1.3. Броуновское движение

Роберт Броун (1773-1858) Шотландский ботаник. Родился в Монтроузе в семье священника. Получил медицинское образование в Эдинбургском университете, работал военно-полевым хирургом. В 1798 г., познакомившись с Джозефом Бэнксом (1743-1820), выдающимся ботаником своего времени, настолько заинтересовался этой наукой, что решил в корне изменить свою карьеру и достиг в ботанике высот, которым его учитель позавидовал бы. В качестве натуралиста Броун плавал к берегам Австралии. Со временем занял пост главы ботанического отдела Британского музея. Открыл, идентифицировал, классифицировал и изучил морфологию множества растений. Однако прославился, прежде всего, благодаря открытию им броуновского движения.

Молекулы в любом теле находятся в состоянии непрерывного хаотического движения.

Впервые и наиболее убедительно движение молекул обнаружил Броун в 1826 г.

Рис. 1.1

Наблюдая в микроскоп цветочную пыльцу, взвешенную в воде, он увидел, что каждая частица пыльцы совершает быстрые беспорядочные движения, перемещаясь на небольшое расстояние. В результате отдельных перемещений каждая частица пыльцы двигалась по зигзагообразной траектории. Это движение небольших частиц и было названо броуновским (рис. 1.1).

Дальнейшие исследования этого явления в различных жидкостях и с различными твердыми частицами показали, что это движение становится тем интенсивнее, чем меньше размеры частиц и чем выше температура опыта.

Это движение никогда не прекращается и не зависит ни от каких внешних причин.

Рис. 1.2

Движущиеся молекулы жидкости при столкновении с взвешенными в ней частицами передают им некоторый импульс (рис. 1.2). Если частица велика, то число молекул, налетающих на нее со всех сторон, также очень велико, их удары в каждый данный момент компенсируются, и частица остается практически неподвижной. Однако если частица очень мала, то может случиться, что с одной стороны об нее ударится большее количество молекул, чем с другой, в результате частица придет в движение. Именно такое движение под влиянием беспорядочных ударов молекул и совершают броуновские частицы. И хотя броуновские частицы в миллиарды раз больше по массе, чем отдельные молекулы, и скорости их весьма малы, по сравнению со скоростями молекул, но все же их движение таково, что может быть замечено в микроскоп.

2. Газовые законы. Идеальный и реальный газы

Газы обладают свойством заполнять целиком весь сосуд, в который они заключены. При этом газы оказывают давление на стенки сосуда. Давление р – это физическая величина, численно равная силе, действующей нормально на единицу площади:

.

Газ, находящийся в сосуде, кроме давления характеризуется еще тремя величинами:

1) его массой m;

2) занимаемым объемом V;

3) температурой Т.

Все эти величины зависят друг от друга. При изменении одной из них меняются другие. Уравнением состояния называется закон, связывающий все четыре величины: р, V, T, m.

К установлению этого закона были приложены усилия многих ученых. Прежде всего, опытным путем были установлены частные законы, т.е. законы, связывающие две из указанных величин при неизменных остальных.