Brownov delec: pojem, velikost, gibanje

Če v vodi premešate črnilo ali barvo in nato to vodo opazujete pod mikroskopom, lahko opazite hitro gibanje drobnih delcev saj ali barve v različnih smereh. Kaj povzroča to gibanje??

Kdo ga je odkril in kdaj?

Leta 1827 je angleški biolog Robert Browne z mikroskopom opazoval kapljico vode, v katero je po naključju padla majhna količina cvetnega prahu. Videl je, kako najmanjši delci cvetnega prahu plešejo, ko se kaotično gibljejo v tekočini. Tako so odkrili Brownovo gibanje, gibanje drobnih delcev, raztopljenih v tekočini ali plinu. Ko je biolog v svoji zbirki opazoval različne vrste cvetnega prahu, je v vodi raztopil minerale, zmlete v prah.

Zato je bil Brown prepričan, da takšnega kaotičnega gibanja nikakor ne povzroča tekočina sama in ne vpliva na tekočino od zunaj, temveč je neposredno posledica notranjega gibanja najmanjšega delca. Ta delec smo poimenovali Brownov delec, podobno kot opazovano gibanje.

Razvoj teorije, njeni privrženci

V nadaljevanju je Brownovo odkritje na podlagi molekularno-kinetične teorije potrdil, razširil in opredelil A. Schwartz. Einstein in M. Smoluchowski. Francoski fizik Perrin pa je dvajset let pozneje med preučevanjem neurejenega gibanja Brownovih delcev izpopolnil mikroskop in potrdil obstoj pravih molekul. Opazovanje Brownovega gibanja je Perrinu omogočilo izračunati število molekul v enem molu katerega koli plina in izpeljati barometrično formulo.

Odkritje Brownovega gibanja je bilo dokaz za obstoj veliko manjših delcev, nevidnih celo pod mikroskopom, kot so molekule tekočin ali drugih snovi. To so molekule, zaradi katerih se delci cvetnega prahu, saj ali barve nenehno gibljejo.

Opredelitev in velikost

Če skozi mikroskop opazujete delce, suspendirane v vodi, lahko opazite, da se zrna različnih velikosti obnašajo različno. Relativno veliki delci se ne začnejo premikati, če v določenem časovnem obdobju doživijo enako število sunkov iz vseh smeri. Majhni delci pa v istem časovnem intervalu dobijo enostranske nekompenzirane udarce, ki jih potisnejo na stran in se premaknejo.

Kolikšna je velikost Brownovega delca, na katerega delujejo molekule?? Znanstveno je dokazano, da citoplazemska zrna cvetnega prahu niso večja od 3 mikrometrov (μm) ali 10^-6 ali 10^-3 milimeter. Delci večje velikosti ne postanejo udeleženci Brownovega gibanja.

Torej, če odgovorimo na vprašanje "Kaj je Brownov delec". To so najmanjša zrnca snovi, velika največ 3 mikrometre, ki so suspendirana v tekočini ali plinu in se kaotično gibljejo pod vplivom molekul medija, v katerem se nahajajo.

Teorija molekularne kinetike

Brownovo gibanje se ne ustavi, ne upočasni se v času. To pojasnjuje koncept molekularno-kinetične teorije, ki pravi, da so molekule katere koli snovi v stalnem toplotnem gibanju. Z višanjem temperature medija se povečuje hitrost molekularnega gibanja in s tem tudi Brownov delec, ki je podvržen molekularnemu udarcu.

Brownovo gibanje je poleg temperature snovi odvisno tudi od viskoznosti medija in velikosti delcev. Največja hitrost gibanja bo dosežena, ko bo temperatura snovi okoli delcev visoka, ko snov sama ne bo viskozna in ko bodo prašni delci najmanjši po velikosti.

Molekule snovi, v kateri se nahajajo atomski delci, naključno ustvarijo silo (impulz), ki povzroči spremembo smeri gibanja delca cvetnega prahu. Vendar so takšna nihanja zelo kratkotrajna in skoraj takoj se spremeni smer delovanja sile, kar povzroči spremembo smeri gibanja.

Najpreprostejši in najbolj očiten primer, ki nam omogoča razumeti, kaj je Brownov delec, je gibanje prašnih delcev, ki jih vidimo v poševnem sončnem žarku. V letu 99-55. B.C. э. rimski pesnik Lukrecij je v svoji filozofski pesnitvi O naravi stvari zelo natančno razložil vzrok neurejenega gibanja.

Poglejte: kadar koli sončna svetloba prodre

Vstopi v naša bivališča in s svojimi žarki preseka temo,

Videli boste množico majhnih teles v praznini, ki utripajo,

"V sijočem sijaju svetlobe letijo sem in tja.

Ali lahko iz tega razberete, kako neutrudno

Začetki stvari v neizmerni praznini prostranstva praznine.

Tako je mogoče razumeti velike stvari

Majhne stvari in načini, kako jih razumeti.

Poleg tega morate biti pozorni na to

ob razburjenju teles, ki utripajo v sončni svetlobi,

da se boste iz njega naučili tako materije kot gibanja,

Kar se dogaja v njej, je skrivnostno in skrito pred očmi.

Tam boste videli, koliko prahu se spreminja

Pot od skritih potisov in ponovno poleti nazaj,

večno teče sem in tja v vse smeri.

Veliko pred pojavom sodobne povečevalne tehnologije je Lukrecij, ki je opazoval analogijo gibanja, ki ga je videl Brown, sklepal, da je obstoj najmanjših delcev snovi. Broughton jo je potrdil z enim najpomembnejših znanstvenih odkritij.