«Броуновское движение»

Знаменитый ботаник Роберт Броун (Robert Brown) заметил в 1827 г. и описал в 1828 г. ("Poggendorff's Annalen der Physik und Chemie", XIV) своеобразные неправильные колебательные движения пылинок в воде. Явление это, открытое при посредстве микроскопа с сильным увеличением, наблюдавшееся затем многими и другими учеными, получило название броунова молекулярного движения. Долгое время многие думали, что явление обуславливается действительным молекулярным движением внутри жидкости. Такое мнение поддерживалось еще в 1863 г. Винером (L. С. Wiener). Но тотчас же после открытия явления высказывались и другие взгляды на причину его. Так, Мунке в 1829 г. (Muncke) считал, что броуново движение вызывается проходящими через жидкость световыми и тепловыми лучами. Позднейшими наблюдателями (Exner, van der Mensbrugghe и др.) причина явления сводилась к простым потокам внутри жидкости, не имеющим ничего общего с движениями молекул. Потоки в жидкостях могут вызываться испарением, диффузией и другими причинами.

Н. Г.

правильнее брауновское движение, беспорядочное движение малых (размерами в нескольких мкм и менее) частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием толчков со стороны молекул окружающей среды. Открыто Р. Броуном в 1827. Видимые только под микроскопом взвешенные частицы движутся независимо друг от друга и описывают сложные зигзагообразные траектории. Б. д. не ослабевает со временем и не зависит от химических свойств среды. Интенсивность Б. д. увеличивается с ростом температуры среды и с уменьшением её вязкости и размеров частиц.

Последовательное объяснение Б. д. было дано А. Эйнштейном и М. Смолуховским (См. Смолуховский) в 1905—06 на основе молекулярно-кинетической теории. Согласно этой теории, молекулы жидкости или газа находятся в постоянном тепловом движении, причём импульсы различных молекул неодинаковы по величине и направлению. Если поверхность частицы, помещенной в такую среду, мала, как это имеет место для броуновской частицы, то удары, испытываемые частицей со стороны окружающих её молекул, не будут точно компенсироваться. Поэтому в результате «бомбардировки» молекулами броуновская частица приходит в беспорядочное движение, меняя величину и направление своей скорости примерно 10¹⁴ раз в сек.

При наблюдении Б. д. фиксируется (см. рис.) положение частицы через равные промежутки времени. Конечно, между наблюдениями частица движется не прямолинейно, но соединение последовательных положений прямыми линиями даёт условную картину движения.

Закономерности Б. д. служат наглядным подтверждением фундаментальных положений молекулярно-кинетической теории. Общая картина Б. д. описывается законом Эйнштейна для среднего квадрата смещения частицы x Если за время между двумя измерениями происходит достаточно большое число столкновений частицы с молекулами, то

Здесь D — коэффициент диффузии (См. Диффузия), который определяется сопротивлением, оказываемым вязкой средой движущейся в ней частице. Для сферических частиц радиуса аон равен:

D = kT/6πηa, (2)

где k —Больцмана постоянная,Т — абсолютное температура, η — динамическая вязкость среды.

Теория Б. д. объясняет случайные движения частицы действием случайных сил со стороны молекул и сил трения. Случайный характер силы означает, что её действие за интервал времени τ₁ совершенно не зависит от действия за интервал τ₂, если эти интервалы не перекрываются. Средняя за достаточно большое время сила равна нулю, и среднее смещение броуновской частицы

Выводы теории Б. д. блестяще согласуются с экспериментом, формулы (1) и (2) были подтверждены измерениями Ж. Перрена и Т. Сведберга (1906). На основе этих соотношений были экспериментально определены постоянная Больцмана и Авогадро число в согласии с их значениями, полученными др. методами.

