Αν αναμίξετε μελάνι ή μπογιά σε νερό και μετά κοιτάξετε αυτό το νερό κάτω από ένα μικροσκόπιο, μπορείτε να δείτε την ταχεία κίνηση των μικρότερων σωματιδίων αιθάλης ή χρώματος σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Τι προκαλεί τέτοιες κινήσεις;
Ποιος ανακάλυψε και πότε
Το 1827, ο Άγγλος βιολόγος Ρόμπερτ Μπράουν παρατήρησε μέσω μικροσκοπίου μια σταγόνα νερού, η οποία κατά λάθος πήρε μια μικρή ποσότητα γύρης. Είδε ότι τα μικρότερα σωματίδια γύρης χόρευαν κινούμενοι χαοτικά μέσα στο υγρό. Έτσι ανακαλύφθηκε το κίνημα Brownian που πήρε το όνομά του από αυτόν τον επιστήμονα - η κίνηση των μικρότερων σωματιδίων διαλυμένων σε υγρό ή αέριο. Αφού παρατήρησε τους διαφορετικούς τύπους γύρης στη συλλογή του, ο βιολόγος διέλυσε τα μεταλλικά στοιχεία σε σκόνη στο νερό.
Σαν αποτέλεσμα, ο Μπράουν ήταν πεπεισμένος ότι μια τέτοια χαοτική κίνηση δεν προκλήθηκε από το ίδιο το υγρό και όχι από εξωτερικές επιδράσεις στο υγρό, αλλά απευθείας από την εσωτερική κίνηση του μικρότερου σωματιδίου. Αυτό το σωματίδιο, κατ' αναλογία με την παρατηρούμενη κίνηση, ονομάστηκε "σωματίδιο Brownian".
Ανάπτυξη της θεωρίας, οι οπαδοί της
Αργότερα, η ανακάλυψη του Brown επιβεβαιώθηκε, επεκτάθηκε και προσδιορίστηκε, με βάση τη μοριακή κινητική θεωρία, από τους A. Einstein και M. Smoluchowski. Και ο Γάλλος φυσικός Perrin, είκοσι χρόνια αργότερα, χάρη στη βελτίωση των μικροσκοπίων στη διαδικασία μελέτης της τυχαίας κίνησης ενός σωματιδίου Brown, επιβεβαίωσε την ύπαρξη των κατάλληλων μορίων. Η παρατήρηση της κίνησης Brown επέτρεψε στον Perrin να υπολογίσει τον αριθμό των μορίων σε 1 mol οποιουδήποτε αερίου και να εξαγάγει τον βαρομετρικό τύπο.
Η ανακάλυψη της κίνησης ενός σωματιδίου Brown χρησίμευσε ως απόδειξη της ύπαρξης πολύ μικρότερων σωματιδίων, που δεν είναι καν ορατά σε μικροσκόπιο - μόρια ενός υγρού και οποιασδήποτε άλλης ουσίας. Είναι τα μόρια που, με τη συνεχή τους κίνηση, αναγκάζουν σωματίδια γύρης, αιθάλης ή μπογιάς να κινηθούν.
Ορισμός και μέγεθος
Αν κοιτάξετε τα σωματίδια του σφαγίου που αιωρούνται στο νερό μέσω μικροσκοπίου, θα παρατηρήσετε ότι οι κόκκοι διαφορετικών μεγεθών συμπεριφέρονται διαφορετικά. Σχετικά ογκώδη σωματίδια, που υφίστανται τον ίδιο αριθμό κραδασμών από όλες τις πλευρές σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο, δεν αρχίζουν να κινούνται. Και τα μικρά σωματίδια για το ίδιο χρονικό διάστημα δέχονται μονόπλευρες κρούσεις χωρίς αντιστάθμιση, σπρώχνοντάς τα στο πλάι και μετακινούνται.
Ποιο είναι το μέγεθος ενός σωματιδίου Brownian που εκτίθεται σε μόρια; Έχει αποδειχθεί εμπειρικά ότι κυτταροπλασματικοί κόκκοι γύρης όχι μεγαλύτεροι από 3 μικρόμετρα (μm), ή 10-6 μέτρα ή 10-3χιλιοστόμετρο. Τα μεγαλύτερα σωματίδια δεν συμμετέχουν στη συνεχή κίνηση που ανακάλυψε ο Μπράουν.
