranega v vodi, ugotovil, da so najmanjši med njimi v stanju neprekinjenega in naključnega gibanja. Kasneje se je izkazalo, da je to gibanje značilno za vse najmanjše delce organskega in anorganskega izvora in se manifestira intenzivneje, manjša kot je masa delcev, višja je temperatura in nižja je viskoznost medija. Dolgo časa Brownovemu odkritju niso pripisovali velikega pomena. Večina znanstvenikov je menila, da je razlog za naključno gibanje delcev vibracija opreme in prisotnost konvektivnih tokov v tekočini. Vendar pa so natančni poskusi, izvedeni v drugi polovici prejšnjega stoletja, pokazali, da se Brownovo gibanje manifestira pri dani temperaturi vedno z enako intenzivnostjo in ves čas, ne glede na to, kateri ukrepi so sprejeti za vzdrževanje mehanskega in toplotnega ravnovesja v sistemu. . Veliki delci se rahlo premikajo; za manjše znaketrnasto je gibanje, ki je v svoji smeri neurejeno po zapletenih trajektorijah.

  riž. Porazdelitev končnih točk horizontalnih premikov delca pri Brownovem gibanju ( izhodišča premaknjena v sredino)

  Naslednji sklep se je predlagal sam po sebi: Brownovo gibanje ni posledica zunanjih, temveč notranjih razlogov, in sicer trka molekul tekočine z suspendiranimi delci. Ob udarcu v trdni delec vsaka molekula nanj prenese del svoje gibalne količine ( mυ). Zaradi popolne kaotičnosti toplotnega gibanja je skupni zagon, ki ga delec prejme v daljšem časovnem obdobju, enak nič. Vendar pa v katerem koli dovolj majhnem časovnem obdobju ∆ t Zagon, ki ga delec prejme s katere koli strani, bo vedno večji kot z druge. Posledično se premakne. Dokaz te hipoteze je bil v času ( konec XIX- začetek 20. stoletja) še posebej velika vrednost, saj so nekateri naravoslovci in filozofi, na primer Ostwald, Mach, Avenarius, dvomili o resničnosti obstoja atomov in molekul.

  V letih 1905-1906 A. in poljski fizik Marian Smoluchowski sta neodvisno drug od drugega ustvarila statistično teorijo Brownovega gibanja, pri čemer sta kot glavni postulat vzela predpostavko o njegovem popolnem kaosu. Za sferične delce so izpeljali enačbo

  

  kjer je ∆ x- povprečni premik delcev skozi čas t(tj. velikost segmenta, ki povezuje začetni položaj delec z njegovim položajem v tem trenutku t); η - srednji koeficient viskoznosti; r- polmer delcev; T- temperatura v K; n 0 - Avogadrovo število; R- univerzalna plinska konstanta.

  Nastalo zvezo je eksperimentalno preizkusil J. Perrin, ki je moral v ta namen preučiti Brownovo gibanje sferičnih delcev gume, gume in mastike z natančno znanim polmerom. Z zaporednim fotografiranjem istega delca v enakih časovnih intervalih je J. Perrin ugotovil vrednosti ∆ x za vsak ∆ t. Rezultati, ki jih je dobil za delce različnih velikosti in različnih narav, so zelo dobro sovpadali s teoretičnimi, kar je bil odličen dokaz resničnosti atomov in molekul ter drugega.potrjuje molekularno kinetično teorijo.

  Z zaporednim opazovanjem položaja gibajočega se delca v enakih časovnih intervalih je mogoče sestaviti trajektorijo Brownovega gibanja. Če izvedemo vzporedni prenos vseh segmentov, tako da njihove izhodiščne točke sovpadajo, dobimo za končne točke porazdelitev, podobno razmahu krogel pri streljanju na tarčo (slika). To potrjuje glavni postulat teorije Einstein-Smoluchowskega - popolno kaotično naravo Brownovega gibanja.

  Kinetična stabilnost disperznih sistemov

  Z določeno maso se morajo delci, suspendirani v tekočini, postopoma usedati v gravitacijskem polju Zemlje (če je njihova gostota d večjo gostoto okolju d 0) ali float (če d ). Vendar se ta proces nikoli ne zgodi v celoti. Usedanje (ali lebdenje) preprečuje Brownovo gibanje, ki teži k enakomerni porazdelitvi delcev po celotnem volumnu. Hitrost usedanja delcev je torej odvisna od njihove mase in viskoznosti tekočine. Na primer srebrne kroglice s premerom 2 mm preiti v vodo 1 cm za 0,05 sekunda, in s premerom 20 µm- za 500 sek. Kot je razvidno iz tabele 13, delci srebra s premerom, manjšim od 1 µm se sploh ne morejo usedati na dno posode.

