Каковы причины броуновского движения кратко
Обновлено: 17.05.2024
Причина броуновского движения - тепловое движение молекул. Движущиеся молекулы ударяются о мелкие частицы, заставляя их менять направление движения и скорость. В результате мы видим хаотичное движение мелких частиц, которое и называется броуновским. Следует отметить, что мелкими частицы являются только для наблюдателя, размеры частиц значительно превышают размеры самих молекул.
Как написать хороший ответ? Как написать хороший ответ?
- Написать правильный и достоверный ответ;
- Отвечать подробно и ясно, чтобы ответ принес наибольшую пользу;
- Писать грамотно, поскольку ответы без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок лучше воспринимаются.
Мореплаватель — имя существительное, употребляется в мужском роде. К нему может быть несколько синонимов.
1. Моряк. Старый моряк смотрел вдаль, думая о предстоящем опасном путешествии;
2. Аргонавт. На аргонавте были старые потертые штаны, а его рубашка пропиталась запахом моря и соли;
3. Мореход. Опытный мореход знал, что на этом месте погибло уже много кораблей, ведь под водой скрывались острые скалы;
4. Морской волк. Старый морской волк был рад, ведь ему предстояло отчалить в долгое плавание.
В 1828 году английский ботаник Роберт Броун, проверяя в действии только что полученный им усовершенствованный микроскоп обнаружил удивительное явление - самопроизвольное движение твердых частичек пыльцы внутри жидкости.
Надо отдать должное Броуну, он в силу своих возможностей достаточно полно исследовал это движение, чтобы установить то, что оно не останавливается (даже в течение тысячелетий). То что движутся похожим образом любые твердые частички, взвешенные в газе или жидкости. Но понять и объяснить причину Роберт Броун не смог.
Целая череда ученых маленькими шажочками подбиралась к раскрытию тайны явления.
Французский физик Гуи , проделал ряд опытов, убедивших всех в том, что причина броуновского движения была скрыта внутри самой жидкости и не связана с внешним воздействием. Опыты Гуи были прелюбопытными. Французский ученый исследовал движение сначала в лаборатории, расположенной на шумной улице, по которой проходили тяжелые конные экипажи. Настолько тяжелые, что столы в лаборатории дрожали. Затем он перенес свои опыты в изолированный подвал деревенского дома, чтобы исключить внешнее воздействие.
Оказалось, что толчки экипажей действую на всю каплю воды целиком и никак не влияют на броуновское движение в целом, что в лаборатории, что в подвале его характер оставался неизменным.
Большая заслуга Гуи в том, что он установил прямую зависимость интенсивности броуновского движения от температуры, чем выше температура жидкости, тем интенсивнее происходит движение частиц.
В 70-х годах 19 века бельгиец Карбонэль угадал причину броуновского движения. Вот, что он писал:
. микроскопические частицы вещества движутся потому, что они испытывают толчки со стороны невидимых молекул и атомов окружающей жидкости.
В 1881 году польский физик Бодашевский поставил еще одну значимую веху в изучении броуновского движения. Он открыл броуновское движение в газах. Для этого он при боковом освещении рассматривал частички табачного дыма и установил, что мельчайшие угольки табака движутся в точь-точь как микрочастицы в жидкости.
Дальше больше. Австрийский химик Жигмонди (Зигмонди) (Нобелевский лауреат по химии) изобретает ультрамикроскоп. В нем он смог пронаблюдать ничтожно малые (меньше 0,000 001 см) частицы золота и их движение в коллоидном растворе.
Опыты Жигмонди подтверждали догадку Карбонэля. Чем меньше частицы, тем легче молекулам сдвинуть их с места, тем с большими скоростями они движутся. Такие мелкие частицы двигались настолько быстро, что Жигмонди увидел лишь сплошное мелькание. Вот что он пишет.
Это какое-то непрерывное прыганье, пляска, скакание, столкновения и разлетания, так что трудно разобраться в этой путанице.
Швед Теодор Сведберг (Нобелевский лауреат по химии) приспособил к ультрамикроскопу фотографический затвор с освещением, чтобы можно было более ясно наблюдать картину движения. Опыты Сведберга подтвердили опыты Гуи. Начинался 20 век.
Чем выше была температура раствора, тем с большей частотой приходилось открывать и закрывать фотографический затвор.
