Zjawiska fizyczne: ruchy Browna

Zjawisko odkrywania

Ruch Browna jest ciągłym, stałym chaotycznym ruchem cząstek zawieszonych w cieczy (lub gazie). Używana teraz nazwa tego zjawiska była na cześć jego odkrywcy - angielskiego botanika R. Browna. W 1827 roku przeprowadził eksperyment, w wyniku którego odkryto ruch Browna. Naukowiec zwrócił również uwagę na fakt, że cząsteczki nie tylko poruszają się wokół otoczenia, ale także obracają się wokół jego osi. Ponieważ w tym czasie nie została jeszcze ustalona molekularna teoria struktury materii, Brown nie mógł w pełni przeanalizować tego procesu.

Nowoczesne widoki

Obecnie uważa się, że ruchy Browna są powodowane przez zderzenia cząstek zawieszonych w cieczy lub gazie z molekułami otaczającej je substancji. Te ostatnie są w ciągłym ruchu, nazywanym termicznym. Powodują również chaotyczny ruch cząstek, z których składa się jakakolwiek substancja. Ważne jest, aby zauważyć, że dwa inne są związane z tym zjawiskiem: opisywany przez nas ruch Browna i dyfuzja (przenikanie cząstek jednej substancji do drugiej). Procesy te należy rozpatrywać w sposób złożony, jak wyjaśniają siebie nawzajem. Tak więc, z powodu zderzeń z otaczającymi cząsteczkami, cząstki zawieszone w medium są w ciągłym ruchu, który jest również chaotyczny. Losowość wyraża się w nietrwałości, zarówno w kierunku, jak i prędkości.

Pod względem termodynamiki

Wiadomo, że wraz ze wzrostem temperatury prędkość ruchu Browna również wzrasta. Zależność tę łatwo wyjaśnić równaniem opisującym średnią energia kinetyczna ruchoma cząstka: E = mv ² = 3kT / 2, gdzie m jest masą cząstki, v jest prędkością cząstki, k jest stałą Boltzmanna, a T jest temperaturą zewnętrzną. Jak widać, kwadrat prędkości poruszania się zawieszonej cząstki jest wprost proporcjonalny do temperatury, dlatego wraz ze wzrostem temperatury środowiska zewnętrznego prędkość również wzrasta. Zauważ, że podstawową zasadą, na podstawie której oparte jest równanie, jest równość średniej energii kinetycznej poruszającej się cząstki i energii kinetycznej cząstek tworzących ośrodek (to jest ciecz lub gaz, w którym jest on zawieszony). Teoria ta została sformułowana przez A. Einsteina i M. Smolukhovsky'ego w przybliżeniu w tym samym czasie niezależnie od siebie.

Ruch cząstek Browna

Cząstki zawieszone w cieczy lub gazie poruszają się po zygzakowatej ścieżce, stopniowo oddalając się od punktu ruchu. Ponownie, Einstein i Smolukhovsky doszli do wniosku, że aby zbadać ruch cząstki Browna, główną wartością nie jest odległość przebyta lub rzeczywista prędkość, ale jej średnie przesunięcie w pewnym okresie czasu. Równanie zaproponowane przez Einsteina jest następujące: r ² = 6kTBt. W tym wzorze r oznacza średnie przesunięcie zawieszonej cząstki, B to jej ruchliwość (ta ilość z kolei jest odwrotnie proporcjonalna do lepkości ośrodka i wielkości cząstek), t to czas. W związku z tym prędkość ruchu zawieszonej cząstki jest większa, im mniejsza jest lepkość ośrodka. Trafność tego równania została eksperymentalnie udowodniona przez francuskiego fizyka J. Perrina.