  Tabela 13

  Primerjava intenzivnosti Brownovega gibanja in hitrosti usedanja delcev srebra (Burtonov izračun)

  	Razdalja, ki jo prepotuje delec v 1 s ek. mk
  premer delcev, µm		Pogrezanje
  100	10	6760
  10	31,6	67,6
  1	100	0,676

  Če se dispergirana faza v razmeroma kratkem času usede na dno posode ali priplava na površje, imenujemo sistem kinetično nestabilen. Primer je suspenzija peska v vodi.

  Če so delci dovolj majhni, da jim Brownovo gibanje prepreči popolno usedanje, pravimo, da je sistem kinetično stabilen.

  Zaradi naključnega Brownovega gibanja v kinetično stabilnem disperznem sistemu se vzpostavlja neenakomerna porazdelitev delcev po višini ob delovanju gravitacije. Naravo porazdelitve opisuje enačba:

  kje z 1 h 1 ;od 2- koncentracija delcev na višini h 2 ; T- masa delcev; d- njihova gostota; D 0 - gostota disperzijskega medija. S to enačbo je bila prvič določena najpomembnejša konstanta molekularne kinetične teorije -. Avogadrovo število n 0 . J. Perrin je pod mikroskopom preštel število delcev gume, suspendiranih v vodi na različnih nivojih, dobil numerično vrednost konstante n 0 , ki se je v različnih poskusih spreminjal od 6,5 10 23 do 7,2 10 23. Po sodobnih podatkih je Avogadrovo število 6,02 10 23.

  Trenutno, ko stalna n 0 Štetje delcev na različnih ravneh, ki je znano po zelo visoki natančnosti, se uporablja za ugotavljanje njihove velikosti in mase.

  Članek na temo Brownovo gibanje

  Brownovo gibanje Brownovo gibanje

  (Brownovo gibanje), naključno gibanje drobnih delcev, suspendiranih v tekočini ali plinu pod vplivom udarcev molekul iz okolja; odkril R. Brown.

  BROWNOVO GIBANJE

  BROWNOVO GIBANJE (Brownovo gibanje), naključno gibanje drobnih delcev, suspendiranih v tekočini ali plinu, ki nastane pod vplivom udarcev molekul iz okolja; odkril R. Brown (cm. BROWN Robert (botanik) leta 1827
  Ko je pod mikroskopom opazoval suspenzijo cvetnega prahu v vodi, je Brown opazil kaotično gibanje delcev, ki »ne izvira iz gibanja tekočine ali njenega izhlapevanja«. Suspendirani delci velikosti 1 mikrona ali manj, vidni le pod mikroskopom, so izvajali neurejena neodvisna gibanja, ki opisujejo zapletene cikcakaste trajektorije. Brownovo gibanje s časom ne oslabi in ni odvisno od kemijskih lastnosti medija, njegova intenzivnost narašča z naraščanjem temperature medija ter z zmanjševanjem njegove viskoznosti in velikosti delcev. Tudi kvalitativna razlaga vzrokov Brownovega gibanja je bila mogoča šele 50 let pozneje, ko so vzrok Brownovega gibanja začeli povezovati z udarci molekul tekočine na površino delca, ki je v njej suspendiran.
  Prvo kvantitativno teorijo Brownovega gibanja je podal A. Einstein (cm. EINSTEIN Albert) in M. Smoluchowski (cm. SMOLUCHOWSKI Marian) leta 1905-06 temelji na molekularni kinetični teoriji. Pokazalo se je, da so naključni sprehodi Brownovih delcev povezani z njihovim sodelovanjem pri toplotnem gibanju skupaj z molekulami medija, v katerem so suspendirani. (cm. Delci imajo v povprečju enako kinetično energijo, vendar imajo zaradi večje mase manjšo hitrost. Teorija Brownovega gibanja pojasnjuje naključna gibanja delca z delovanjem naključnih sil iz molekul in sil trenja. Po tej teoriji so molekule tekočine ali plina v stalnem toplotnem gibanju, impulzi različnih molekul pa niso enaki po velikosti in smeri. Če je površina delca, postavljenega v tak medij, majhna, kot velja za Brownove delce, potem udarci, ki jih ima delec iz molekul, ki ga obkrožajo, ne bodo natančno kompenzirani. Zato se Brownov delec zaradi "bombardiranja" z molekulami začne naključno gibati, spreminja velikost in smer svoje hitrosti približno 10 14-krat na sekundo. Iz te teorije je sledilo, da lahko z merjenjem premika delca v določenem času in ob poznavanju njegovega polmera ter viskoznosti tekočine izračunamo Avogadrovo število.
  AVOGADRO KONSTANT) (cm. Sklepe teorije Brownovega gibanja je z meritvami potrdil J. Perrin PERRIN Jean Baptiste) (cm. in T. Svedberg Svedberg Theodor) (cm. leta 1906. Na podlagi teh razmerij je bila eksperimentalno določena Boltzmannova konstanta BOLZMANNOVA KONSTANTA)
  Pri opazovanju Brownovega gibanja se položaj delca beleži v rednih intervalih. Čim krajši so časovni intervali, tem bolj zlomljena bo videti tirnica delca.
  Zakoni Brownovega gibanja služijo kot jasna potrditev temeljnih načel molekularne kinetične teorije. Končno je bilo ugotovljeno, da je toplotna oblika gibanja snovi posledica kaotičnega gibanja atomov ali molekul, ki sestavljajo makroskopska telesa.
  Teorija Brownovega gibanja je imela pomembno vlogo pri utemeljitvi statistične mehanike, na njej temelji kinetična teorija koagulacije vodnih raztopin. Poleg tega ima tudi praktični pomen v meroslovju, saj Brownovo gibanje velja za glavni dejavnik, ki omejuje natančnost merilnih instrumentov. Na primer, meja natančnosti odčitkov zrcalnega galvanometra je določena z vibracijo zrcala, kot je Brownov delec, ki ga bombardirajo molekule zraka. Zakoni Brownovega gibanja določajo naključno gibanje elektronov, kar povzroča hrup v električnih tokokrogih. Dielektrične izgube v dielektrikih so razložene z naključnimi gibi dipolnih molekul, ki sestavljajo dielektrik. Naključna gibanja ionov v raztopinah elektrolitov povečajo njihov električni upor.

