Въведение в брауновското движение

Брауновото движение е случайното движение на частици във флуид поради техните сблъсъци с други атоми или молекули. Брауновското движение е известно също като pedesis, която идва от гръцката дума за „скок“. Въпреки че една частица може да е голяма в сравнение с размера на атоми и молекули в заобикалящата среда, тя може да бъде преместена от удара с много малки, бързо движещи се маси. Броуновското движение може да се счита за макроскопична (видима) картина на частица, повлияна от много микроскопични случайни ефекти.

Браунианското движение получава името си от шотландския ботаник Робърт Браун, който наблюдава поленови зърна, които се движат произволно във вода. Той описа движението през 1827 г., но не успя да го обясни. Докато педезисът носи името си от Браун, той не е първият човек, който го описва. Римският поет Лукреций описва движението на прахови частици около 60 г. пр.н.е., което той използва като доказателство за атоми.

Транспортният феномен остава необяснен до 1905 г., когато Алберт Айнщайн

watch instagram stories
публикува книга, в която обяснява, че прашецът се движи от водните молекули в течността. Както при Лукреций, обяснението на Айнщайн служи като косвено доказателство за съществуването на атоми и молекули. В началото на 20-ти век съществуването на такива мънички единици е само теория. През 1908 г. Жан Перин експериментално проверява хипотезата на Айнщайн, която печели Перин през 1926 г. Нобеловата награда по физика „за работата си върху прекъснатата структура на материята“.

Математическото описание на броуновското движение е сравнително просто изчисление на вероятността, което е важно не само във физиката и химията, но и за описание на други статистически явления. Първият човек, който предложи математически модел за движението на Браун, беше Торвалд Н. Крадец в хартия на метод на най-малко квадратчета това е публикувано през 1880г. Модерен модел е процесът на Винер, наречен в чест на Норберт Винер, който описа функцията на стохастичен процес с непрекъснато време. Брауновото движение се счита за Гаус и Марков процес с непрекъснат път, протичащ през непрекъснато време.

Какво е Brownian Motion?

Тъй като движенията на атоми и молекули в течност и газ са произволни, с течение на времето по-големите частици ще се разпръснат равномерно в средата. Ако има два съседни области на материя и регион А съдържа два пъти повече частици, отколкото регион В, вероятността това частица ще напусне област А, за да влезе в регион В, е два пъти по-висока от вероятността една частица да напусне област В да влезе А. дифузия, движението на частици от регион с по-висока до по-ниска концентрация може да се счита за макроскопичен пример за броуновско движение.

Всеки фактор, който влияе върху движението на частиците в течност, влияе върху скоростта на движението на Браун. Например повишена температура, увеличен брой частици, малък размер на частиците и ниско вискозитет увеличаване на скоростта на движение.

Брауниански примери за движение

Повечето примери за движение на Браун са транспортни процеси, които са засегнати от по-големи течения, но също така показват педезис.

Примерите включват:

  • Движението на поленовите зърна върху неподвижната вода
  • Движение на прашинки в помещение (макар и до голяма степен повлияно от въздушните течения)
  • Дифузия на замърсители във въздуха
  • Дифузия на калций през костите
  • Движение на "дупки" на електрически заряд в полупроводници

Значение на броуновското движение

Първоначалното значение на дефинирането и описанието на движението на Браун е, че то подкрепя съвременната атомна теория.

Днес математическите модели, които описват движението на Браун, се използват в математиката, икономиката, инженерството, физиката, биологията, химията и редица други дисциплини.

Brownian Motion Versus Mobility

Може да е трудно да се разграничи движение, което се дължи на движението на Браун, и движение поради други ефекти. в биологиянапример, един наблюдател трябва да може да каже дали един екземпляр се движи, защото е подвижен (способна да се движи самостоятелно, може би се дължи на реснички или жлези) или защото е подвластна на Брауниан движение. Обикновено е възможно да се прави разлика между процесите, тъй като движението на Браун изглежда трептящо, произволно или като вибрация. Истинската подвижност се появява често като път, иначе движението се усуква или завърта в определена посока. В микробиологията подвижността може да бъде потвърдена, ако пробата, инокулирана в полутвърда среда, мигрира далеч от прободната линия.

източник

"Жан Батист Перин - факти." NobelPrize.org, Nobel Media AB 2019, 6 юли 2019 г.

instagram story viewer