§ 14. Броуновское движение

Другим наглядным примером доказательства непрерывного и хаотичного движения молекул является броуновское движение, обнаруженное английским ботаником Броуном.

Броуновским движением называется непрерывное и хаотичное движение частиц, взвешенных в жидкостях или газах.

В 1827 году английский ботаник Роберт Броун изучал процесс оплодотворения цветов. Он брал цветочную пыльцу и рассматривал ее под микроскопом.

Случайно на предметном стекле оказалась капелька воды, в которую попала цветочная пыльца. Наблюдая за отдельной частицей пыльцы, попавшей в каплю воды, зажатой между двумя стеклами (см. рис.2.9), Броун увидел, что она движется.

рис.2.9 (стр.23 Ф.6 старая и хаотич. Движение)

Заинтересовавшись этим, он стал наблюдать за частицей пыльцы более длительное время и выяснил, что она совершает неупорядоченные, независимые движения по сложным зигзагообразным траекториям. Это же происходило и с другими частицами пыльцы. Движение это не зависело от времени, происходило непрерывно и совершенно беспорядочно. Он предположил, что частицы пыльцы «живые», поэтому они и двигаются. Но, повторив опыт, используя частицы высохшей пыльцы, Броун обнаружил, что характер движения частиц пыльцы не изменился. Наблюдая за частицами разных размеров, Броун выяснил, что более мелкие частицы движутся быстрее. Объяснить причину и характер движения частиц пыльцы Броун не смог. В историю же он вошел только как человек обнаруживший данное явление, которое из-за этого и стало называться броуновским движением.

Броуновское движение смогли объяснить гораздо позже. Размеры частиц пыльцы намного больше размеров молекул воды (примерно в 10000 раз). Броуновская частица состоит из большого количества молекул. Под многочисленными ударами молекул воды, они все-таки сдвигаются, но на очень малые расстояния. Это смещение происходит тогда, когда удары молекул с разных сторон не компенсируются. Так как движение частиц пыльцы непрерывное и хаотичное, то можно предположить, что и молекулы воды тоже двигаются непрерывно и хаотично (рис.2.10). Именно непредсказуемость движения молекул среды, в которую попадает броуновская частица и определяет непредсказуемость ее траектории.

рис.2.10 (рис.броун движ из Пинского)

Броуновское движение совершается бесконечно долго.

Немецкий физик Р.Поль, описывая броуновское движение, говорит о том, что, наблюдая за броуновским движением, мы как бы приоткрываем занавес закулисного мира природы. Какую же картину мы увидим? Безостановочная сутолока огромного числа частиц, летящих с разными скоростями. Мельчайшие частицы, движущиеся с огромными скоростями, почти мгновенно изменяют направление своего движения, и более крупные частицы, продвигающиеся гораздо медленнее, но и они постоянно изменяют направление своего движения. Большие же частицы практически топчутся на месте. Мелкие частицы испытывают огромное количество столкновений, после которых разлетаются кто куда. Господство «господина слепого случая» - вот наиболее сильное впечатление, которое производит на наблюдателя эта картина. Это надо увидеть, чтобы прочувствовать!

В школьных условиях броуновское движение можно наблюдать с помощью микроскопа, если рассматривать движение частичек туши или краски, попавших в капельку воды, зажатой между двумя прозрачными стеклами.

Было замечено, что с ростом температуры возрастает интенсивность броуновского движения. Это происходит потому, что молекулы воды, движущиеся с большей скоростью, сильнее ударяют броуновскую частицу.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие физические явления доказывают, что молекулы находятся в непрерывном движении?

2. Верно ли утверждение, что молекулы газа движутся, а молекулы твердого тела нет? Ответ поясните.

3. Верно ли утверждение, что молекулы газа движутся быстрее, чем молекулы твердого тела или жидкости? Ответ поясните

4. Чем отличается характер протекания диффузии в газах, жидких и твердых телах?

5. Предложите способы увеличения скорости протекания диффузии.

6. Как изменится интенсивность броуновского движения при а) увеличении массы броуновской частицы, б) увеличении температуры? Ответ пояснить.

7. Можно ли наблюдать броуновское движение в твердых телах? Почему?

8. В чем состоит отличие осмоса от диффузии?