Броуновское движение

В VI классе вы познакомились с диффузией – перемешиванием газов, жидкостей и твердых тел при непосредственном контакте. Это явление можно объяснить беспорядочным движением молекул. Но самое очевидное доказательство движения молекул можно получить, наблюдая в микроскоп мельчайшие взвешенные в воде частицы какого-либо твердого вещества. Эти частицы совершают беспорядочное движение, которое называют броуновским.

Броуновское движение – это тепловое движение взвешенных в жидкости (или газе) частиц.

Наблюдение броуновского движения. Английский ботаник Броун впервые наблюдал это явление в 1827 г., рассматривая в микроскоп взвешенные в воде споры плауна. Сейчас обычно используют частички краски гуммигут, нерастворимой в воде. Эти частички совершают хаотическое движение. Самым поразительным и непривычным является то, что это движение никогда не прекращается. Мы ведь привыкли к тому, что любое движущееся тело рано или поздно останавливается. Броуновское движение – тепловое движение, и оно не может прекратиться. С увеличением температуры интенсивность его растет. На рисунке 6 приведена схема движения броуновских частиц. Положения частиц, отмеченные точками, определены через равные промежутки времени – 30 с. Эти точки соединены прямыми линиями. В действительности траектории частиц гораздо сложнее.

В настоящее время понятие «броуновское движение» используется в более широком смысле. Так, например, броуновским движением является дрожание стрелок чувствительных измерительных приборов. Оно происходит из-за теплового движения атомов деталей приборов и окружающей среды.

Объяснение броуновского движения. Объяснение броуновского движения может быть дано только на основе молекулярно-кинетической теории. Причина броуновского движения частицы в том, что удары молекул в нее не компенсируют друг друга. На рисунке 7 схематически показано положение одной броуновской частицы и ближайших к ней молекул. При хаотическом движении молекул импульсы, передаваемые ими броуновской частице, например слева и справа, неодинаковы. Поэтому отлична от нуля результирующая сила давления, которая и вызывает изменение движения броуновской частицы.

Среднее давление имеет определенное значение как в газе, так и в жидкости. Но всегда происходят незначительные случайные отклонения от среднего. Чем меньше площадь тела, тем значительнее относительные изменения силы давления, действующей на данную площадь. Так, если площадка имеет размеры порядка нескольких диаметров молекулы, то действующая на нее сила меняется скачкообразно от нуля до некоторого значения при попадании молекулы в эту площадку.

Молекулярно-кинетическая теория броуновского движения была создана А. Эйнштейном в 1905 г. Построение теории броуновского движения и ее экспериментальное подтверждение французским физиком Ж Перреном окончательно завершили победу молекулярно-кинетической теории.