  
  

  Enciklopedični slovar. 2009 .

  Oglejte si, kaj je "Brownovo gibanje" v drugih slovarjih:

  - (Brownovo gibanje), naključno gibanje majhnih delcev, suspendiranih v tekočini ali plinu, ki se pojavi pod vplivom udarcev molekul iz okolja. Leta 1827 ga je raziskala Anglija. znanstvenik R. Brown (Brown; R. Brown), ki ga je opazoval skozi mikroskop... ... Fizična enciklopedija

  BROWNOVO GIBANJE- (rjava), gibanje drobnih delcev, suspendiranih v tekočini, ki nastane pod vplivom trkov med temi delci in molekulami tekočine. Prvič so ga opazili pod angleškim mikroskopom. botanik Brown leta 1827. Če je na vidiku... ... Velika medicinska enciklopedija

  - (Brownovo gibanje) naključno gibanje drobnih delcev, suspendiranih v tekočini ali plinu pod vplivom udarcev molekul iz okolja; odkril R. Brown... Veliki enciklopedični slovar

  BROWNOVO GIBANJE, neurejeno, cikcakasto gibanje delcev, ki visijo v toku (tekočine ali plina). Nastane zaradi neenakomernega bombardiranja večjih delcev z različnih strani z manjšimi molekulami premikajočega se toka. Ta…… Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar

  Brownovo gibanje- – oscilatorno, rotacijsko ali translacijsko gibanje delcev disperzne faze pod vplivom toplotnega gibanja molekul disperzijskega medija. Splošna kemija: učbenik / A. V. Zholnin ... Kemični izrazi

  BROWNOVO GIBANJE- naključno gibanje drobnih delcev, suspendiranih v tekočini ali plinu, pod vplivom udarcev molekul okolja v toplotnem gibanju; igra pomembno vlogo pri nekaterih telesnih kem. procesov, omejuje natančnost... ... Velika politehnična enciklopedija

  Brownovo gibanje- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Angleško-ruski slovar elektrotehnike in elektroenergetike, Moskva, 1999] Teme elektrotehnike, osnovni pojmi EN Brownovo gibanje ... Priročnik za tehnične prevajalce

  Ta članek ali razdelek potrebuje revizijo. Prosimo, izboljšajte članek v skladu s pravili za pisanje člankov... Wikipedia

  Neprekinjeno kaotično gibanje mikroskopskih delcev, suspendiranih v plinu ali tekočini, ki ga povzroča toplotno gibanje okoljskih molekul. Ta pojav je leta 1827 prvi opisal škotski botanik R. Brown, ki je študiral pod... ... Collierjeva enciklopedija

  Bolj pravilno je Brownovo gibanje, naključno gibanje majhnih (velikih nekaj mikrometrov ali manj) delcev, suspendiranih v tekočini ali plinu, ki nastanejo pod vplivom udarcev molekul iz okolja. Odkril R. Brown leta 1827.… … Velika sovjetska enciklopedija

  knjige

  • Brownovo gibanje vibratorja, Yu.A. Krutkov. Reproducirano v izvirnem avtorjevem črkovanju izdaje iz leta 1935 (založba Izvestija Akademije znanosti ZSSR). V…