slajd 2
RUCH BROWNIA
Latem 1827 roku Brown, badając zachowanie pyłku pod mikroskopem, nagle odkrył, że poszczególne zarodniki wykonują całkowicie chaotyczne, impulsywne ruchy. Ustalił z całą pewnością, że ruchy te nie były w żaden sposób związane ani z wirami i prądami wody, ani z jej parowaniem, po czym opisując naturę ruchu cząstek, uczciwie podpisał własną niemoc wyjaśnienia pochodzenia ten chaotyczny ruch. Jednak będąc skrupulatnym eksperymentatorem, Brown odkrył, że taki chaotyczny ruch jest charakterystyczny dla każdej mikroskopijnej cząstki, czy to pyłku roślinnego, zawiesiny mineralnej, czy ogólnie jakiejkolwiek rozdrobnionej substancji.
slajd 3
Jest to ruch termiczny najmniejszych cząstek zawieszonych w cieczy lub gazie. Cząsteczki Browna poruszają się pod wpływem oddziaływań molekularnych. Ze względu na przypadkowość ruchu termicznego cząsteczek, oddziaływania te nigdy się nie równoważą. W rezultacie prędkość cząstki Browna losowo zmienia wielkość i kierunek, a jej trajektoria jest złożoną linią zygzakowatą.
slajd 4
SIŁY INTERAKCJI
Gdyby nie było sił przyciągania między cząsteczkami, wszystkie ciała w każdych warunkach byłyby tylko w stanie gazowym. Ale same siły przyciągania nie mogą zapewnić istnienia stabilnych formacji atomów i cząsteczek. Przy bardzo małych odległościach między cząsteczkami koniecznie działają siły odpychające. Dzięki temu cząsteczki nie wnikają w siebie, a cząstki materii nigdy nie kurczą się do rozmiarów jednej cząsteczki.
slajd 5
Chociaż na ogół cząsteczki są elektrycznie obojętne, to jednak na krótkich odległościach działają między nimi znaczne siły elektryczne: zachodzi interakcja między elektronami a jądrami atomowymi sąsiednich cząsteczek
slajd 6
SKŁADNIKI STANÓW SUBSTANCJI
W zależności od warunków ta sama substancja może znajdować się w różnych stanach skupienia. Cząsteczki substancji w stanie stałym, ciekłym lub gazowym nie różnią się od siebie. Stan skupienia substancji zależy od lokalizacji, charakteru ruchu i interakcji cząsteczek.
Slajd 7
Slajd 8
STRUKTURA GAZÓW
Gaz rozszerza się, aż wypełni całą przydzieloną mu objętość. Jeśli rozważymy gaz na poziomie molekularnym, zobaczymy molekuły przypadkowo pędzące i zderzające się ze sobą i ze ścianami naczynia, które jednak praktycznie nie oddziałują ze sobą. Jeśli zwiększysz lub zmniejszysz objętość naczynia, cząsteczki zostaną równomiernie rozłożone w nowej objętości
Slajd 9
1. Cząsteczki nie oddziałują ze sobą 2. Odległości między cząsteczkami są dziesiątki razy większe niż rozmiary cząsteczek 3. Gazy łatwo ulegają sprężaniu 4. Duże prędkości cząsteczek 5. Zajmują całą objętość naczynia 6. Zderzenia cząsteczek wytworzyć ciśnienie gazu
Slajd 10
BUDOWA CIECZY
Ciecz w danej temperaturze zajmuje stałą objętość, jednak również przybiera postać wypełnionego naczynia - ale tylko poniżej poziomu powierzchni. Na poziomie molekularnym najłatwiej wyobrazić sobie ciecz jako kuliste cząsteczki, które, chociaż są w bliskim kontakcie ze sobą, mają swobodę toczenia się wokół siebie, jak okrągłe koraliki w słoiku. Wlej płyn do naczynia - a cząsteczki szybko się rozejdą i wypełnią dolną część objętości naczynia, w wyniku czego ciecz przybierze swój kształt, ale nie rozleje się w całej objętości naczynia.
slajd 11
1. Między cząsteczkami zachodzi interakcja 2. Bliskie sąsiedztwo cząsteczek 3. Cząsteczki poruszają się „skokowo” 4. Mała ściśliwość cieczy 5. Nie zachowują kształtu, ale zachowują objętość
1 slajd
Pracę wykonali: Makarova Ekaterina, uczennica 7. klasy Gimnazjum GOU nr 546, Moskwa Opiekun: Kazakova Yu.V., nauczyciel fizyki
2 slajdy
W 1827 roku Brown, badając pod mikroskopem ziarna cytoplazmy zawieszone w wodzie wyizolowanej z komórek pyłku północnoamerykańskiej rośliny Clarkia pulchella, niespodziewanie odkrył, że nieustannie się trzęsą i przemieszczają z miejsca na miejsce.
3 slajdy
Cel pracy: obserwacja i badanie ruchów Browna cząstek zawieszonych w wodzie. Przedmiot badań: ruchy Browna. Przedmiot badań: cechy obserwacji i natura ruchów Browna. Miejsce pracy: Centrum Edukacyjno-Naukowe Radiofizyczne Moskiewskiego Państwowego Uniwersytetu Pedagogicznego
4 slajdy
Cel badawczy: Poznanie historii odkrycia ruchów Browna. Badanie znaczenia odkrycia ruchów Browna dla rozwoju nauki. Dowiedz się, jaki wpływ mają różne czynniki na charakter ruchów Browna. Przeprowadź doświadczenie, aby zaobserwować ruchy Browna. Metody badawcze: Studium literatury i materiałów ze stron internetowych na ten temat. Badanie natury ruchów Browna za pomocą modelu. Obserwacja ruchów Browna.