Теория Б. д. сыграла важную роль в обосновании статистической механики (см. Статистическая физика). Помимо этого, она имеет и практическое значение. Прежде всего, Б. д. ограничивает точность измерительных приборов. Например, предел точности показаний зеркального гальванометра определяется дрожанием зеркальца, подобно броуновской частице бомбардируемого молекулами воздуха. Законами Б. д. определяется случайное движение электронов, вызывающее Шумыв электрических цепях. Диэлектрические потери в диэлектриках (См. Диэлектрики) объясняются случайными движениями молекул-диполей, составляющих диэлектрик. Случайные движения ионов в растворах электролитов увеличивают их электрическое сопротивление.

Лит.: Эйнштейн А., Смолуховский М., Брауновское движение, пер. с нем,, с доп. статьями Ю. А. Круткова и Б. И. Давыдова, М.—Л., 1936: Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М., Фейнмановские лекции по физике, пер. с англ., т. 4, М., 1965.

В. П. Павлов.

Броуновское движение частицы гуммигута в воде. Точками отмечены последовательные положения частицы через каждые 30 сек. Наблюдения велись (Ж. Перроном) под микроскопом при увеличении ок. 3000.

БРОУНОВСКОЕ движение (брауновское движение) - беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, под влиянием ударов молекул окружающей среды; открыто Р. Броуном.

Brownian motion

Brownian motion

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

(брауновское движение), беспорядочное движение малых ч-ц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды. Исследовано в 1827 англ. учёным Р. Броуном (Браун; R. Brown), к-рый наблюдал в микроскоп движение цветочной пыльцы, взвешенной в воде. Наблюдаемые ч-цы размером =10-6 м и менее совершают неупорядоченные независимые движения, описывая сложные зигзагообразные траектории. Интенсивность Б. д. не зависит от времени, но возрастает с ростом темп-ры среды, с уменьшением её вязкости и размеров ч-ц (независимо от их хим. природы). Полная теория Б. д. была дана в 1905—06 А. Эйнштейном и польск. физиком М. Смолуховским.

Причина Б. д.— тепловое движение молекул среды и отсутствие точной компенсации ударов, испытываемых ч-цей со стороны окружающих её молекул, т. е. Б. д. обусловлено флуктуациями давления. Удары молекул среды приводят ч-цу в беспорядочное движение: скорость её быстро меняется по величине и направлению. Если фиксировать положение ч-цы через небольшие равные промежутки времени, то построенная таким методом траектория оказывается чрезвычайно сложной и запутанной (рис. ).

Б. д.— наиб. наглядное эксперим. подтверждение представлений молекулярно-кинетич. теории о хаотическом тепловом движении атомов и молекул. Если промежуток наблюдения т достаточно велик, чтобы силы,

Научно-технический энциклопедический словарь

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ, неупорядоченное, зигзагообразное движение частиц, взвешенных в потоке (жидкости или газа). Вызывается неравномерностью бомбардировки более крупных частиц с разных сторон более мелкими молекулами движущегося потока. Это явление названо по имени шотландского ботаника Роберта Брауна (1773-1858), который в 1827 г. наблюдал движение растительных спор в воде.

