Броуновское движение
Броуновское движение — это непрерывное беспорядочное движение маленьких частиц, взвешенных в жидкости или газе. Его причина — многочисленные неравномерные удары молекул окружающей среды по частице.
Определение
Броуновское движение подтверждает основные идеи молекулярно-кинетической теории: вещество состоит из частиц, которые непрерывно движутся и взаимодействуют. Наблюдать сами молекулы обычно нельзя, но их действие становится заметным по движению более крупных частиц. Это явление изучают в рамках молекулярной физики.
Количественная связь
Для броуновского движения в трёхмерном пространстве средний квадрат смещения частицы связан со временем наблюдения формулой:
Здесь \(\langle r^2\rangle\) — средний квадрат расстояния, на которое сместились частицы, \(D\) — коэффициент диффузии, а \(t\) — время. Формула показывает: чем дольше наблюдение, тем дальше в среднем перемещается частица, хотя направление её движения заранее предсказать нельзя.
Если рассматривать под микроскопом пылинку или крупинку пыльцы в воде, она будет двигаться по ломаной, постоянно меняющейся траектории. Частица не движется сама по себе: её толкают молекулы воды, сталкивающиеся с ней с разных сторон.
Броуновское движение и диффузия связаны, но не одинаковы. Броуновское движение — беспорядочное движение отдельной видимой частицы. Диффузия — самопроизвольное взаимное проникновение веществ, вызванное движением их молекул и приводящее к выравниванию концентрации.
Почему броуновская частица движется беспорядочно?
Главное
- Броуновское движение вызывается случайными ударами молекул среды по наблюдаемой микрочастице.
- Оно подтверждает непрерывное тепловое движение молекул.
- Не следует смешивать броуновское движение отдельной частицы с диффузией вещества.