Particula browniană: concept, dimensiune, mișcare

Dacă amestecați cerneală sau vopsea în apă și apoi priviți apa la microscop, puteți vedea mișcarea rapidă a particulelor mici de funingine sau vopsea în diferite direcții. Ce provoacă aceste mișcări?

Cine a descoperit-o și când

În 1827, biologul englez Robert Broun a observat la microscop o picătură de apă în care căzuse din greșeală o cantitate mică de polen de floare. A văzut cele mai mici particule de polen dansând, mișcându-se haotic în lichidul. Așa a fost descoperită mișcarea browniană, adică mișcarea particulelor minuscule dizolvate într-un lichid sau gaz. După ce a observat diferitele specii de polen din colecția sa, biologul a dizolvat în apă mineralele pe care le măcinase în pulbere.

Ca urmare, Braun a fost convins că o astfel de mișcare dezordonată nu este în nici un fel cauzată de lichidul în sine și nici de acțiunea asupra lichidului din exterior, ci direct de mișcarea internă a celei mai mici particule. Această particulă a fost numită "particula browniană", prin analogie cu mișcarea observată.

Dezvoltarea teoriei, adepții săi

Descoperirea lui Brown a fost ulterior confirmată, extinsă și rafinată, pe baza teoriei cinetice moleculare, de către A. Einstein și M. Smoluchowski. Iar fizicianul francez Perrin, douăzeci de ani mai târziu, datorită îmbunătățirii microscoapelor, a confirmat existența moleculelor propriu-zise în procesul de examinare a mișcării dezordonate a particulelor Brownian. Observarea mișcării browniane i-a permis lui Perrin să calculeze numărul de molecule dintr-un mol de orice gaz și să obțină formula barometrică.

Descoperirea mișcării browniane a servit drept dovadă a existenței unor particule mult mai mici, care nu sunt vizibile nici măcar la microscop, cum ar fi moleculele de lichid sau orice altă substanță. Moleculele sunt cele care fac ca particulele de polen, funingine sau vopsea să se deplaseze în mișcarea lor constantă.

Definiție și dimensiune

Dacă priviți la microscop o particulă suspendată în apă, veți observa că particulele de diferite dimensiuni se comportă diferit. Particulele relativ masive care se confruntă pe parcursul unei anumite perioade de timp cu același număr de șocuri din toate părțile nu încep să se miște. Iar particulele mici din același interval de timp primesc un șoc unilateral necompensat, care le împinge în lateral, și se deplasează.

Care este dimensiunea unei particule Brownian expuse la molecule? S-a dovedit științific că boabele citoplasmatice ale polenului de până la 3 micrometri (µm), sau 10^-6 metru, sau 10^-3 milimetru. Particulele de dimensiuni mai mari nu devin un participant la mișcarea browniană descoperită.

Așadar, să răspundem la întrebare "Ce este o particulă browniană?". Acestea sunt cele mai mici granule de materie, cu o dimensiune de cel mult 3 microni, care sunt suspendate într-un lichid sau gaz și se mișcă haotic sub influența moleculelor mediului în care se află.

Teoria cinetică moleculară

Mișcarea browniană nu se oprește, nu încetinește în timp. Acest lucru se explică prin conceptul de teorie molecular-cinematică, care afirmă că moleculele oricărei substanțe se află într-o mișcare termică continuă. Pe măsură ce temperatura mediului crește, viteza moleculelor va crește și, prin urmare, mișcarea browniană care este supusă impactului moleculelor va accelera și ea.

Pe lângă temperatura materiei, viteza mișcării browniane depinde și de vâscozitatea mediului și de mărimea particulelor în suspensie. Viteza maximă a mișcării va fi atinsă atunci când temperatura mediului care înconjoară particulele va fi ridicată, mediul în sine nu va fi vâscos, iar particulele de praf vor fi de cea mai mică dimensiune.

Moleculele unei substanțe care conține cele mai mici particule se ciocnesc la întâmplare, exercitând o forță de echilibru (produc o zguduială) care determină o schimbare a direcției polenului. Dar astfel de fluctuații sunt foarte scurte în timp și, aproape imediat, direcția forței aplicate se schimbă, provocând o schimbare de direcție.

Cel mai simplu și mai evident exemplu pentru a înțelege ce este o particulă browniană este mișcarea particulelor de praf văzute într-o rază de soare înclinată. În 99-55. până la n. э. poetul roman antic Lucrețiu a explicat foarte precis cauza mișcării dezordonate în poemul său filosofic Despre natura lucrurilor.

Uitați-vă la asta: ori de câte ori lumina soarelui pătrunde

În locuințele noastre și întunericul taie prin razele sale,

Mulțimea de corpuri mici în gol, veți vedea, pâlpâind,

Fluturând înainte și înapoi în strălucirea radiantă a luminii.

Poți vedea din asta cât de neobosit

Începuturile lucrurilor în imensul gol al imensității lumii.

Așa pot fi înțelese lucrurile mari

Lucruri mărunte, trasând calea spre înțelegerea lor.

În plus, de aceea trebuie să fii atent..

Pe tumultul trupurilor care pâlpâie în lumina soarelui,

Că din ea înveți materie și mișcare,

Lucrurile care se întâmplă în ea în secret și ascunse de ochii lumii.

Căci acolo veți vedea cât de mult praf se schimbă

Drumul lor din împunsături ascunse și din nou zboară înapoi,

Alergând veșnic înainte și înapoi în toate direcțiile.

Cu mult înainte de apariția tehnologiei moderne de mărire, Lucretius, observând analogia mișcării văzute de Broun, a ajuns la concluzia că existența particulelor minuscule de materie. Broughton a confirmat acest lucru făcând una dintre cele mai importante descoperiri științifice.