Самые замечательные эксперименты провел французский физик Ж.Перрен. Но об этом в следующей статье.
Броуновским движением называется хаотическое и беспорядочное движение маленьких частиц, как правило, молекул в разных жидкостях или газах. Причиной возникновения броуновского движения является столкновение одних (более мелких частиц) с другими частицами (уже более крупными). Какая история открытия броуновского движения, его значение в физике, и в частности в атомно-молекулярной теории? Какие примеры броуновского движения есть в реальной жизни? Обо всем этом читайте далее в нашей статье.
Открытие
Наблюдение Броуна подтвердили и другие ученые. В частности было подмечено, что частицы имеют свойство ускоряться с увеличением температуры, а также с уменьшением размера самих частиц. А при увеличении вязкости среды, в которой они находились, их движение наоборот, замедлялось.
Роберт Броун, открыватель броуновского движения.
Это интересно: вы и сами можете наблюдать броуновское движение своими глазами, для этого вам понадобится не сильный микроскоп (ведь во время жизни Роберта Броуна еще не было мощных современных микроскопов). Если рассматривать через этот микроскоп, например, дым в зачерненной коробке и освещенный боковым лучом света, то можно будет увидеть маленькие кусочки сажи и пепла, которые будут непрерывно скакать туда-сюда. Это и есть броуновское движение.
Атомно-молекулярная теория
Открытое Броуном движение вскоре стало очень известным в научных кругах. Сам первооткрыватель с удовольствием показывал его многим своим коллегам. Однако долгие годы и сам Роберт Броун, ни его коллеги не могли объяснить причины возникновения броуновского движения, то почему оно вообще происходит. Тем более что броуновское движение было совершенно беспорядочным и не поддавалось никакой логике.
Его пояснение было дано лишь в конце ХIX века и оно не сразу было принято научным сообществом. В 1863 году немецкий математик Людвиг Кристиан Винер предположил, что броуновское движение обусловлено колебательными движениями неких невидимых атомов. По сути это было первое объяснение этого странного явления, связанное со свойствами атомов и молекул, первая попытка при помощи броуновского движения проникнуть в тайну строения материи. В частности Винер попытался измерить зависимость скорости движения частиц от их размера.
Впоследствии идеи Винера были развиты другими учеными, среди них был известный шотландский физик и химик Уильям Рамзай. Именно ему удалось доказать, что причиной броуновского движения мелких частиц являются удары на них еще более мелких частиц, которые в обычный микроскоп уже не видны, подобно тому, как не видны с берега волны качающие далекую лодку, хотя движение самой лодки видно вполне ясно.
Уильям Рамзай в своей лаборатории.
Таким образом броуновское движение стало одной из составных частей атомно-молекулярной теории и одновременно важным доказательством того факта, что вся материя, состоит из мельчайших частиц: атомов и молекул. В это трудно поверить, но еще в начале ХХ века часть ученых отрицала атомно-молекулярную теорию, и не верила в существование молекул и атомов. Научные работы Рамзая связанные с броуновским движением нанесли сокрушительный удар противникам атомизма, и заставили всех ученых окончательно убедиться, что вот смотрите сами, атомы и молекулы существуют, и их действие можно видеть собственным глазами.
Теория броуновского движения
Несмотря на внешний беспорядок хаотического движения частиц, их случайные перемещения все-таки попытались описать математическими формулами. Так родилась теория броуновского движения.
К слову, одним из тех, кто разрабатывал эту теорию, был польский физик и математик Мариан Смолуховский, который как раз в то время работал во Львовском университете и жил в родном городе автора этой статьи, в прекрасном украинском городе Львове.
Львовский университет, ныне университет им. И. Франка.
Параллельно с Смолуховским теорией броуновского движения занимался один из светочей мировой науки – знаменитый Альберт Эйнштейн, который в то время еще был молодым и никому известным работником в Патентном бюро швейцарского города Берна.
Оба ученых в результате создали свою теорию, которую можно также называть теорией Смолуховского-Эйнштейна. В частности была сформирована математическая формула, согласно нее среднее значение квадрата смещения броуновской частицы (s 2 ) за время t прямо пропорционально температуре Т и обратно пропорционально вязкости жидкости n, размеру частицы r и постоянной Авогадро.
NA: s 2 = 2RTt/6 ph rNA – так выглядит эта формула.
