Braunsko gibanje: definicija. Browniško gibanje - kaj je to?

Danes bomo podrobno razmislili o pomembni temi - določimo browniško gibanje majhnih kosov snovi v tekočini ali plinu.

Zemljevid in koordinate

Nekateri učenci, mučeni z dolgočasnimi urami, ne razumejo, zakaj bi študirali fiziko. In vendar je bila ta znanost, ki nam je nekoč omogočila odkrivanje Amerike!

Začnimo daleč. Stare civilizacije v Sredozemlju so bile na nek način srečne: razvile so se na obali zaprtega notranjega rezervoarja. Sredozemsko morje se tako imenuje, da je obdano z vseh strani po kopnem. In stari popotniki bi lahko napredovali precej daleč s svojo ekspedicijo, ne da bi izgubili pogled na obale. Obrisi zemlje so pomagali krmariti. In prvi zemljevidi so bili bolj opisno kot geografsko. Zaradi teh sorazmerno nedostopnih potovanj so se Grki, Feničani in Egipčani naučili dobro graditi ladje. In kjer je najboljša oprema, obstaja želja po potiskanju meja svojega sveta.

Nekega dne so se evropske sile odločile za vstop v ocean. Med potovanjem čez velike prostore med celinami so mornarji več mesecev videli samo vodo in so morali nekako krmariti. Določite njihove koordinate, ki so pripomogli k izumu natančnih ročnih ur in kakovostnega kompasa.

Ure in kompas

Izum majhnih ročnih kronometrov je zelo pomagala pomorščakom. Če želite natančno določiti, kje so, potrebovali so preprosto orodje, ki meri višino sonca nad obzorjem in vedeti, kdaj točno opoldne. In zahvaljujoč kompasu so poveljniki ladij vedeli, kam grejo. Uro in lastnosti magnetne igle so proučevali in ustvarjali fiziki. Zahvaljujoč tej Evropi je bil ves svet odprt.

Nove celine so bile terra incognita, neizčrpane zemlje. Na njih so rasle čudne rastline in neznane živali.

Rastline in fizika

Vsi naravoslovci iz civiliziranega sveta so se brali za preučevanje teh novih čudnih ekoloških sistemov. In seveda, želeli so jih izkoristiti.

Robert Browne je bil angleški botanik. Potoval je v Avstralijo in Tasmanijo, tam zbiral zbirke rastlin. Že doma, v Angliji, je trdo delal pri opisovanju in razvrščanju uvoženega materiala. In ta znanstvenik je bil zelo natančen. Nekega dne, ko je opazoval gibanje cvetnega prahu v rastlinskem soku, je opazil: majhne delce nenehno povzročajo kaotične cikcakove gibe. To je definicija Browniškega gibanja majhnih elementov v plinih in tekočinah. Zahvaljujoč odkritju je omamen botanik napisal svoje ime v zgodovini fizike!

Brown in Gui

V evropski znanosti je običajno: poklicati učinek ali pojav po imenu osebe, ki jo je odkrila. Toda pogosto se zgodi slučajno. Toda oseba, ki opisuje, razkriva pomen ali bolj temeljito raziskuje fizično zakonodajo, je v senci. Torej se je zgodilo z Francozom Louisom Georges Guy. To je bil tisti, ki je definiral browniško gibanje (sedmi razred ni ravno slišal o tem, ko študira to temo v fiziki).

Guyjeve preiskave in lastnosti braunovskega gibanja

Francoski eksperimentator Louis Georges Gui je opazoval gibanje različnih vrst delcev v več tekočinah, tudi v rešitvah. Znanost tega časa je že vedela, kako natančno določiti velikost kosov snovi na desetino mikrometra. Raziskovanje o tem, kaj je Browniansko gibanje (definicija v fiziki temu pojavu je natančno podala Gui), je znanstvenik spoznal: intenzivnost gibajočih se delcev se poveča, če so nameščeni v manj viskoznem mediju. Ker je bil eksperimentator širokega spektra, je izpostavil suspenzijo na delovanje svetlobe in elektromagnetnih polj različnih moči. Znanstvenik je ugotovil, da ti dejavniki na noben način ne vplivajo na kaotične cikcakove skoke delcev. Gui nedvoumno je pokazal, da Brownian motion dokazuje: toplotno premikanje molekul tekočine ali plina.

