Fizičke pojave: Brownovo gibanje

Fenomen otkrića

Brownovo gibanje je kontinuirano, konstantno kaotično gibanje čestica suspendiranih u tekućini (ili plinu). Koristi se sada naziv fenomena u čast njegovog pronalazača - engleskog botaničara R. Browna. Godine 1827. proveo je eksperiment, zbog čega je otkriven Brownov pokret. Također, znanstvenik je skrenuo pozornost na činjenicu da čestice ne samo da se kreću okolinom, nego i rotiraju oko svoje osi. Budući da u to vrijeme molekularna teorija strukture materije još nije bila uspostavljena, Brown nije mogao u potpunosti analizirati proces.

Moderni pogledi

Trenutno se vjeruje da je Brownovo gibanje uzrokovano sudaranjem čestica suspendiranih u tekućini ili plinu s molekulama tvari koje ih okružuju. Potonji su u stalnom pokretu, nazvanom toplinska. Oni također uzrokuju kaotično kretanje čestica od kojih se svaka tvar sastoji. Važno je napomenuti da su s ovim fenomenom povezana još dva: Brownovsko gibanje koje smo opisali i difuzija (prodiranje čestica jedne tvari u drugu). Te procese treba razmatrati u složenom, kako oni objašnjavaju međusobno. Dakle, zbog sudara s okolnim molekulama, čestice suspendirane u mediju su u kontinuiranom pokretu, što je također kaotično. Slučajnost se izražava u nestalnosti, u smjeru i brzini.

U smislu termodinamike

Poznato je da se s povećanjem temperature povećava i brzina Brownovog gibanja. Ta se ovisnost lako objašnjava jednadžbom za opisivanje prosjeka kinetička energija pokretna čestica: E = mv ² = 3kT / 2, gdje je m masa čestica, v je brzina čestica, k je Boltzmannova konstanta, a T vanjska temperatura. Kao što možemo vidjeti, kvadrat brzine kretanja suspendirane čestice izravno je proporcionalan temperaturi, te se s porastom temperature vanjskog okruženja povećava brzina. Treba primijetiti da je osnovni princip na kojem se temelji jednadžba jednakost prosječne kinetičke energije pokretne čestice i kinetičke energije čestica koje čine medij (tj. Tekućinu ili plin u kojem je suspendiran). Ovu teoriju formulirali su A. Einstein i M. Smolukhovski otprilike u isto vrijeme neovisno jedan o drugom.

Kretanje Brownovih čestica

Čestice suspendirane u tekućini ili plinu kreću se cik-cak stazom i postupno se udaljavaju od točke gibanja. I opet su Einstein i Smolukhovsky došli do zaključka da za proučavanje gibanja Brownove čestice glavna vrijednost nije pređena udaljenost niti stvarna brzina, već njezino prosječno pomicanje u određenom vremenskom razdoblju. Jednadžba koju je predložio Einstein je sljedeća: r ² = 6kTBt. U ovoj formuli, r je prosječan pomak suspendirane čestice, B je njegova pokretljivost (ta količina je pak obrnuto povezana s viskoznošću medija i veličine čestica), t je vrijeme. Zbog toga je brzina kretanja suspendirane čestice veća, što je manja viskoznost medija. Valjanost jednadžbe eksperimentalno je dokazala francuska fizičarka J. Perrin.