Ja sajaucat tinti vai krāsu ūdenī un pēc tam skatāties uz šo ūdeni mikroskopā, varat redzēt mazāko sodrēju vai krāsas daļiņu strauju kustību dažādos virzienos. Kas provocē šādas kustības?
Kas un kad atklāja
1827. gadā angļu biologs Roberts Brauns caur mikroskopu novēroja ūdens pilienu, kurā nejauši iekļuva neliels daudzums ziedputekšņu. Viņš redzēja, ka mazākās putekšņu daļiņas dejo, haotiski kustoties šķidrumā. Tātad tika atklāta šī zinātnieka vārdā nosauktā Brauna kustība - šķidrumā vai gāzē izšķīdušo mazāko daļiņu kustība. Novērojot dažādus ziedputekšņu veidus savā kolekcijā, biologs izšķīdināja pulverveida minerālus ūdenī.
Rezultātā Brauns pārliecinājās, ka šādu haotisku kustību izraisījis nevis pats šķidrums un nevis ārējā ietekme uz šķidrumu, bet gan tieši mazākās daļiņas iekšējā kustība. Šo daļiņu pēc analoģijas ar novēroto kustību sauca par "Brauna daļiņu".
Teorijas attīstība, tās sekotāji
Vēlāk Brauna atklājumu, pamatojoties uz molekulārās kinētikas teoriju, apstiprināja, paplašināja un precizēja A. Einšteins un M. Smoluhovskis. Un franču fiziķis Perins divdesmit gadus vēlāk, pateicoties mikroskopu uzlabošanai Brauna daļiņas nejaušās kustības izpētes procesā, apstiprināja īstu molekulu esamību. Brauna kustības novērošana ļāva Perinam aprēķināt molekulu skaitu 1 molā jebkuras gāzes un iegūt barometrisko formulu.
Brauna daļiņas kustības atklāšana kalpoja par pierādījumu daudz mazāku, pat mikroskopā neredzamu daļiņu - šķidruma un jebkuras citas vielas molekulu - eksistencei. Tieši molekulas ar to pastāvīgo kustību liek kustēties ziedputekšņu, kvēpu vai krāsas daļiņām.
Definīcija un izmērs
Ja paskatās caur mikroskopu uz ūdenī suspendētām liemeņa daļiņām, pamanīsit, ka dažāda izmēra graudi uzvedas atšķirīgi. Salīdzinoši apjomīgas daļiņas, kas noteiktā laika periodā piedzīvo vienādu triecienu skaitu no visām pusēm, nesāk kustēties. Un mazas daļiņas vienā laika intervālā saņem vienpusējus nekompensētus triecienus, nospiežot tās uz sāniem un pārvietojoties.
Kāds ir Brauna daļiņas izmērs, kas pakļauts molekulām? Ir empīriski pierādīts, ka citoplazmas ziedputekšņu graudi nav lielāki par 3 mikrometriem (µm) vai 10-6 metriem, vai 10-3milimetrs. Lielākas daļiņas nekļūst par Brauna atklātās pastāvīgās kustības dalībniekiem.
Tātad, atbildēsim uz jautājumu "kas ir Brauna daļiņa". Tie ir mazākie vielas graudi, kuru izmērs nepārsniedz 3 mikronus, kas ir suspendēti šķidrumā vai gāzē, veicot pastāvīgu haotisku kustību tās vides molekulu ietekmē, kurā tie atrodas.
Molekulārā kinētiskā teorija
Brauna kustība neapstājas, nepalēninās laikā. Tas izskaidro molekulārās kinētiskās teorijas koncepciju, kas saka, ka jebkuras vielas molekulas atrodas pastāvīgā termiskā kustībā. Paaugstinoties vides temperatūrai, palielinās molekulu kustības ātrums, un attiecīgi paātrinās arī Brauna daļiņa, kas ir pakļauta molekulārai ietekmei.
Papildus vielas temperatūrai Brauna kustības ātrums ir atkarīgs arī no vides viskozitātes un suspendētās daļiņas lieluma. Kustība sasniegs maksimālo ātrumu, kad daļiņu ieskaujošās vielas temperatūra būs augsta, pati viela nebūs viskoza un putekļu daļiņas būs vismazākās.
Vielas molekulas, kurās atrodas mazākās daļiņas, nejauši saduroties, pieliek rezultējošu spēku (izraisa grūdienu), izraisot putekšņu kustības virziena maiņu. Taču šādas svārstības ir ļoti īsas laikā, un gandrīz uzreiz mainās pieliktā spēka virziens, kas noved pie kustības virziena maiņas.
Vienkāršākais un skaidrākais piemērs, kas ļauj saprast, kas ir Brauna daļiņa, ir putekļu daļiņu kustība, kas redzama slīpā saules starā. 99-55 gados. BC e. senromiešu dzejnieks Lukrēcijs filozofiskajā poēmā "Par lietu būtību" precīzi izskaidroja neregulārās kustības cēloni.
Skatieties šeit: kad cauri nāk saules gaisma
Mūsu mājokļos, un tumsa ar saviem stariem ielaužas, Daudz mazu ķermeņu tukšumā, jūs redzēsiet mirgojošus
Skrienas šurpu un atpakaļ starojošā gaismas mirdzumā.
Vai no tā var saprast, cik nenogurstoši
Lietu sākums milzīgajā tukšumā ir nemierīgs.
Tātad par lieliskām lietām palīdziet saprast
Mazas lietas, kas iezīmē ceļu to izpratnei.
Turklāt tāpēc, ka jums ir jāpievērš uzmanība
Uz satricinājumu ķermeņos, kas mirgo saules gaismā
Ko jūs zināt no matērijas un kustības, Kas tajā notiek slepeni un slēpts.
Jo tur redzēsit, cik daudz putekļu daļiņu mainās
Ceļš no slēptajiem triecieniem un atkal lidot atpakaļ, Mūžīgi skrienot uz priekšu un atpakaļ visos virzienos.
Ilgi pirms modernās palielināšanas tehnoloģijas parādīšanās Lukrēcijs, novērojot Brauna redzētās kustības analogu, nonāca pie secinājuma, ka matērijas mazākās daļiņas pastāv. Brauns to apstiprināja, veicot vienu no svarīgākajiem zinātniskajiem atklājumiem.