Ekipa in masa

In zdaj bomo podrobneje opisali mehanizem cikcak skakanja majhnih kosov snovi v tekočini.

Vse snovi so sestavljene iz atomov ali molekul. Ti elementi sveta so zelo majhni, noben optični mikroskop ne more videti. V tekočini se ves čas nihajo in se premikajo. Ko pride katerikoli vidni delec v raztopino, je njegova masa tisočkrat večja od enega atoma. Browniško gibanje tekočih molekul je kaotično. Kljub temu so vsi atomi ali molekule kolektivni, povezani so med seboj, kot so ljudje, ki so se pridružili rokama. Zato se včasih zgodi, da se tekoči atomi na eni strani delca premikajo tako, da "pritisnejo" nanjo, medtem ko na drugi strani delca nastane manj gosto sredstvo. Zato se gibi gibljejo v raztopini. Na drugem mestu kolektivno gibanje tekočih molekul naključno deluje na drugi strani bolj masivne komponente. To je ravno način, na katerega se pojavlja Browniansko gibanje delcev.

Čas in Einstein

Če ima snov nenevarno temperaturo, njeni atomi povzročajo toplotna nihanja. Zato tudi v zelo mrzli ali nadhladni tekočini obstaja Brownian gibanje. Ti kaotični skoki majhnih suspendiranih delcev nikoli ne prenehajo.

Albert Einstein je morda najbolj znan znanstvenik 20. stoletja. Vsakdo, ki se fizično zanima vsaj na neki način, pozna formulo E = mc². Prav tako se mnogi spominjajo na fotoelektrični učinek, za katerega je dobil Nobelovo nagrado, in posebno teorijo relativnosti. Toda zelo malo ljudi ve, da je Einstein razvil formulo za browniško gibanje.

Na podlagi molekularno-kinetične teorije je znanstvenik izpeljal difuzijski koeficient suspendiranih delcev v tekočini. In to se je zgodilo leta 1905. Formula je videti takole:

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

kjer je D potreben koeficient, R je univerzalna plinska konstanta, T je absolutna temperatura (izražena v Kelvinih), N_A - konstantno Avogadro (ustreza enemu molu snovi ali približno 10²³ molekule), a je približni povprečni polmer delcev, xi- dinamična viskoznost tekočine ali raztopine.

In že leta 1908 je francoski fizik Jean Perrin in njegovi študenti eksperimentalno dokazali pravilnost Einsteinovih izračunov.

En delec na bojevem polju

Zgoraj smo opisali skupni učinek medija na številnih delcih. Toda tudi en tuji element v tekočini lahko daje nekaj pravilnosti in odvisnosti. Na primer, če dalj časa opazujete browni delec, lahko popravite vse njene premike. In iz tega kaosa bo harmoničen sistem. Povprečni napredek browniškega delca v eni smeri je sorazmeren s časom.

Pri poskusih na delcu v tekočini so bile rafinirane naslednje količine:

• Boltzmanova konstanta;
• številko Avogadro.

Poleg linearnega gibanja za Brownovega delca je značilna tudi kaotična rotacija. Povprečni kotni premik je tudi sorazmeren času opazovanja.

Mere in oblike

Po taki obrazložitvi se lahko pojavi naravno vprašanje: zakaj ta učinek ni opazen pri velikih telesih? Ker je dolžina predmeta, potopljenega v tekočino, večja od določene vrednosti, potem se vsi ti naključni kolektivni "tresori" molekul pretvorijo v konstanten tlak, ker so povprečni. In splošna potisna sila Archimedesa že deluje na telesu. Tako se v vodo lebdi velik kos železa in kovinski prah.

Velikost delcev, za katero je zaznana fluktuacija tekočih molekul, ne sme presegati 5 mikrometrov. Kar se tiče objektov z velikimi dimenzijami, ta učinek tukaj ne bo opazen.