Λοιπόν, ας απαντήσουμε στην ερώτηση "τι είναι ένα σωματίδιο Brown". Πρόκειται για τους μικρότερους κόκκους μιας ουσίας με μέγεθος όχι μεγαλύτερο από 3 μικρά, οι οποίοι αιωρούνται σε υγρό ή αέριο, κάνοντας συνεχή χαοτική κίνηση υπό την επίδραση των μορίων του μέσου στο οποίο βρίσκονται.
Μοριακή Κινητική Θεωρία
Η κίνηση Brownian δεν σταματά, δεν επιβραδύνεται στο χρόνο. Αυτό εξηγεί την έννοια της μοριακής κινητικής θεωρίας, η οποία λέει ότι τα μόρια οποιασδήποτε ουσίας βρίσκονται σε συνεχή θερμική κίνηση. Με την αύξηση της θερμοκρασίας του μέσου, η ταχύτητα κίνησης των μορίων αυξάνεται και, κατά συνέπεια, το σωματίδιο Brown, το οποίο υπόκειται σε μοριακές κρούσεις, επιταχύνεται επίσης.
Εκτός από τη θερμοκρασία της ύλης, η ταχύτητα της κίνησης Brown εξαρτάται επίσης από το ιξώδες του μέσου και το μέγεθος του αιωρούμενου σωματιδίου. Η κίνηση θα φτάσει τη μέγιστη ταχύτητά της όταν η θερμοκρασία της ουσίας που περιβάλλει το σωματίδιο είναι υψηλή, η ίδια η ουσία δεν θα είναι παχύρρευστη και τα σωματίδια σκόνης θα είναι τα μικρότερα.
Μόρια μιας ουσίας στην οποία βρίσκονται τα μικρότερα σωματίδια, που συγκρούονται τυχαία, ασκούν μια προκύπτουσα δύναμη (παράγουν ώθηση), προκαλώντας αλλαγή στην κατεύθυνση της κίνησης της γύρης. Όμως τέτοιες διακυμάνσεις είναι πολύ σύντομες χρονικά και σχεδόν αμέσως η κατεύθυνση της ασκούμενης δύναμης αλλάζει, γεγονός που οδηγεί σε αλλαγή της κατεύθυνσης κίνησης.
Το απλούστερο και πιο ξεκάθαρο παράδειγμα που σας επιτρέπει να κατανοήσετε τι είναι ένα σωματίδιο Brownian είναι η κίνηση των σωματιδίων σκόνης, ορατά σε μια λοξή ηλιαχτίδα. Στα 99-55 χρόνια. προ ΧΡΙΣΤΟΥ μι. ο αρχαίος Ρωμαίος ποιητής Λουκρήτιος εξήγησε με ακρίβεια την αιτία της ακανόνιστης κίνησης στο φιλοσοφικό ποίημα "Περί της φύσης των πραγμάτων."
Κοιτάξτε εδώ: όποτε περνάει το φως του ήλιου
Μέσα στις κατοικίες μας και το σκοτάδι περνάει με τις ακτίνες του, Πολλά μικρά σώματα στο κενό, θα δείτε, να τρεμοπαίζουν, Οδεύοντας μπρος-πίσω με μια λαμπερή λάμψη φωτός.
Μπορείτε να καταλάβετε από αυτό πόσο ακούραστα
Η αρχή των πραγμάτων στο απέραντο κενό είναι ανήσυχη.
Έτσι για σπουδαία πράγματα βοηθήστε στην κατανόηση
Μικρά πράγματα, που σκιαγραφούν το μονοπάτι για την κατανόησή τους.
Εξάλλου, γιατί πρέπει να προσέξεις
Στην αναταραχή στα σώματα που τρεμοπαίζουν στο φως του ήλιου
Τι γνωρίζετε από την ύλη και την κίνηση, Τι συμβαίνει σε αυτό κρυφά και κρυφά.
Γιατί θα δείτε εκεί πόσα σωματίδια σκόνης αλλάζουν
Ο δρόμος από τα κρυφά σοκ και πέτα πάλι πίσω, Για πάντα μπρος-πίσω τρέχοντας προς όλες τις κατευθύνσεις.
Πολύ πριν από την εμφάνιση της σύγχρονης τεχνολογίας μεγεθυντικής ενέργειας, ο Λουκρήτιος, παρατηρώντας ένα ανάλογο της κίνησης που είδε ο Μπράουν, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι υπάρχουν τα μικρότερα σωματίδια ύλης. Ο Μπράουν το επιβεβαίωσε κάνοντας μια από τις πιο σημαντικές επιστημονικές ανακαλύψεις.