R в формуле – газовая постоянная. Так, если за 1 мин частица диаметром 1 мкм сместится на 10 мкм, то за 9 мин – на 10 = 30 мкм, за 25 мин – на 10= 50 мкм и т.д. В аналогичных условиях частица диаметром 0,25 мкм за те же отрезки времени (1, 9 и 25 мин) сместится соответственно на 20, 60 и 100 мкм, так как = 2. Важно, что в приведенную формулу входит постоянная Авогадро, которую таким образом, можно определить путем количественных измерений перемещения броуновской частицы, что и сделал французский физик Жан Батист Перрен.
Для наблюдений за броуновскими частицами Перрен использовал новейший на то время ультрамикроскоп, через который уже были видны мельчайшие частицы вещества. В своих опытах ученый, вооружившись секундомером, отмечал положения тех или иных броуновских частиц через равные интервалы времени (например, через 30 секунд). Затем соединяя положения частиц прямыми линями, получались разнообразные замысловатые траектории их движения. Все это зарисовывались на специальном разграфленном листе.
Так выглядели эти рисунки.
Составляя теоретическую формулу Эйнштейна со своими наблюдениями Перрен смог получить максимально точное для того времени значение числа Авогадро: 6,8 . 10 23
Своими опытами он подтвердил теоретические выводы Эйнштейна и Смолуховского.
Диффузия
Перемещения частиц при броуновском движении, внешне очень похоже с движением частиц при диффузии – взаимному проникновению молекул разных веществ под действием температуры. Тогда в чем же различие между броуновским движением и диффузией? В действительности, и диффузия и броуновское движение происходят по причине хаотического теплового движения молекул, и как результат описываются похожими математическими правилами.
Если же смотреть на микро уровне, то причиной движения броуновской частицы является ее столкновение с более мелкими частицами, в то время как при диффузии частицы сталкиваются с себе подобными другими частицами.
И диффузия и броуновское движение происходит под действием температуры. С уменьшением температуры, как скорость частиц при броуновском движении, так и скорость движения частиц при диффузии замедляются.
Примеры в реальной жизни
Теория броуновского движения, этих случайных блужданий имеет и практическое воплощение в нашей реальной жизни. Например, почему, человек, который заблудился в лесу, периодически возвращается на одно и то же место? Потому, что он ходит не кругами, а примерно так, как движется обычно броуновская частица. Поэтому свой собственный путь он пересекает сам много раз.
Поэтому, не имея четких ориентиров и направлений движения, заблудившийся человек уподобляется броуновской частице, совершающей хаотические движения. Но чтобы выйти из леса нужно иметь четкие ориентиры, разработать систему, вместо того, чтобы совершать разные бессмысленные действия. Одним словом, не стоит вести себя в жизни подобно броуновской частице, бросаясь из стороны в сторону, а знать свое направление, цель и призвание, иметь мечты, смелость и упорство их достигать. Вот так из физики мы плавно перешли к философии. На этом заканчиваем эту статью.
Броуновское движение — беспорядочное движение микроскопических видимых, плавающих в жидкости или газе частиц твёрдого вещества, вызываемое тепловым движением частиц жидкости или газа.
В 1827 году ботаник Роберт Броун наблюдал в микроскоп плавающие в воде частички цветочной пыльцы и обнаружил, что частицы пыльцы оживлённо и беспорядочно двигались, то вращаясь, то перемещаясь с места на место. Впоследствии оказалось, что подобное сложное зигзагообразное движение характерно для любых частиц малых размеров (1 мкм), взвешенных в газе или жидкости. Причина броуновского движения долго оставалась неясной. Лишь через 80 лет после обнаружения этого эффекта ему было дано объяснение:
хаотичное движение инородных частиц в жидкости объясняется неравномерными столкновениями постоянно движущихся молекул воды с данными частицами — частица полетит туда, куда её направит наибольший импульс столкновения.
Так как молекулы движутся хаотически, то броуновские частицы получают толчки с разных сторон, поэтому и совершают движение столь причудливой формы.
На анимации (рис. \(2\)) голубой круг обозначает частицу пыльцы, движение которой изучал Броун. Жёлтые точки — движущиеся молекулы воды. Одна молекула не может сдвинуть частицу. Множество молекул случайным образом сталкиваются с частицей с одной стороны. Импульс нескольких молекул воды отбрасывает частицу пыльцы. Через некоторое время такое явление повторяется в другом направлении.
Читайте также: