Fyzické jevy: Brownian pohyb

Fenomén objevu

Brownian pohyb je spojitý, konstantní chaotický pohyb částeček suspendovaných v kapalině (nebo plynu). Používalo se nyní jméno tohoto jevu na počest jeho objevitele - anglického botanisty R. Browna. V roce 1827 provedl experiment, v jehož důsledku byla objevena Brownian hnutí. Vědec také upozornil na to, že částice se nejen pohybují kolem životního prostředí, ale také se otáčejí kolem své osy. Vzhledem k tomu, že molekulární teorie struktury hmoty nebyla dosud stanovena, Brown nemohl plně analyzovat tento proces.

Moderní pohledy

V současné době se předpokládá, že Brownianův pohyb je způsoben kolizí částic suspendovaných v kapalině nebo plynu s molekulami látky, která je obklopuje. Ty jsou v neustálém pohybu, nazývané termální. Také způsobují chaotické pohyby částic, z nichž se každá látka skládá. Je důležité poznamenat, že s tímto jevem souvisí dva další: Brownian pohyb, který jsme popsali a difúze (pronikání částic jedné látky do druhé). Tyto procesy by měly být považovány za komplexní, jak vysvětlují navzájem. Kvůli kolizím s okolními molekulami jsou částice suspendované v médiu v neustálém pohybu, což je také chaotické. Náhodnost je vyjádřena v nestálosti, ve směru i rychlosti.

Z hlediska termodynamiky

Je známo, že se zvyšující se teplotou roste také rychlost Brownova pohybu. Tuto závislost lze snadno vysvětlit rovnicí pro popis průměru kinetické energie pohybující se částice: E = mv ² = 3kT / 2, kde m je hmotnost částic, v je rychlost částic, k je Boltzmannova konstanta a T je vnější teplota. Jak je vidět, čtvercová rychlost pohybu suspendovaných částic je přímo úměrná teplotě, a proto se zvyšuje teplota vnějšího prostředí, rychlost se zvyšuje. Všimněte si, že základním principem, na jehož základě je založen rovnice, je rovnost průměrné kinetické energie pohybující se částice a kinetická energie částic, které tvoří médium (tj. Kapalina nebo plyn, v němž je suspendována). Tato teorie byla formulována A. Einsteinem a M. Smoluchovskim přibližně současně nezávisle na sobě.

Pohyb Brownianských částic

Částice suspendované v kapalině nebo plynu se pohybují po cikcaku a postupně se pohybují od místa pohybu. Einstein a Smoluchovský znovu dospěli k závěru, že pro studium pohybu černých částic nejdůležitější hodnotou není ujetá vzdálenost nebo skutečná rychlost, ale její průměrné přesuny za určité časové období. Rovnice navrhovaná Einsteinem je následující: r ² = 6kTBt. V tomto vzorci r je průměrný posun suspendované částice, B je jeho pohyblivost (toto množství je naopak nepřímo závislé na viskozitě média a velikosti částic), t je čas. V důsledku toho je rychlost pohybu suspendovaných částic vyšší, tím nižší je viskozita média. Platnost rovnice experimentálně prokázala francouzský fyzik J. Perrin.