Kui segate tinti või värvi vees ja seejärel vaatate seda vett mikroskoobi all, näete väikseimate tahma- või värviosakeste kiiret liikumist erinevates suundades. Mis selliseid liigutusi kutsub?
Kes ja millal avastas
1827. aastal jälgis inglise bioloog Robert Brown läbi mikroskoobi veetilka, millesse sattus kogemata väike kogus õietolmu. Ta nägi, et väikseimad õietolmuosakesed tantsisid, liikudes vedelikus kaootiliselt. Nii avastati selle teadlase järgi nimetatud Browni liikumine – vedelikus või gaasis lahustunud väikseimate osakeste liikumine. Pärast seda, kui bioloog oli vaadelnud oma kollektsioonis erinevaid õietolmu liike, lahustas bioloog pulbrilised mineraalid vees.
Selle tulemusena oli Brown veendunud, et sellist kaootilist liikumist ei põhjustanud vedelik ise ja mitte vedeliku välismõjud, vaid otseselt väikseima osakese sisemine liikumine. Seda osakest nimetati analoogselt vaadeldud liikumisega "Browni osakeseks".
Teooria areng, selle järgijad
Hiljem kinnitasid, laiendasid ja täpsustasid Browni avastust molekulaarkineetilisele teooriale tuginedes A. Einstein ja M. Smoluchowski. Ja prantsuse füüsik Perrin kinnitas kakskümmend aastat hiljem, tänu mikroskoopide täiustamisele Browni osakeste juhusliku liikumise uurimisel, tõeliste molekulide olemasolu. Browni liikumise jälgimine võimaldas Perrinil arvutada molekulide arvu 1 moolis mis tahes gaasis ja tuletada baromeetrilise valemi.
Browni osakese liikumise avastamine tõestas palju väiksemate osakeste olemasolu, mis pole isegi mikroskoobis nähtavad – vedeliku ja mis tahes muu aine molekulid. Just molekulid sunnivad oma pideva liikumisega õietolmu, tahma või värvi osakesi liikuma.
Definitsioon ja suurus
Kui vaatate mikroskoobi kaudu vees hõljuvaid rümba osakesi, märkate, et erineva suurusega terad käituvad erinev alt. Suhteliselt mahukad osakesed, mis kogevad teatud aja jooksul sama arvu lööke igast küljest, ei hakka liikuma. Ja väikesed osakesed saavad sama ajavahemiku jooksul ühepoolse kompenseerimata löögi, surudes need küljele ja liiguvad.
Mis on Browni osakese suurus, mis puutub kokku molekulidega? Empiiriliselt on tõestatud, et tsütoplasmaatilised õietolmu terad ei ole suuremad kui 3 mikromeetrit (µm) või 10-6 meetrit või 10-3millimeeter. Suuremad osakesed ei osale Browni avastatud pidevas liikumises.
Niisiis, vastame küsimusele "mis on Browni osake". Need on aine väikseimad terad, mille suurus ei ületa 3 mikronit ja mis hõljuvad vedelikus või gaasis, tekitades pidevat kaootilist liikumist keskkonna molekulide mõjul, milles nad asuvad.
Molekulaarkineetiline teooria
Browni liikumine ei peatu, ei aeglustu aja jooksul. See seletab molekulaarkineetilise teooria kontseptsiooni, mis ütleb, et mis tahes aine molekulid on pidevas soojusliikumises. Söötme temperatuuri tõusuga suureneb molekulide liikumiskiirus ja vastav alt sellele kiireneb ka Browni osake, mis on allutatud molekulaarsele mõjule.
Lisaks aine temperatuurile sõltub Browni liikumise kiirus ka keskkonna viskoossusest ja hõljuva osakese suurusest. Liikumine saavutab maksimaalse kiiruse, kui osakest ümbritseva aine temperatuur on kõrge, aine ise ei ole viskoosne ja tolmuosakesed on kõige väiksemad.
Aine molekulid, milles asuvad väikseimad osakesed, juhuslikult põrkuvad, rakendavad resultantjõudu (tekitavad tõuke), põhjustades õietolmu liikumise suuna muutumise. Kuid sellised kõikumised on ajaliselt väga lühikesed ja peaaegu kohe muutub rakendatava jõu suund, mis viib liikumissuuna muutumiseni.
Lihtsaim ja selgeim näide, mis võimaldab teil mõista, mis on Browni osake, on tolmuosakeste liikumine, mis on nähtav kaldus päikesekiires. Aastal 99-55 aastat. eKr e. Vana-Rooma poeet Lucretius selgitas filosoofilises poeemis "Asjade olemusest" täpselt ebaühtlase liikumise põhjust.
Vaata siia: kui päikesevalgus läbib
Meie eluruumidesse ja pimedus lõikab oma kiirtega läbi, Palju väikseid kehasid tühjuses, näete, värelevad, Tormates edasi-tagasi kiirgavas valguses.
Kas saate sellest aru, kui väsimatult
Asjade algus tohutus tühjuses on rahutu.
Nii et suurtest asjadest aitab mõista
Väiksed asjad, mis kirjeldavad nende mõistmise teed.
Pealegi, kuna peate tähelepanu pöörama
Päikesevalguses värelevate kehade segaduseni
Mida sa tead sellest mateeriast ja liikumisest, Mis selles salaja ja silma eest varjatult toimub.
Sest näete seal, kui palju tolmuosakesi muutub
Tee varjatud põrutuste eest ja lennata uuesti tagasi, Igavesti edasi-tagasi jooksmine igas suunas.
Kaua enne moodsa suurendustehnoloogia tulekut jõudis Lucretius Browni nähtud liikumise analoogi jälgides järeldusele, et aine väikseimad osakesed on olemas. Brown kinnitas seda, tehes ühe kõige olulisema teadusliku avastuse.
