Броуновское движение

Тепловое движение в микрогетерогенных системах получило название броуновского движения в честь англ. ботаника Броуна, в 1827г. обнаружившего его при наблюдении под микроскопом водной суспензии цветочной пыльцы. Гуи и Экснер (1888 и 1900 г) предположили, что броуновское движение имеет молекулярно-кинетическую природу. Правильность этого предположения подтверждена теоретическими расчетами Эйнштейна и Смолуховского и экспериментальными работами Перрена и Сведберга. Движение кол.частиц является следствием беспорядочных ударов, нонасимых им молекулами среды, находящимся в тепловом движении. Если частица достаточно мала, то число ударов с разных сторон неодинаково, частица получает периодические импульсы, заставляющие ее двигаться в разных направлениях по очень сложной траектории. При увеличении размера частицы вероятность компенсации ударов возрастает, а инерция частицы становится больше. Поэтому частицы размером ~5мкм и более совершают колебательные движения около некоторого центра тяжести. Кроме поступательного движения малые частицы вследствие ударов молекул среды претерпевают и вращательное броуновское движение.

Вследствие хаотического теплового движения молекул среды и броуновское движение дисп. частиц имеет хаотический характер. Направление движения кол.частицы за 1 секунду может меняться до 10²⁰ раз. Поэтому определить истинный путь частицы невозможно, но легко определить среднее расстояние, на которое она смещается за единицу времени при наблюдении за частицей в микроскоп и регистрируя ее положение в поле зрения через равные промежутки времени. В кол.системеневыравненной концентрации частицы, участвующие в броуновском движении обнаруживают заметное диффузионное перемещение. Для количественных расчетов берут среднее квадратичное значение проекции смещения частицы на ось Х, параллельную выбранному направлению , где D_i – отдельные проекции смещения частицы на ось Х, n – число таких проекций. Поскольку диффузия кол.частиц происходит под действием броуновского движения, должна существовать связь между коэффициентом диффузии и , эта связь была установлена в 1905г Эйнштейном и в 1906г Смолуховским

-ур-е Эйнштейна-Смолуховского.

Теория броуновского движения, созданная Эйнштейном-Смолуховским, была подвергнута экспериментальной проверке. Сведберг исследовал золь коллоидного золота (d=44 ммкм, 1ммк м=10^-7см). Он экспериментально измерил среднее смещение за t и рассчитал по ур-ю Эйнштейна-Смолуховского, получив сходные величины.

Другая проверка проведена Перреном. Он использовал суспензию гуммигута (водонерастворимой смолы). Определив экпериментально, он расситал по ур-ю Эйнштейна-Смолуховского число Авогадро N=6,8 10²³ моль^-1.

После этого теория броуновского движения была признана. Эта теория имела огромное значение для развития науки в целом, а не только для понимания природы дисперсных систем. Она доказывала реальность атомов и молекул, правильность молекулярно-кинетической теории. Особенно в то время, когда сторонники энергетической школы (Оствальд и Мах) высказывали сомнение в реальности атомов и молекул. Эти ученые предостерегали от использования понятий, за которыми не кроется объективная реальность. Это была первая кол.теория. Она имела значение для развития физхимии, физики, философии, математики, материалистических представлений. Исследование броуновского движения привело к теории флуктуаций.