Miscarea Brownian: definiție. Miscarea Brownian - ce este?

Astăzi vom examina în detaliu un subiect important - să definim mișcarea browniană a unor mici bucăți de materie într-un lichid sau gaz.

Harta și coordonatele

Unii studenți, torturați cu lecții plictisitoare, nu înțeleg de ce să studieze fizica. Și totuși, această știință ne-a permis odată să descoperim America!

Să începem de departe. Civilizațiile antice din Marea Mediterană au fost, în unele privințe, norocoase: s-au dezvoltat pe malul unui rezervor închis în interiorul țării. Marea Mediterană este așa numită încât este înconjurată pe toate laturile de pământ. Călătorii vechi ar fi putut avansa destul de departe expediția lor, fără a pierde din vedere țărmurile. Contururile terenului au ajutat la navigare. Iar primele hărți au fost făcute mai descriptiv decât geografic. Datorită acestor voiaje relativ inaccesibile, grecii, fenicienii și egiptenii au învățat să construiască bine navele. Și unde este cel mai bun echipament, există dorința de a împinge granițele lumii tale.

Într-o zi puterile europene au decis să iasă în ocean. În timpul călătoriei de-a lungul marilor expansiuni dintre continente, marinarii au văzut timp de multe luni numai apă și au trebuit să navigheze cumva. Determinarea coordonatelor lor a ajutat la inventarea ceasurilor precise și a unei busole de calitate.

Uita-te și busola

Invenția de cronometre mici de mână a ajutat foarte mult navigatorii. Pentru a stabili unde sunt, aveau nevoie de un instrument simplu care să măsoare înălțimea soarelui deasupra orizontului și să afle când exact amiază. Și datorită busolei, căpitanii navelor știau unde merg. Atât ceasul cât și proprietățile acului magnetic au fost studiate și create de fizicieni. Mulțumită acestei Europe, întreaga lume a fost deschisă.

Noile continente erau terra incognita, pământ neexplorat. Pe ele au crescut plante ciudate și animale necunoscute.

Plante și fizică

Toți oamenii de știință din lumea civilizată s-au grăbit să studieze aceste noi sisteme ecologice ciudate. Și, desigur, au vrut să profite de ele.

Robert Browne a fost un botanist englez. A călătorit în Australia și Tasmania, a colectat colecții de plante acolo. Deja acasă, în Anglia, a lucrat din greu la descrierea și clasificarea materialului importat. Și acest om de știință a fost foarte meticulos. Într-o zi, uitându-se la mișcarea polenului în sucul de plante, el a observat: particulele mici fac în mod constant mișcări haioase de zig-zag. Aceasta este definiția mișcării browniene a elementelor mici în gaze și lichide. Datorită descoperirii, botanistul uimitor a scris numele său în istoria fizicii!

Brown și Gui

În știința europeană se obișnuiește: să se numească un efect sau un fenomen prin numele persoanei care la descoperit. Dar de multe ori se întâmplă din întâmplare. Dar persoana care descrie, dezvăluie importanța sau explorează mai profund legea fizică este în umbre. Deci, sa întâmplat cu francezul Louis Georges Guy. Acesta a fost cel care a definit mișcarea Browniană (clasa a VII-a nu se aude exact atunci când studiază acest subiect în fizică).

Cercetările lui Guy și proprietățile mișcării Browniene

Experimentatorul francez Louis Georges Gui a observat mișcarea diferitelor tipuri de particule în mai multe lichide, inclusiv în soluții. Știința din acea vreme deja știa cum să determine cu precizie dimensiunea bucăților de materie la o zecime de micrometru. Prin examinarea ce mișcarea browniană (așa cum este definit în fizica a acestui fenomen este dat Gouy), Academic înțeles crește intensitatea particulelor în mișcare, dacă sunt plasate într-un mediu mai puțin vâscos. Ca experimentator gamă largă, este expus la lumina suspensie și câmpurile electromagnetice cu putere diferite. Omul de știință a aflat că acești factori nu afectează în nici un fel salturile haioase de zigzag ale particulelor. Gui a arătat fără echivoc că mișcarea browniană dovedește: deplasarea termică a moleculelor de lichid sau gaz.

Echipa și masa

Iar acum vom descrie în detaliu mecanismul de salturi zigzag de bucăți mici de materie într-un lichid.

Orice substanță constă din atomi sau molecule. Aceste elemente ale lumii sunt foarte mici, microscopul optic nu le poate vedea. Într-un fluid, ei tot timpul fluctuează și se mișcă. Când o particulă vizibilă intră în soluție, masa este de mii de ori mai mare decât un atom. Miscarea brushina a moleculelor lichide este haotica. Dar totuși, toți atomii sau moleculele sunt colective, sunt conectați unul la celălalt, ca și oamenii care s-au alăturat mâinilor. De aceea, uneori se întâmplă ca atomii de lichid pe de o parte care particulele se mișcă, astfel încât „zdrobi“ pe ea, în timp ce este creat cealaltă parte a particulei medii mai puțin dens. De aceea, motele se mișcă în spațiul soluției. Într-un alt loc, mișcarea colectivă a moleculelor lichide acționează aleator pe cealaltă parte a componentei mai masive. Acesta este tocmai modul în care se produce mișcarea particulelor Brownian.

Time și Einstein

Dacă substanța are o temperatură nonzero, atomii ei produc oscilații termice. Prin urmare, chiar și într-un lichid foarte rece sau suprins, există o mișcare browniană. Aceste sare haotice de particule mici suspendate nu încet niciodată.

Albert Einstein este probabil cel mai faimos om de știință al secolului al XX-lea. Oricine este interesat de fizică cel puțin într-un fel cunoaște formula E = mc². De asemenea, mulți pot aminti efectul fotoelectric, pentru care i sa acordat Premiul Nobel, și teoria specială a relativității. Dar foarte puțini oameni știu că Einstein a dezvoltat o formulă pentru mișcarea browniană.

Pe baza teoriei moleculare-cinetice, omul de știință a dedus coeficientul de difuzie a particulelor în suspensie într-un lichid. Și sa întâmplat în 1905. Formula se arată astfel:

D = (R * T) / (6 * N_A * a * pi- * XI),

unde D este coeficientul necesar, R este constanta gazului universal, T este temperatura absoluta (exprimata in Kelvin), N_A - Avogadro constant (corespunde unui mol de substanță, sau aproximativ 10²³ molecule), a este raza medie aproximativă a particulelor, xi este vâscozitatea dinamică a unui lichid sau a unei soluții.

Și deja în 1908 fizicianul francez Jean Perrin și studenții săi au demonstrat experimental corectitudinea calculelor lui Einstein.

O particulă în câmpul unui războinic

Mai sus, am descris efectul colectiv al mediului pe multe particule. Dar chiar și un element străin în lichid poate da unele regularități și dependențe. De exemplu, dacă observați o particulă Browniană pentru o lungă perioadă de timp, puteți remedia toate mișcările sale. Și din acest haos va exista un sistem armonios. Progresul mediu al particulei Brownian de-a lungul unei direcții este proporțional cu timpul.

În experimentele pe o particulă într-un lichid, au fost rafinate următoarele cantități:

• constanta Boltzmann;
• numărul Avogadro.

Pe lângă mișcarea liniară, o particulă bruniană este, de asemenea, caracterizată prin rotație haotică. Și deplasarea unghiulară medie este, de asemenea, proporțională cu timpul de observare.

Dimensiuni și forme

După o astfel de raționament, se poate ivi o întrebare naturală: de ce acest efect nu este observat pentru corpurile mari? Pentru că atunci când lungimea unui obiect scufundat în lichid mai mult decât o anumită valoare, atunci toate aceste aleatoare „umflaturi“ colective molecule sunt transformate într-o presiune constantă au fost mediate. Iar forța generală de împingere a lui Arhimede funcționează deja pe corp. Astfel, o bucată mare de chiuvete și praf de metal plutesc în apă.

Dimensiunea particulelor, pentru care este detectată fluctuația moleculelor lichide, nu trebuie să depășească 5 micrometri. În ceea ce privește obiectele cu dimensiuni mari, acest efect nu va fi vizibil aici.