Бро́уновское движе́ние (брауновское движение), беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, под влиянием ударов молекул окружающей среды; открыто Р. Броуном.

* * *

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ - БРО́УНОВСКОЕ ДВИЖЕ́НИЕ (брауновское движение), беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды; открыто Р. Броуном (см. БРОУН Роберт (ботаник)) в 1827 г.

При наблюдении в микроскопе взвеси цветочной пыльцы в воде Броун наблюдал хаотичное движение частиц, возникающее «не от движения жидкости и не от ее испарения». Видимые только под микроскопом взвешенные частицы размером 1 мкм и менее совершали неупорядоченные независимые движения, описывая сложные зигзагообразные траектории. Броуновское движение не ослабевает со временем и не зависит от химических свойств среды, его интенсивность увеличивается с ростом температуры среды и с уменьшением ее вязкости и размеров частиц. Даже качественно объяснить причины броуновского движения удалось только через 50 лет, когда причину броуновского движения стали связывать с ударами молекул жидкости о поверхность взвешенной в ней частицы.

Первая количественная теория броуновского движения была дана А. Эйнштейном (см. ЭЙНШТЕЙН Альберт) и М. Смолуховским (см. СМОЛУХОВСКИЙ Мариан) в 1905-06 гг. на основе молекулярно-кинетической теории. Было показано, что случайные блуждания броуновских частиц связаны с их участием в тепловом движении наравне с молекулами той среды, в которой они взвешены. Частицы обладают в среднем такой же кинетической энергией, но из-за большей массы имеют меньшую скорость. Теория броуновского движения объясняет случайные движения частицы действием случайных сил со стороны молекул и сил трения. Согласно этой теории, молекулы жидкости или газа находятся в постоянном тепловом движении, причем импульсы различных молекул не одинаковы по величине и направлению. Если поверхность частицы, помещенной в такую среду, мала, как это имеет место для броуновской частицы, то удары, испытываемые частицей со стороны окружающих ее молекул, не будут точно компенсироваться. Поэтому в результате «бомбардировки» молекулами броуновская частица приходит в беспорядочное движение, меняя величину и направление своей скорости примерно 10¹⁴ раз в сек. Из этой теории следовало, что, измерив смещение частицы за определенное время и зная ее радиус и вязкость жидкости можно вычислить число Авогадро (см. АВОГАДРО ПОСТОЯННАЯ).

Выводы теории броуновского движения были подтверждены измерениями Ж. Перрена (см. ПЕРРЕН Жан Батист) и Т. Сведберга (см. СВЕДБЕРГ Теодор) в 1906 г. На основе этих соотношений были экспериментально определены постоянная Больцмана (см. БОЛЬЦМАНА ПОСТОЯННАЯ) и постоянная Авогадро.

При наблюдении броуновского движения фиксируется положение частицы через равные промежутки времени. Чем короче промежутки времени, тем более изломанной будет выглядеть траектория движения частицы.

Закономерности броуновского движения служат наглядным подтверждением фундаментальных положений молекулярно-кинетической теории. Было окончательно установлено, что тепловая форма движения материи обусловлена хаотическим движением атомов или молекул, из которых состоят макроскопические тела.

Теория броуновского движения сыграла важную роль в обосновании статистической механики, на ней основана кинетическая теория коагуляции водных растворов. Помимо этого, она имеет и практическое значение в метрологии, так как броуновское движение рассматривают как основной фактор, ограничивающий точность измерительных приборов. Например, предел точности показаний зеркального гальванометра определяется дрожанием зеркальца, подобно броуновской частице бомбардируемого молекулами воздуха. Законами броуновского движения определяется случайное движение электронов, вызывающее шумы в электрических цепях. Диэлектрические потери в диэлектриках объясняются случайными движениями молекул-диполей, составляющих диэлектрик. Случайные движения ионов в растворах электролитов увеличивают их электрическое сопротивление.

БРОУНОВСКОЕ движение (брауновское движение) - беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, под влиянием ударов молекул окружающей среды; открыто Р. Броуном.

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 Dx2 на ось x пропорционален времени (закон Эйнштейна): Dx2 = 2Dt, где D - коэффициент диффузии броуновской частицы. Для сферических частиц радиуса a он равен D = RT/6pNah, где R - универсальная газовая постоянная, T - абсолютная температура, N - число Авогадро (т.е. число молекул в одном моле вещества), h -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.

ЛИТЕРАТУРА

Эйнштейн А., Смолуховский М. Броуновское движение. М. - Л., 1936 Дорфман Л. Всемирная история физики. М., 1979

бро́уновское движе́ние

бро́уновское движение

(по имени англ. ботаника Броуна (brown), 1773-1858) беспорядочное движение частиц вещества, взвешенных в жидкости или в газе, происходящее под влиянием соударений этих частиц с молекулами окружающей среды.

Составить слова из слова броуновское движение