Энциклопедия Кольера

непрерывное хаотичное движение микроскопических частиц, взвешенных в газе или жидкости, обусловленное тепловым движением молекул окружающей среды. Это явление впервые было описано в 1827 шотландским ботаником Р.Броуном, исследовавшим под микроскопом пыльцу растений в воде, но, по-видимому, еще раньше его наблюдали натуралисты Ж.Бюффон и Л.Спилланцани. Впрочем, они полагали, что имеют дело с движением микроорганизмов. Броуновское движение можно наблюдать и в воздухе, если навести микроскоп на частицы дыма в маленькой, освещаемой сбоку камере. Последующие опыты показали, что данный эффект не связан ни с микроорганизмами, ни с конвекционными потоками, которые могли бы возникать в среде при ее нагревании светом, и в 1877 было высказано предположение, что частицы хаотически движутся, потому что их "бомбардируют" молекулы жидкости или газа. Идея о том, что газы и жидкости состоят из быстро движущихся молекул, обсуждалась учеными на протяжении предшествующих 200 лет, а представление об атомном строении вещества восходит еще к ионийским философам 5 в. до н.э., однако броуновское движение стало первым наглядным экспериментальным подтверждением правильности этих воззрений. Полное молекулярно-статистическое истолкование броуновского движения было дано лишь в 1905-1906 А.Эйнштейном и М.Смолуховским. Их теоретические выводы находились в прекрасном соответствии с экспериментальными фактами. Было показано, что средний квадрат проекций смещения частицы Dx2 на ось x пропорционален времени (закон Эйнштейна): Dx2 = 2Dt, где D - коэффициент диффузии броуновской частицы. Для сферических частиц радиуса a он равен D = RT/6pNah, где R - универсальная газовая постоянная, T - абсолютная температура, N - число Авогадро (т.е. число молекул в одном моле вещества), h -вязкость среды. Соотношения Эйнштейна были экспериментально подтверждены измерениями французского физика Ж.Перрена и шведского физико-химика Т.Сведберга. С использованием этих соотношений по результатам опытов со взвешенными частицами известного радиуса было определено число Авогадро N, значение которого согласовывалось с данными других измерений, а из данных о скорости диффузии молекул в воде был оценен их радиус. Эти результаты были восприняты большинством авторитетных ученых как убедительные доказательства справедливости молекулярно-кинетической теории.

См. также

АТОМ;

МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ;

СТАТИСТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА.

ЛИТЕРАТУРА

Эйнштейн А., Смолуховский М. Броуновское движение. М. - Л., 1936 Дорфман Л. Всемирная история физики. М., 1979

Энциклопедический словарь

бро́уновское движе́ние

(брауновское движение), беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, под влиянием ударов молекул окружающей среды; открыто Р. Броуном.

* * *

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

БРО́УНОВСКОЕ ДВИЖЕ́НИЕ (брауновское движение), беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды; открыто Р. Броуном(см. БРОУН Роберт (ботаник)) в 1827 г.

При наблюдении в микроскопе взвеси цветочной пыльцы в воде Броун наблюдал хаотичное движение частиц, возникающее «не от движения жидкости и не от ее испарения». Видимые только под микроскопом взвешенные частицы размером 1 мкм и менее совершали неупорядоченные независимые движения, описывая сложные зигзагообразные траектории. Броуновское движение не ослабевает со временем и не зависит от химических свойств среды, его интенсивность увеличивается с ростом температуры среды и с уменьшением ее вязкости и размеров частиц. Даже качественно объяснить причины броуновского движения удалось только через 50 лет, когда причину броуновского движения стали связывать с ударами молекул жидкости о поверхность взвешенной в ней частицы.

Первая количественная теория броуновского движения была дана А. Эйнштейном(см. ЭЙНШТЕЙН Альберт) и М. Смолуховским(см. СМОЛУХОВСКИЙ Мариан) в 1905—06 гг. на основе молекулярно-кинетической теории. Было показано, что случайные блуждания броуновских частиц связаны с их участием в тепловом движении наравне с молекулами той среды, в которой они взвешены. Частицы обладают в среднем такой же кинетической энергией, но из-за большей массы имеют меньшую скорость. Теория броуновского движения объясняет случайные движения частицы действием случайных сил со стороны молекул и сил трения. Согласно этой теории, молекулы жидкости или газа находятся в постоянном тепловом движении, причем импульсы различных молекул не одинаковы по величине и направлению. Если поверхность частицы, помещенной в такую среду, мала, как это имеет место для броуновской частицы, то удары, испытываемые частицей со стороны окружающих ее молекул, не будут точно компенсироваться. Поэтому в результате «бомбардировки» молекулами броуновская частица приходит в беспорядочное движение, меняя величину и направление своей скорости примерно 10¹⁴ раз в сек. Из этой теории следовало, что, измерив смещение частицы за определенное время и зная ее радиус и вязкость жидкости можно вычислить число Авогадро(см. АВОГАДРО ПОСТОЯННАЯ).

