Brownova častica: koncept, veľkosť, pohyb

Ak rozmiešate atrament alebo farbu vo vode a potom sa pozriete na túto vodu pod mikroskopom, môžete vidieť rýchly pohyb najmenších častíc sadzí alebo farby v rôznych smeroch. Čo vyvoláva takéto pohyby?

Kto to objavil a kedy

V roku 1827 anglický biológ Robert Brown pozoroval kvapku vody v mikroskope, ktorý náhodou dostal malé množstvo kvetného peľu. Videl, že najmenšie častice peľu tancujú a chaoticky sa pohybujú v tekutine. Takto bol objavený Brownov pohyb pomenovaný po tomto vedcovi – pohyb najmenších častíc rozpustených v kvapaline alebo plyne. Po pozorovaní rôznych druhov peľu vo svojej zbierke biológ rozpustil práškové minerály vo vode.

Výsledkom bolo, že Brown bol presvedčený, že takýto neusporiadaný pohyb nebol v žiadnom prípade spôsobený samotnou kvapalinou a nie nárazom na kvapalinu zvonku, ale priamo vnútorným pohybom najmenšej častice. Táto častica sa analogicky s pozorovaným pohybom nazývala "Brownova častica".

Vývoj teórie, jej nasledovníkov

V budúcnosti bol Brownov objav potvrdený, rozšírený a konkretizovaný na základe molekulárnej kinetickej teórie a. Einstein a M. Smolukhovsky. A francúzsky fyzik Perrin o dvadsať rokov neskôr vďaka vylepšeniu mikroskopov v procese štúdia náhodného pohybu Brownovej častice potvrdil existenciu samotných molekúl. Pozorovanie Brownovho pohybu umožnilo Perrinovi vypočítať počet molekúl v 1 mole akéhokoľvek plynu a odvodiť barometrický vzorec.

Objav pohybu Brownovej častice slúžil ako dôkaz existencie oveľa menších častíc, ktoré nie sú viditeľné ani v mikroskope-molekuly kvapaliny a akejkoľvek inej látky. Sú to molekuly, ktoré spôsobujú, že sa peľ, sadze alebo častice farby pohybujú neustálym pohybom.

Definícia a veľkosť

Ak sa pozriete mikroskopom na častice jatočného tela suspendované vo vode, všimnete si, že zrná rôznych veľkostí sa správajú odlišne. Relatívne objemné častice, ktoré po určitú dobu zažívajú rovnaký počet otrasov zo všetkých strán, sa nezačnú pohybovať. A malé častice v rovnakom časovom intervale dostávajú jednostranné nekompenzované šoky, ktoré ich tlačia stranou a pohybujú sa.

Aká je veľkosť Brownovej častice vystavenej molekulám? Bolo experimentálne dokázané, že cytoplazmatické peľové zrná s veľkosťou najviac 3 mikrometre (mikróny) alebo^-10.6 do pohybu sa dostanú metre alebo 10,3 milimetra^- . Väčšie častice sa nestávajú účastníkmi neustáleho pohybu detekovaného Brownom.

Takže odpovedzme na otázku ". Čo je Brownova častica?". Jedná sa o najmenšie zrná látky s veľkosťou nie väčšou ako 3 mikróny, suspendované v kvapaline alebo plyne, ktoré spôsobujú konštantný chaotický pohyb pod vplyvom molekúl média, v ktorom sú umiestnené.

Molekulárna kinetická teória

Brownov pohyb sa nezastaví, nespomalí sa v čase. To vysvetľuje koncept molekulárnej kinetickej teórie, ktorá hovorí, že molekuly akejkoľvek látky sú v neustálom tepelnom pohybe. So zvyšujúcou sa teplotou média sa zvyšuje rýchlosť pohybu molekúl, respektíve Brownova častica zasiahnutá molekulami sa zrýchľuje.

Okrem teploty látky závisí rýchlosť Brownovho pohybu aj od viskozity média a veľkosti suspendovanej častice. Maximálna rýchlosť pohybu dosiahne v prípade vysokej teploty látky obklopujúcej častice, samotná látka nebude viskózna a prachové častice budú mať najmenšiu veľkosť.

Molekuly látky, v ktorej sú umiestnené najmenšie častice, náhodne sa zrážajú, pôsobia výslednou silou (vytvárajú tlak), čo spôsobuje zmenu smeru pohybu peľu. Takéto výkyvy sú však veľmi krátke a takmer okamžite sa mení smer aplikovanej sily, čo vedie k zmene smeru pohybu.

Najjednoduchším a naj ilustratívnejším príkladom, ktorý nám umožňuje pochopiť, čo je Brownova častica, je pohyb prachových častíc viditeľných v šikmom slnečnom lúči. V rokoch 99-55. BC. . , staroveký rímsky básnik Lucretius presne vysvetlil dôvod neusporiadaného pohybu vo filozofickej básni"o povahe vecí".

Tu je pohľad: kedykoľvek prenikne slnečné svetlo

Do našich domovov a tma pretína svojimi lúčmi,

Veľa malých tiel v prázdnote, uvidíte, blikajúce,

Rúti sa tam a späť v žiarivej žiare svetla.

Môžete z toho pochopiť, ako neúprosne

Originály vecí v obrovskej prázdnote sú pokrčené.

Takže o veľkých veciach pomáhajú pochopiť

Malé veci, načrtávajúce spôsoby ich pochopenia.

Okrem toho, pretože musíte venovať pozornosť

Na zmätku v telách blikajúcich na slnečnom svetle,

Čo sa z toho naučíte o hmote a pohybe,

To, čo sa v ňom deje, je skryté a skryté pred zrakom.

Uvidíte tam, koľko prachových zrniek sa zmení

Ich cesta zo skrytých šokov a letieť späť,

Vždy beží tam a späť vo všetkých smeroch.

Dlho pred príchodom modernej zväčšovacej technológie Lucretius, pozorujúci analóg pohybu, ktorý videl Brown, dospel k záveru o existencii najmenších častíc hmoty. Brown to potvrdil tým, že urobil jeden z najdôležitejších vedeckých objavov.