Браунова частица: понятие, размер, движение

Ако смесите мастило или боя във вода и след това погледнете водата под микроскоп, можете да видите бързото движение на най-малките частици сажди или боя в различни посоки. Какво предизвиква тези движения??

Кой и кога го е открил

През 1827 г. английският биолог Робърт Брун наблюдава с микроскоп капка вода, в която случайно е попаднало малко количество цветен прашец. Видя как малките частици прашец танцуват наоколо, движейки се хаотично в течността. Така е открито Брауновото движение, което представлява движението на най-малките частици, разтворени в течност или газ. След като наблюдава различните видове цветен прашец в колекцията си, биологът разтваря прахообразните минерали във вода.

В крайна сметка Брун е убеден, че това неорганизирано движение по никакъв начин не се дължи на самата течност или на външно въздействие върху нея, а директно на вътрешното движение на най-малката частица. Тази частица, по аналогия с наблюдаваното движение, е наречена "Браунова частица".

Развитие на теорията, нейните последователи

По-късно откритието на Браун е потвърдено, разширено и усъвършенствано въз основа на молекулярно-кинетичната теория от А. Айнщайн и М. Smoluchowski. А френският физик Перин след двадесет години чрез усъвършенстването на микроскопите в процеса на изследване на хаотичното движение на Брауновата частица потвърждава съществуването на молекули. Наблюдението на Брауновото движение позволява на Перин да изчисли броя на молекулите в 1 мол от всеки газ и да изведе барометричната формула.

Откриването на Брауновото движение служи като доказателство за съществуването на много по-малки частици, които не се виждат дори под микроскоп - молекули на течности и всякакви други вещества. Молекулите са тези, които предизвикват движението на частици прашец, сажди или боя чрез постоянното си движение.

Определение и размер

Ако погледнем през микроскоп частици мастило, суспендирани във вода, ще забележим, че зрънцата с различен размер се държат различно. Сравнително големи частици, които изпитват еднакъв брой сътресения от всички страни за даден период от време, не започват да се движат. А малките частици в същия интервал от време получават едностранни некомпенсирани удари, които ги изтласкват настрани и се движат.

Какъв е размерът на Браунова частица, изложена на въздействието на молекули? Експериментално е доказано, че цитоплазмените поленови зърна с размери не повече от 3 микрометра (µm) или 10^-6 метра или 10^-3 милиметър. Частиците с по-голям размер не участват в постоянното движение, засечено от Браун.

И така, нека отговорим на въпроса "Какво е Браунова частица". МИГУП са малки зрънца материя с размер не по-голям от 3 микрона, които са суспендирани в течност или газ и се движат хаотично в постоянно състояние под въздействието на молекулите на средата, в която се намират.

Теория на молекулната кинетика

Брауновото движение нито спира, нито се забавя във времето. Това се обяснява с концепцията на молекулно-кинетичната теория, според която молекулите на всяко вещество се намират в непрекъснато топлинно движение. С повишаване на температурата на средата скоростта на молекулите се увеличава и следователно Брауновото движение на частиците, които са подложени на молекулярно въздействие, също става по-бързо.

В допълнение към температурата на средата Брауновото движение зависи от вискозитета на средата и размера на суспендираните частици. Движението ще достигне максималната си скорост, когато температурата на веществото, заобикалящо частиците, е висока, самото вещество не е вискозно и праховите частици са най-малки.

Молекулите на веществото, съдържащо най-малките частици, се сблъскват на случаен принцип и в резултат на това създават сила (импулс), която предизвиква промяна в посоката на движение на прашеца. Но тези колебания са много кратки във времето и почти веднага се променя посоката на приложената сила, което води до промяна на посоката.

Най-простият и нагледен пример, който ни позволява да разберем какво е Браунова частица, е движението на прахови частици, наблюдавани в наклонен слънчев лъч. В 99-55. до n. э. римският поет Лукреций обяснява много точно причината за безпорядъчното движение във философската си поема "За природата на нещата".

Вижте това: когато слънчевата светлина прониква

В нашите жилища и тъмнината прекъсва лъчите си,

Множество малки тела в празнотата, ще видите, проблясвайки,

Прелитайки напред-назад в сияйното сияние на светлината.

Виждате ли от това колко неуморно

В необятната пустота трептят наченки на неща.

Така могат да се разберат велики неща

Малките неща, начините да ги разбереш.

Освен това, затова трябва да обърнеш внимание

В суматохата на трептящите на слънчевата светлина тела,

че от него ще научите за материята и движението,

Това, което се случва в него, е тайно и скрито от погледа.

Защото там ще видите колко много прахови частици се променят

♪ От скритите тласъци и лети обратно ♪,

Вечно, тук и там, разпръснати във всички посоки.

Много преди появата на съвременното увеличително оборудване Лукреций, наблюдавайки аналогията на движението, наблюдавано от Брун, стига до заключението, че съществуването на най-малките частици материя. Брун потвърждава това, като прави едно от най-важните научни открития.