Fenomeni fisici: moto browniano

25/05/2019

Fenomeno di scoperta

Il moto browniano è un movimento caotico continuo e costante di particelle sospese in un liquido (o gas). Usato ora il nome del fenomeno era in onore del suo scopritore - il botanico inglese R. Brown. Nel 1827, condusse un esperimento, a seguito del quale fu scoperto il movimento browniano. Inoltre, lo scienziato ha attirato l'attenzione sul fatto che le particelle non solo si muovono intorno all'ambiente, ma ruotano attorno al suo asse. Poiché a quel tempo la teoria molecolare della struttura della materia non era ancora stata stabilita, Brown non poteva analizzare completamente il processo. Moto browniano

Viste moderne

Attualmente, si ritiene che il moto browniano sia causato dalla collisione di particelle sospese in un liquido o gas con le molecole della sostanza che le circonda. Questi ultimi sono in costante movimento, chiamati termici. Inoltre causano il movimento caotico di particelle di cui ogni sostanza è costituita. È importante notare che altri due sono associati a questo fenomeno: il moto browniano descritto da noi e la diffusione (la penetrazione di particelle di una sostanza in un'altra). Questi processi dovrebbero essere considerati in un complesso, come spiegano l'un l'altro. Quindi, a causa delle collisioni con le molecole circostanti, le particelle sospese nel mezzo sono in continuo movimento, che è anche caotico. La casualità è espressa nell'impermanenza, sia nella direzione che nella velocità. Moto e diffusione browniano

In termini di termodinamica

È noto che con l'aumento della temperatura aumenta anche la velocità del movimento browniano. Questa dipendenza è facilmente spiegabile dall'equazione per descrivere la media energia cinetica particella mobile: E = mv 2 = 3kT / 2, dove m è la massa di particelle, v è la velocità della particella, k è la costante di Boltzmann e T è la temperatura esterna. Come possiamo vedere, il quadrato della velocità di movimento di una particella sospesa è direttamente proporzionale alla temperatura, quindi, all'aumentare della temperatura dell'ambiente esterno, aumenta anche la velocità. Si noti che il principio di base sulla base del quale si basa l'equazione è l'uguaglianza dell'energia cinetica media di una particella in movimento e l'energia cinetica delle particelle che costituiscono il mezzo (cioè il liquido o il gas in cui è sospeso). Questa teoria fu formulata da A. Einstein e M. Smolukhovsky approssimativamente nello stesso momento indipendentemente l'uno dall'altro. Moto browniano questo

Moto di particelle Browniane

Le particelle sospese in un liquido o in un gas si muovono lungo un percorso a zigzag, allontanandosi gradualmente dal punto di movimento. Ancora, Einstein e Smolukhovsky giunsero alla conclusione che per studiare il moto di una particella Browniana, il valore principale non è la distanza percorsa o la velocità effettiva, ma il suo spostamento medio in un certo periodo di tempo. L'equazione proposta da Einstein è la seguente: r 2 = 6kTBt. In questa formula, r è lo spostamento medio di una particella sospesa, B è la sua mobilità (questa quantità, a sua volta, è inversamente correlata alla viscosità del mezzo e alla dimensione delle particelle), t è il tempo. Di conseguenza, la velocità di movimento della particella sospesa è maggiore, minore è la viscosità del mezzo. La validità dell'equazione fu provata sperimentalmente dal fisico francese J. Perrin.