Выводы теории броуновского движения были подтверждены измерениями Ж. Перрена(см. ПЕРРЕН Жан Батист) и Т. Сведберга(см. СВЕДБЕРГ Теодор) в 1906 г. На основе этих соотношений были экспериментально определены постоянная Больцмана(см. БОЛЬЦМАНА ПОСТОЯННАЯ) и постоянная Авогадро.

При наблюдении броуновского движения фиксируется положение частицы через равные промежутки времени. Чем короче промежутки времени, тем более изломанной будет выглядеть траектория движения частицы.

Закономерности броуновского движения служат наглядным подтверждением фундаментальных положений молекулярно-кинетической теории. Было окончательно установлено, что тепловая форма движения материи обусловлена хаотическим движением атомов или молекул, из которых состоят макроскопические тела.

Теория броуновского движения сыграла важную роль в обосновании статистической механики, на ней основана кинетическая теория коагуляции водных растворов. Помимо этого, она имеет и практическое значение в метрологии, так как броуновское движение рассматривают как основной фактор, ограничивающий точность измерительных приборов. Например, предел точности показаний зеркального гальванометра определяется дрожанием зеркальца, подобно броуновской частице бомбардируемого молекулами воздуха. Законами броуновского движения определяется случайное движение электронов, вызывающее шумы в электрических цепях. Диэлектрические потери в диэлектриках объясняются случайными движениями молекул-диполей, составляющих диэлектрик. Случайные движения ионов в растворах электролитов увеличивают их электрическое сопротивление.

Начала современного естествознания

скачкообразное и беспорядочное движение очень мелких частиц на поверхности жидкости, а также внутри жидкой или газообразной среды, вызванное ударами молекул этой среды и отсутствием точной компенсации ударов, испытываемых частицей со стороны окружающих ее молекул, попросту из-за флуктуации давления. В результате ударов молекул броуновская (взвешенная) частица приходит в беспорядочное состояние и ее скорость быстро меняется по величине й направлению (с частотой ударов порядка триллион в 1 сек). Явление броуновского движения было открыто английским ботаником Р. Броуном (1827). Полное молекулярностати-стическое его истолкование было дано А. Эйнштейном и польским физиком М. Смолуховским (1905-1906). Имеет ярко выраженный характер неклассического движения.

Большой энциклопедический политехнический словарь

[по имени англ. ботаника Р. Броуна (правильнее Браун, R. Brown; 1773-1858)] - беспорядочное движение мелких частиц (размером в неск. мкм и менее), взвеш. в жидкости (газе). Обусловлено тепловым движением молекул жидкости (газа). Б. д. тем интенсивнее, чем выше темп-pa жидкости, меньше её вязкость и размеры частиц. Ср. значение квадрата проекции <(дельта х)²> на к.-л. ось х смещения частицы при Б. д. за достаточно большой промежуток времени г пропорционально т (закон Эйнштейна):

где D - коэфф. диффузии. Для сферич. частиц радиуса r коэфф. D = kT/(6ПИnr), где k - Больцмана постоянная, Т - термодинамич. темп-pa, n - динамич. вязкость среды. Б. д. играет важную роль в нек-рых фиp.-хим. процессах (коагуляция), ограничивает точность высокочувствит. измерит. приборов.

Большая политехническая энциклопедия

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ — бес порядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, под влиянием ударов молекул окружающей среды, находящихся в тепловом движении; играет важную роль в некоторых физ.-хим. процессах, ограничивает точность высокочувствительных измерительных приборов.

Русско-английский политехнический словарь

Brownian motion

* * *

Brownian motion

Dictionnaire technique russo-italien

moto browniano, agitazione f Brown

Естествознание. Энциклопедический словарь

(брауновское движение), беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, под влиянием ударов молекул окружающей среды; открыто Р. Броуном.

Траектории броуновских частиц; точками отмечены положения частиц через одинаковые промежутки времени.