Brownovska čestica: koncept, veličina, kretanje

Ako promiješate tintu ili boju u vodi, a zatim pogledate ovu vodu pod mikroskopom, možete vidjeti brzo kretanje najmanjih čestica čađi ili boje u različitim smjerovima. Šta izaziva takve pokrete?

Ko je to otkrio i kada

Godine 1827. engleski biolog Robert Brown posmatrao je kap vode u mikroskopu, koji je slučajno dobio malu količinu polena cvijeća. Vidio je da najmanje čestice polena plešu, haotično se krećući u tečnosti. Tako je otkriveno Brownovo kretanje, nazvano po ovom naučniku – kretanje najmanjih čestica rastvorenih u tečnosti ili gasu. Nakon što je posmatrao različite vrste polena u svojoj zbirci, biolog je rastvorio minerale u prahu u vodi.

Kao rezultat toga, Brown je bio uvjeren da takvo neuredno kretanje ni na koji način nije uzrokovano samom tečnošću, a ne uticajem na tečnost izvana, već direktno unutrašnjim kretanjem najmanje čestice. Ova čestica, po analogiji sa posmatranim kretanjem, nazvana je "Brownova čestica".

Razvoj teorije, njeni sljedbenici

U budućnosti, Braunovo otkriće je potvrđeno, prošireno i konkretizovano, na osnovu molekularne kinetičke teorije, i. Einstein I M. Smolukhovsky. A francuski fizičar Perrin, dvadeset godina kasnije, zahvaljujući poboljšanju mikroskopa u procesu proučavanja nasumičnog kretanja Brownove čestice, potvrdio je postojanje samih molekula. Posmatranje Brownovog kretanja omogućilo je Perrinu da izračuna broj molekula u 1 molu bilo kojeg plina i izvede barometrijsku formulu.

Otkriće kretanja Brownove čestice poslužilo je kao dokaz postojanja mnogo manjih čestica, koje nisu vidljive čak ni pod mikroskopom – molekula tečnosti i bilo koje druge supstance. Molekuli uzrokuju kretanje polena, čađi ili čestica boje svojim stalnim kretanjem.

Definicija i veličina

Ako mikroskopom pogledate čestice trupa suspendirane u vodi, primijetit ćete da se zrna različitih veličina ponašaju drugačije. Relativno voluminozne čestice, koje doživljavaju isti broj šokova sa svih strana u određenom vremenskom periodu, ne počinju da se kreću. I male čestice u istom vremenskom intervalu primaju jednostrane nekompenzirane uticaje koji ih guraju u stranu i kreću se.

Koja je veličina Brownove čestice izložene molekulima? Eksperimentalno je dokazano da zrna citoplazmatskog polena veličine ne više od 3 mikrometra (mikrona) ili 10^-6 metara, ili 10^-3 unit-format. Veće čestice ne postaju učesnici u stalnom kretanju koje otkriva Brown.

Dakle, odgovorimo na pitanje "šta je Brownova čestica". To su najmanja zrna supstance veličine ne veće od 3 mikrona, suspendovana u tečnosti ili gasu, čineći stalno kaotično kretanje pod uticajem molekula medija u kojem se nalaze.

Teorija molekularne kinetike

Brownovo kretanje ne prestaje, ne usporava na vrijeme. Ovo objašnjava koncept molekularno kinetičke teorije, koja kaže da su molekuli bilo koje supstance u stalnom toplotnom kretanju. Sa povećanjem temperature medija, brzina kretanja molekula se povećava, respektivno, Brownovska čestica koju pogađaju molekuli ubrzava.

Pored temperature supstance, brzina Brownovog kretanja zavisi i od viskoziteta medija i veličine suspendovane čestice. Maksimalna brzina kretanja će dostići u slučaju kada postoji visoka temperatura supstance koja okružuje čestice, sama supstanca neće biti viskozna, a čestice prašine će biti najmanje veličine.

Molekuli supstance u kojoj se nalaze najmanje čestice, nasumično se sudaraju, primenjuju rezultantnu silu (proizvode pritisak), uzrokujući promenu pravca kretanja polena. Ali takve fluktuacije su veoma kratke u vremenu, a skoro odmah se menja smer primenjene sile, što dovodi do promene smera kretanja.

Najjednostavniji i najilustrativniji primjer koji nam omogućava da shvatimo šta je Brownova čestica je kretanje čestica prašine vidljivih u kosom sunčevom zraku. Godine 99-55. PP n e. . , drevni rimski pjesnik Lukrecije precizno je objasnio razlog neurednog pokreta u filozofskoj pjesmi "o prirodi stvari".

Evo pogleda: kad god sunčeva svjetlost prodre

U naše domove i tama se probija svojim zracima,

Mnogo malih tijela u praznini, vidjet ćeš, treperi,

Jureći naprijed-nazad u blistavom sjaju svjetlosti.

Možete li iz ovoga shvatiti koliko neumoljivo

Počeci stvari u ogromnoj praznini su zgužvani.

Dakle, o velikim stvarima pomažu u razumijevanju

Male stvari, navodeći načine za njihovo razumijevanje.

Uostalom, moraš obratiti pažnju

O nemirima u tijelima koja trepere na suncu,

Šta iz toga naučite o materiji i kretanju,

Ono što se dešava u njemu je skriveno i skriveno od očiju.

Za ćete vidjeti tamo koliko prašine čestice promijeniti

Njihov put od skrivenih šokova i ponovo lete nazad,

Uvek trčite napred-nazad u svim pravcima.

Mnogo prije pojave moderne tehnologije uvećanja, Lukrecije je, posmatrajući analog kretanja koje je vidio Brown, došao do zaključka o postojanju najmanjih čestica materije. Brown je to potvrdio jednim od najvažnijih naučnih otkrića.