Ha tintát vagy festéket kever vízbe, majd mikroszkóp alatt megnézi ezt a vizet, láthatja a legkisebb korom- vagy festékrészecskék gyors mozgását különböző irányokba. Mi váltja ki az ilyen mozgásokat?
Ki fedezte fel és mikor?
1827-ben Robert Brown angol biológus mikroszkóppal megfigyelt egy csepp vizet, amely véletlenül kis mennyiségű virágport kapott. Látta, hogy a pollen legkisebb részecskéi táncolnak, kaotikusan mozognak a folyadékban. Tehát felfedezték a tudósról elnevezett Brown-mozgalmat - a folyadékban vagy gázban oldott legkisebb részecskék mozgását. Miután megfigyelte a gyűjteményében található különféle pollenfajtákat, a biológus feloldotta a porított ásványi anyagokat vízben.
Ennek eredményeként Brown meg volt győződve arról, hogy az ilyen kaotikus mozgást nem maga a folyadék és nem a folyadékot érő külső hatások okozzák, hanem közvetlenül a legkisebb részecske belső mozgása. Ezt a részecskét a megfigyelt mozgással analóg módon "Brown-részecskének" nevezték.
Az elmélet fejlődése, követői
Később Brown felfedezését A. Einstein és M. Smoluchowski a molekuláris kinetikai elmélet alapján megerősítette, kiterjesztette és pontosította. Perrin francia fizikus pedig húsz évvel később, a mikroszkópok fejlesztésének köszönhetően a Brown-részecske véletlenszerű mozgásának tanulmányozása során, megerősítette a tulajdonképpeni molekulák létezését. A Brown-mozgás megfigyelése lehetővé tette Perrin számára, hogy kiszámítsa a molekulák számát 1 mól gázban, és levezetje a légköri képletet.
Egy Brown-részecske mozgásának felfedezése bizonyítékul szolgált sokkal kisebb részecskék létezésére, amelyek még mikroszkóppal sem láthatók – folyadék és bármilyen más anyag molekulái. A molekulák azok, amelyek állandó mozgásukkal mozgásra kényszerítik a pollen-, korom- vagy festékrészecskéket.
Meghatározás és méret
Ha mikroszkópon keresztül megnézi a vízben szuszpendált hasított testrészecskéket, észre fogja venni, hogy a különböző méretű szemcsék eltérően viselkednek. A viszonylag terjedelmes részecskék, amelyek egy bizonyos időtartamon keresztül minden oldalról ugyanannyi ütést tapasztalnak, nem kezdenek el mozogni. És a kis részecskék ugyanabban az időintervallumban egyoldalú, nem kompenzált ütéseket kapnak, oldalra lökve őket, és elmozdulnak.
Mekkora egy molekuláknak kitett Brown-részecske? Empirikusan bebizonyosodott, hogy a citoplazmatikus pollenszemek nem nagyobbak 3 mikrométernél (µm), vagy 10-6 méternél vagy 10-3milliméter. A nagyobb részecskék nem vesznek részt a Brown által felfedezett állandó mozgásban.
Tehát, válaszoljunk a "mi a Brown-részecske" kérdésre. Ezek az anyag legkisebb, legfeljebb 3 mikron méretű szemcséi, amelyek folyadékban vagy gázban szuszpendálva állandó kaotikus mozgást végeznek a közeg molekuláinak hatására, amelyben elhelyezkednek.
Molekuláris kinetikai elmélet
A Brown-mozgás nem áll le, nem lassul le időben. Ez megmagyarázza a molekuláris kinetikai elmélet koncepcióját, amely szerint bármely anyag molekulái állandó hőmozgásban vannak. A közeg hőmérsékletének növekedésével a molekulák mozgási sebessége nő, ennek megfelelően a molekuláris hatásoknak kitett Brown-részecske is felgyorsul.
A Brown-mozgás sebessége az anyag hőmérsékletén kívül a közeg viszkozitásától és a lebegő részecske méretétől is függ. A mozgás akkor éri el maximális sebességét, ha a részecskét körülvevő anyag hőmérséklete magas, maga az anyag nem lesz viszkózus, és a porszemcsék a legkisebbek.
Az anyag molekulái, amelyekben a legkisebb részecskék találhatók, véletlenszerűen ütközve eredő erőt fejtenek ki (lökést hoznak létre), ami megváltoztatja a pollen mozgásának irányát. De az ilyen ingadozások időben nagyon rövidek, és szinte azonnal megváltozik az alkalmazott erő iránya, ami a mozgás irányának megváltozásához vezet.
A legegyszerűbb és legtisztább példa, amely lehetővé teszi, hogy megértse, mi a Brown-részecske, a porszemcsék mozgása, amely egy ferde napsugárban látható. 99-55 év alatt. időszámításunk előtt e. az ókori római költő, Lucretius pontosan megmagyarázta a változékony mozgás okát "A dolgok természetéről" című filozófiai költeményében.
Nézd ide: amikor átsüt a napfény
A lakásunkba, és a sötétség áthatol sugaraival, Sok kis test az ürességben, látni fogod, villog, Oda-vissza rohanás a fény sugárzó izzásában.
Megérthető ebből, milyen fáradhatatlanul
A dolgok kezdete a hatalmas ürességben nyugtalan.
Szóval a nagyszerű dolgokról segíts megérteni
Apróságok, amelyek felvázolják a megértéshez vezető utat.
Emellett, mert oda kell figyelni
A napfényben pislákoló testek zűrzavarához
Mit tudsz az anyagból és a mozgásból, Mi történik benne titokban és a szem elől rejtve.
Mert látni fogja, hogy mennyi porrészecske változik
Út a rejtett sokkoktól és repülj vissza, Örökké oda-vissza fut minden irányban.
Jóval a modern nagyító technológia megjelenése előtt Lucretius a Brown által látott mozgás analógját figyelve arra a következtetésre jutott, hogy az anyag legkisebb részecskéi is léteznek. Brown ezt az egyik legfontosabb tudományos felfedezéssel erősítette meg.
