Fizični pojavi: Brownovo gibanje

Fenomen odkrivanja

Brownovo gibanje je kontinuirano, konstantno kaotično gibanje delcev, suspendiranih v tekočini (ali plinu). Zdaj se je ime pojava pojavilo v čast odkritelju - angleškemu botaniku R. Brownu. Leta 1827 je izvedel eksperiment, zaradi česar so odkrili Brownovo gibanje. Prav tako je znanstvenik opozoril na dejstvo, da se delci ne samo premikajo okoli okolja, temveč tudi vrtijo okoli svoje osi. Ker takrat molekularna teorija strukture snovi še ni bila vzpostavljena, Brown ni mogel v celoti analizirati procesa.

Moderni razgledi

Trenutno se verjame, da je Brownovo gibanje posledica trka delcev, suspendiranih v tekočini ali plinu, z molekulami snovi, ki jih obdajajo. Slednji so v stalnem gibanju, imenovani toplotna. Prav tako povzročajo kaotično gibanje delcev, iz katerih je vsaka snov. Pomembno je poudariti, da sta s tem pojavom povezana še dva: Brownovo gibanje, ki ga opisujemo, in difuzija (prodiranje delcev ene snovi v drugo). Te procese je treba obravnavati kompleksno, kot pojasnjujejo med seboj. Torej, zaradi trkov z okoliškimi molekulami, so delci, suspendirani v mediju, v stalnem gibanju, kar je tudi kaotično. Naključnost je izražena v nestalnosti, tako v smeri kot hitrosti.

V smislu termodinamike

Znano je, da se s povišanjem temperature povečuje tudi hitrost Brownovega gibanja. To odvisnost lahko enostavno razložimo z enačbo za opisovanje povprečja kinetična energija gibljivi delci: E = mv ² = 3kT / 2, kjer je m masa delcev, v je hitrost delcev, k je Boltzmannova konstanta in T zunanja temperatura. Kot lahko vidimo, je kvadrat hitrosti gibanja suspendiranega delca neposredno sorazmeren s temperaturo, zato se s povečevanjem temperature zunanjega okolja povečuje tudi hitrost. Upoštevajte, da je osnovno načelo, na katerem temelji enačba, enakost povprečne kinetične energije gibljivega delca in kinetične energije delcev, ki tvorijo medij (to je tekočino ali plin, v katerem je suspendiran). To teorijo so oblikovali A. Einstein in M. Smolukhovski približno istočasno neodvisno drug od drugega.

Gibanje Brownovih delcev

Delci, ki so suspendirani v tekočini ali plinu, se premikajo po cik-cak poti, postopoma se oddaljujejo od točke gibanja. Spet so Einstein in Smolukhovski prišli do zaključka, da za proučevanje gibanja Brownovega delca glavna vrednost ni prevožena razdalja niti dejanska hitrost, temveč njegova povprečna premik v določenem časovnem obdobju. Einsteinova enačba je naslednja: r ² = 6kTBt. V tej formuli je r povprečni premik suspendiranega delca, B njegova mobilnost (ta količina je obratno sorazmerna z viskoznostjo medija in velikostjo delcev), t je čas. Zato je hitrost gibanja suspendiranega delca višja, nižja je viskoznost medija. Veljavnost enačbe je eksperimentalno dokazal francoski fizik J. Perrin.