§ 4. Броунівський рух
§ 4. Броунівський рух
Молекули перебувають у безперервному безладному русі, що підтверджується такими явищами, як дифузія та броунівський рух.
Англійський ботанік Броун, спостерігаючи в 1827 р. під мікроскопом завись квіткового пилку у воді, виявив, що частки пилку безладно то вагалися, то оберталися, то переміщалися з одного місця на інше. Пізніше з'ясувалося, що так само рухаються не тільки квітковий пилок, а й будь-які частинки, зважені в рідині або газі, якщо вони досить малі (близько0,001 мм).
Додамо до води невелику кількість акварельної фарби чи молока та розглянемо крапельку такої води під мікроскопом. Спостерігаючи за частинками фарби, бачимо, що вони постійно безладно вагаються, переміщаючись при цьому на дуже малі відрізки шляху.
Для спостереження броунівського руху в газі треба додати трохи диму. Частинки вугілля, що міститься в димі, рухаються так само, як і частинки фарби, молока, зважені у воді. Скільки б часу і за яких умов ми не спостерігали б броунівський рух, він ніколи не припиняється; з підвищенням температури його інтенсивність збільшується
Яка ж причина броунівського руху? Броун не зміг пояснити відкритого їм явища. Це зробили через 78 років Ейнштейн і Смолуховський. У основі пояснення лежить статистичний метод. Молекули рідини (або газу), в якій знаходиться зважена частка, здійснюють хаотичний рух, тому вони безперервно ударяються про частку А (рис. 5, а), передаючи їй при кожному ударі імпульсmv,має певну величину і напрямок. Удари молекули про частку відбуваються безладно з усіх боків. Якщо розміри частки великі, то за дуже малий проміжок часу про неї вдаряється велика кількість молекул і статистичнов середньому число ударів з усіх боків буде однаково, чому частка і залишається у спокої.
Інакше справа, якщо зважені частки дуже малі. Поверхня такої частки невелика і за короткий час вона отримує порівняно незначну кількість ударів молекул. Внаслідок цього порушується рівність числа ударів молекул про частинку з одного та іншого боку. За малі проміжки часу частка отримує неоднакове число ударів у різних напрямках, через що вона і рухається безладно. Фіксуючи становище броунівської частки за рівні проміжки часу, ми отримаємо картину броунівського руху. На рис. 5 б точками відзначені послідовні місцезнаходження частинок в полі мікроскопа через кожні30 сек.Броунівські частинки рухаються дуже повільно. Так, у воді при температурі20° Свони мають швидкість близько0,0038 мм/сек.
Пояснюючи броунівський рух, Ейнштейн теоретично довів, що якою б ламаною траєкторією не рухалася броунівська частка, її віддалення від вихідного місця відбувається пропорційно до кореня квадратного з часу блукання. Так відбувається тому, що завдяки великій кількості молекул і хаотичності їхнього руху спостерігається статистична закономірність: усунення частинок у будь-якому напрямку однаково ймовірні, причому ці усунення визначаються не природою, а розмірами броунівських частинок. Спостереження французького фізика Перрена це підтвердили. Броунівський рух є непрямим доказом існування молекул та їх безперервного безладного руху.