Физични феномени: броуновско движение

Феноменът на откритието

Броуново движение е непрекъснато, постоянно хаотично движение на частици, суспендирани в течност (или газ). Сега се използва името на явлението в чест на неговия откривател - английският ботаник Р. Браун. През 1827 г. той провежда експеримент, в резултат на което се открива броуновското движение. Също така, ученият обърна внимание на факта, че частиците не само се движат около околната среда, но и се въртят около оста си. Тъй като по това време молекулярната теория на структурата на материята все още не е установена, Браун не може да анализира напълно процеса.

Модерни гледки

В момента се смята, че броуновското движение е причинено от сблъсък на частици, суспендирани в течност или газ с молекулите на веществото, което ги заобикаля. Последните са в постоянно движение, наречено термично. Те също предизвикват хаотично движение на частици, от които се състои всяко вещество. Важно е да се отбележи, че два други са свързани с това явление: описаното от нас броуновско движение и дифузията (проникването на частици от едно вещество в друго). Тези процеси трябва да се разглеждат в комплекс, както обясняват един от друг. Така, поради сблъсъци с околните молекули, частиците, суспендирани в средата, са в непрекъснато движение, което също е хаотично. Случайността се изразява в непостоянство, както посока, така и скорост.

По отношение на термодинамиката

Известно е, че с повишаването на температурата скоростта на броуновското движение също се увеличава. Тази зависимост лесно се обяснява с уравнението за описване на средната стойност кинетична енергия движеща се частица: E = mv ² = 3kT / 2, където m е масата на частиците, v е скоростта на частиците, k е константата на Болцман, а T е външната температура. Както можем да видим, квадратът на скоростта на движение на суспендирана частица е право пропорционален на температурата, следователно, с увеличаване на температурата на външната среда, скоростта също се увеличава. Обърнете внимание, че основният принцип, на който се основава уравнението, е равенството на средната кинетична енергия на движеща се частица и кинетичната енергия на частиците, съставляващи средата (т.е. течността или газа, в която тя е суспендирана). Тази теория е формулирана от А. Айнщайн и М. Смолуховски приблизително едновременно независимо едно от друго.

Движение на броунови частици

Частици, окачени в течност или газ, се движат по зигзагообразна пътека, като постепенно се отдалечават от точката на движение. Отново Айнщайн и Смолуховски стигнаха до заключението, че за да се изследва движението на броунова частица, основната стойност не е изминатото разстояние или действителната скорост, а средното му изместване за определен период от време. Уравнението, предложено от Айнщайн, е както следва: r ² = 6kTBt. В тази формула r е средното изместване на суспендирана частица, В е неговата подвижност (това количество, от своя страна, е обратно пропорционално на вискозитета на средата и размера на частиците), t е времето. Следователно, скоростта на движение на суспендираните частици е по-висока, колкото по-нисък е вискозитетът на средата. Валидността на уравнението е експериментално доказана от френския физик Й. Перин.