Броунівська частинка: поняття, розмір, рух

Якщо розмішати у воді туш або фарбу, а потім подивитися на цю воду під мікроскопом, то можна побачити швидке переміщення найдрібніших частинок сажі або фарби в різних напрямках. Що провокує такі переміщення?

Хто і коли виявив

У 1827 році англійський біолог Роберт Броун спостерігав в мікроскоп за краплею води, в яку випадково потрапила невелика кількість квіткового пилку. Він побачив, що найдрібніші частинки пилку пританцьовують, рухаючись хаотично в рідині. Так було відкрито назване ім`ям цього вченого Броунівський рух-рух найдрібніших частинок, розчинених в рідині або газі. Після спостереження за різними видами пилку, що були в його колекції, біолог розчиняв у воді перетерті в порошок мінерали.

В результаті Броун був переконаний, що таке безладне рух викликано ніяк не самою рідиною і не впливом на рідину ззовні, а безпосередньо внутрішнім рухом найдрібнішої частинки. Ця частинка за аналогією з спостережуваним рухом отримала назву " броунівська частка».

Розвиток теорії, її послідовники

Надалі відкриття Броуна підтвердили, розширили і конкретизували, грунтуючись на молекулярно-кінетичної теорії, А. Ейнштейн і М. Смолуховський. А французький фізик Перрен через двадцять років завдяки вдосконаленню мікроскопів в процесі вивчення безладного руху броунівської частинки підтвердив існування власне молекул. Спостереження за броунівським рухом дозволило Перрену прорахувати кількість молекул в 1 моль будь-якого газу і вивести барометричну формулу.

Відкриття руху броунівської частинки послужило доказом існування набагато дрібніших, не видимих навіть в мікроскоп частинок-молекул рідини і будь-якого іншого речовини. Саме молекули своїм постійним рухом змушують переміщатися частинки пилку, сажі або фарби.

Визначення та розмір

Якщо дивитися в мікроскоп на зважені у воді частинки туші, то можна помітити, що крупинки різного розміру поводяться по-різному. Щодо об`ємні частинки, відчуваючи за певний відрізок часу однакову кількість поштовхів з усіх боків, не починають рухатися. А малі частинки за такий же часовий інтервал отримують односторонні нескомпенсовані удари, що штовхають їх в сторону, і переміщаються.

Який же розмір броунівської частинки, що піддається впливу молекул? Дослідним шляхом доведено, що в рух приходять цитоплазматичні зерна пилку розміром не більше 3 мікрометрів (мкм), або 10^-6 метра, або 10^-3 міліметр. Частинки більшого розміру не стають учасниками виявленого Броуном постійного руху.

Отже, відповімо на питання "що таке броунівська частинка". Це найдрібніші зерна речовини розміром не більше 3 мкм, що знаходяться в підвішеному стані в рідині або газі, що здійснюють постійне хаотичне рух під впливом молекул того середовища, в якій вони знаходяться.

Молекулярно-кінетична теорія

Броунівський рух не припиняється, не сповільнюється в часі. Це пояснює концепція молекулярно-кінетичної теорії, що говорить про те, що молекули будь-якої речовини знаходяться в постійному тепловому русі. З підвищенням температури середовища швидкість руху молекул збільшується, відповідно прискорюється і броунівська частка, що піддається ударам молекул.

Крім температури речовини, швидкість броунівського руху залежить також від в`язкості середовища і розміру зваженої частинки. Максимальної швидкості рух досягне в тому випадку, коли буде висока температура навколишнього частинки речовини, сама речовина не буде в`язким, а порошинки будуть найменшого розміру.

Молекули речовини, в якому знаходяться найдрібніші частинки, випадковим чином стикаючись, прикладають рівнодіючу силу (виробляють поштовх), що викликає зміну напрямку руху пилку. Але такі флуктуації дуже нетривалі в часі, і практично відразу напрямок прикладається сили змінюється, що призводить до зміни напрямку руху.

Найпростішим і наочним прикладом, що дозволяє зрозуміти, що таке броунівська частка, є рух пилинок, видиме в косому сонячному промені. У 99-55 рр. до н. е. давньоримський поет Лукрецій абсолютно точно пояснив причину безладного руху у філософській поемі " про природу речей».

Ось подивіться: всякий раз, коли сонячне світло проникає

В наші оселі і морок прорізає своїми променями,

Безліч маленьких тіл в порожнечі, ти побачиш, миготячи,

Метушаться взад і вперед в променистому сяйві світла.

Можеш з цього ти усвідомити собі, як невпинно

Первісна речей в порожнечі неосяжної мятутся.

Так про великі речі допомагають скласти поняття

Малі речі, шляхи намічаючи для їх осягнення.

Крім того, тому звернути тобі треба увагу

На метушню в тілах, що миготять в сонячному світлі,

Що з неї пізнаєш ти матерії також руху,

Що відбуваються в ній потаємно і приховано від погляду.

Бо побачиш ти там, як багато пилинок міняють

Шлях свій від прихованих поштовхів і знову відлітають назад,

Вічно туди і сюди розбігаючись у всіх напрямках.

Задовго до появи сучасної збільшувальної техніки Лукрецій, спостерігаючи аналог побаченого Броуном руху, прийшов до висновку про існування найдрібніших частинок речовини. Броун підтвердив це, зробивши одне з найважливіших наукових відкриттів.