БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
непрерывное хаотичное движение микроскопических частиц, взвешенных в газе или жидкости, обусловленное тепловым движением молекул окружающей среды. Это явление впервые было описано в 1827 шотландским ботаником Р.Броуном, исследовавшим под микроскопом пыльцу растений в воде, но, по-видимому, еще раньше его наблюдали натуралисты Ж.Бюффон и Л.Спилланцани. Впрочем, они полагали, что имеют дело с движением микроорганизмов. Броуновское движение можно наблюдать и в воздухе, если навести микроскоп на частицы дыма в маленькой, освещаемой сбоку камере.
Последующие опыты показали, что данный эффект не связан ни с микроорганизмами, ни с конвекционными потоками, которые могли бы возникать в среде при ее нагревании светом, и в 1877 было высказано предположение, что частицы хаотически движутся, потому что их "бомбардируют" молекулы жидкости или газа. Идея о том, что газы и жидкости состоят из быстро движущихся молекул, обсуждалась учеными на протяжении предшествующих 200 лет, а представление об атомном строении вещества восходит еще к ионийским философам 5 в. до н.э., однако броуновское движение стало первым наглядным экспериментальным подтверждением правильности этих воззрений.
Полное молекулярно-статистическое истолкование броуновского движения было дано лишь в 1905-1906 А.Эйнштейном и М.Смолуховским. Их теоретические выводы находились в прекрасном соответствии с экспериментальными фактами. Было показано, что средний квадрат проекций смещения частицы ?x2 на ось x пропорционален времени (закон Эйнштейна):
?x2 = 2Dt,
где D - коэффициент диффузии броуновской частицы. Для сферических частиц радиуса a он равен
D = RT/6?Na?,
где R - универсальная газовая постоянная, T - абсолютная температура, N - число Авогадро (т.е. число молекул в одном моле вещества), ? -вязкость среды. Соотношения Эйнштейна были экспериментально подтверждены измерениями французского физика Ж.Перрена и шведского физико-химика Т.Сведберга. С использованием этих соотношений по результатам опытов со взвешенными частицами известного радиуса было определено число Авогадро N, значение которого согласовывалось с данными других измерений, а из данных о скорости диффузии молекул в воде был оценен их радиус. Эти результаты были восприняты большинством авторитетных ученых как убедительные доказательства справедливости молекулярно-кинетической теории. См. также АТОМ; МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ; СТАТИСТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА.
|
