Brownova částice: koncept, velikost, pohyb

Pokud mícháte řasenku nebo barvu ve vodě a pak se podíváte na tuto vodu pod mikroskopem, můžete vidět rychlý pohyb nejmenších částic sazí nebo barvy v různých směrech. Co vyvolává takové pohyby?

Kdo a kdy objevil

V roce 1827 pozoroval anglický biolog Robert Broun v mikroskopu kapku vody, do které omylem vniklo malé množství květinového pylu. Viděl, že nejmenší částice pylu se plazí a pohybují se chaoticky v kapalině. Tak byl objeven Brownův pohyb pojmenovaný po tomto vědci-pohyb nejmenších částic rozpuštěných v kapalině nebo plynu. Poté, co biolog pozoroval různé druhy pylu ve své sbírce, rozpustil ve vodě práškové minerály.

V důsledku toho byl Broun přesvědčen, že takový neuspořádaný pohyb není způsoben samotnou kapalinou a ne účinkem na kapalinu zvenčí, ale přímo vnitřním pohybem nejmenší částice. Tato částice, analogicky k pozorovanému pohybu, se nazývá "Brownova částice".

Vývoj teorie, její následovníci

V budoucnu byl objev Brouna potvrzen, rozšířen a konkretizován na základě molekulárně kinetické teorie a. Einstein a M. Smolukhovsky. A francouzský fyzik Perrin po dvaceti letech díky zdokonalení mikroskopů v procesu studia neuspořádaného pohybu Brownovy částice potvrdil existenci vlastních molekul. Pozorování Brownova pohybu umožnilo Perrinovi vypočítat počet molekul na 1 mol jakéhokoli plynu a odvodit barometrický vzorec.

Objev pohybu Brownovy částice sloužil jako důkaz existence mnohem menších částic, které nejsou viditelné ani v mikroskopu-molekul kapaliny a jakékoli jiné látky. Jsou to molekuly, které svým neustálým pohybem způsobují pohyb částic pylu, sazí nebo barvy.

Definice a velikost

Při pohledu do mikroskopu na částice řasenky suspendované ve vodě si můžete všimnout, že zrna různých velikostí se chovají odlišně. Relativně objemové částice, které zažívají stejný počet tahů ze všech stran v určitém časovém období, se nezačnou pohybovat. A malé částice ve stejném časovém intervalu dostávají jednostranné nekompenzované údery, které je tlačí na stranu a pohybují se.

Jaká je velikost Brownovy částice vystavené molekulám? Empiricky se ukázalo, že cytoplazmatická pylová zrna, která nejsou větší než 3 mikrometry (µm) nebo 10, přicházejí do pohybu^-6 metr, nebo 10^-3 milimetr. Větší částice se nestávají účastníky neustálého pohybu detekovaného Brownem.

Odpovězme tedy na otázku "co je Brownova částice". Jedná se o nejmenší zrna látky, která nejsou větší než 3 µm, suspendovaná v kapalině nebo plynu, provádějící konstantní chaotický pohyb pod vlivem molekul média, ve kterém jsou.

Molekulární kinetická teorie

Brownův pohyb se nezastaví, v čase se nezpomaluje. To vysvětluje koncept molekulárně kinetické teorie, která říká, že molekuly jakékoli látky jsou v neustálém tepelném pohybu. Se zvyšující se teplotou média se zvyšuje rychlost pohybu molekul, respektive se zrychluje částice Brown, která je vystavena nárazům molekul.

Kromě teploty hmoty závisí rychlost Brownova pohybu také na viskozitě média a velikosti suspendované částice. Pohyb dosáhne maximální rychlosti, pokud je teplota okolní částice látky vysoká, samotná látka nebude viskózní a prachové částice budou nejmenší velikosti.

Molekuly látky, ve které jsou umístěny nejmenší částice, náhodně se srazí, aplikují výslednou sílu (produkují tlak), což způsobuje změnu směru pohybu pylu. Takové fluktuace jsou však v průběhu času velmi krátké a téměř okamžitě se změní směr aplikované síly, což vede ke změně směru pohybu.

Nejjednodušším a nejjasnějším příkladem, který umožňuje pochopit, co je Brownova částice, je pohyb prachových zrn viděný v šikmém slunečním světle. V letech 99-55. do n. e. starověký římský básník Lucretius zcela přesně vysvětlil důvod promiskuitního hnutí ve filozofické básni "o povaze věcí".

Zde je pohled: kdykoli sluneční světlo pronikne

Do našich obydlí a temnoty prořízne svými paprsky,

Spousta malých těl v prázdnotě, uvidíte, blikající,

Tam a zpět v zářivé záři světla.

Z toho si můžete vysvětlit, jak neúnavně

Původní věci v prázdnotě obrovské zmačkané.

Takže o velkých věcech pomáhá vytvořit koncept

Malé věci, které mapují způsoby, jak je pochopit.

Navíc, proto musíte věnovat pozornost

Na zmatku v tělech blikajících na slunci,

Co z toho poznáš ty hmoty jsou také pohyby,

Děje se v něm tajně a skrytě před pohledem.

Protože tam uvidíte, kolik prachu se mění

Cesta pryč od skrytých otřesů a opět odletět zpět,

Navždy tam a zpět běh ve všech směrech.

Dlouho před příchodem moderní zvětšovací techniky Lucretius, pozorující analogii pohybu viděného Brownem, dospěl k závěru o existenci nejmenších částic hmoty. Brown to potvrdil provedením jednoho z nejdůležitějších vědeckých objevů.