5 slajdów
W 1824 roku pojawia się nowy typ mikroskopu, zapewniający powiększenie 500-1000 razy. Umożliwił powiększanie cząstek do wielkości 0,1-1 mm, ale w swoim artykule Brown wyraźnie podkreśla, że miał zwykłe soczewki dwuwypukłe, co oznacza, że mógł powiększać obiekty nie więcej niż 500 razy, czyli cząstki wzrosła do rozmiaru zaledwie 0,05-0,5 mm. Wielkość komórek pyłku waha się od 2,5 µm do 250 µm, cząstki Browna mają wielkość rzędu 0,1–1 µm. mikroskopy z XVIII w
6 slajdów
Już w 1670 roku wynalazca mikroskopu, Holender Anthony Leeuwenhoek, mógł zaobserwować podobne zjawisko, ponieważ jego mikroskop dawał powiększenie do 300 razy, ale ówczesny embrionalny stan nauki molekularnej nie zwracał uwagi na Obserwacja Leeuwenhoeka. Anthony van Leeuwenhoeka (1632-1723)
7 slajdów
Fragment z wiersza Lukrecjusza Cary „O naturze rzeczy” Spójrz: za każdym razem, gdy światło słoneczne przenika do naszych mieszkań i przecina ciemność swoimi promieniami, zobaczysz wiele małych ciał w pustce, migoczących, Pędzących tam iz powrotem w pustce promienny blask światła...
8 slajdów
Niska temperatura (1 min) Wysoka temperatura (1 min) Porównanie wzorców ruchu cząstek za pomocą modelu ruchów Browna
9 slajdów
Wnioski: Cząstki Browna poruszają się pod wpływem przypadkowych zderzeń cząsteczek. Ruchy Browna są chaotyczne. Na podstawie trajektorii cząstki można ocenić intensywność ruchu, im mniejsza masa cząstki, tym bardziej intensywny staje się ruch. Intensywność ruchów Browna zależy bezpośrednio od temperatury. Ruchy Browna nigdy się nie zatrzymują.
10 slajdów
Marian Smoluchowski (1872–1917) Jako pierwszy podał rygorystyczne wyjaśnienie ruchów Browna w 1904 r.
11 slajdów
Albert Einstein (1879-1955) Stworzył pierwszą ilościową teorię ruchów Browna w 1905 roku. Za pomocą metod statystycznych wyprowadził wzór na średnią wartość kwadratu przemieszczenia cząstki Browna: gdzie B to ruchliwość cząstki, która jest odwrotnie proporcjonalna do lepkości ośrodka i wielkości cząstek, t to czas obserwacji, T to temperatura cieczy.< r 2 >= 6 kTBt
12 slajdów
Jean-Baptiste Perrin (1870 - 1942) W 1906 roku zaczął przeprowadzać eksperymenty potwierdzające teorię Einsteina. Podsumowując w 1912 roku, oświadczył: „Teoria atomowa zwyciężyła. Raz liczni, jego przeciwnicy zostają pokonani i jeden po drugim wyrzekają się swoich poglądów, które tak długo uważano za rozsądne i pożyteczne. W 1926 roku Perrin otrzymał Nagrodę Nobla za pracę nad „dyskretną naturą materii”
13 slajdów
Ruchy Browna cząstek gumy w wodzie. Kropki oznaczają kolejne pozycje cząstki po 30 s. Obserwacje prowadzono pod mikroskopem przy powiększeniu ok. 3000. Wielkość cząstek około 1 mikrona. Jedna komórka odpowiada odległości 3,4 µm.
14 slajdów
MIKROSKOP Kamera wideo NIKON Eclipse LV 100 Okular Stolik przedmiotowy Monitor obiektywu Śruby do poziomego ruchu stolika przedmiotowego Śruby regulacji ostrości
15 slajdów
16 slajdów
17 slajdów
18 slajdów
19 slajdów
20 slajdów
21 slajd
22 slajd
Wnioski: 1. Ruch Browna mógł być przypadkowo obserwowany przez naukowców przed Brownem, ale ze względu na niedoskonałość mikroskopów i brak zrozumienia budowy molekularnej substancji nikt go nie badał. Po Brownie było to badane przez wielu naukowców, ale nikt nie potrafił mu tego wyjaśnić. 2. Stworzenie przez Einsteina ilościowej teorii ruchów Browna i jej eksperymentalne potwierdzenie przez Perrina umożliwiło przekonujące udowodnienie istnienia cząsteczek i ich ciągłego losowego ruchu. 3. Przyczynami ruchów Browna są ruch termiczny cząsteczek ośrodka oraz brak dokładnej kompensacji oddziaływań, jakich doświadcza cząstka od otaczających ją cząsteczek. 4. Na intensywność ruchów Browna mają wpływ wielkość i masa cząstki Browna, temperatura i lepkość cieczy. 5. Obserwacja ruchów Browna jest zadaniem bardzo trudnym, gdyż konieczna jest: umiejętność posługiwania się mikroskopem, wykluczenie wpływu negatywnych czynników zewnętrznych (wibracje, pochylenie stołu), szybkie przeprowadzenie obserwacji , aż płyn odparuje.
24 slajd
http://ru.wikipedia.org http://krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/BROUNOVSKOE_DVIZHENIE.html http://www.physics.nad.ru/Physics/Cyrillic/brow_txt.htm http://bse .sci-lib.com/article001503.html http://scorcher.ru/art/theory/determinism/brown.php http://marklv.narod.ru/mkt/ris2.htm http://elementy.ru/ trefil/30 http://allphysics.ru/phys/brounovskoe-dvizhenie http://dxdy.ru/topic24041.html http://vita-club.ru/micros1.htm
slajd 1
ruchy Browna.
Wypełnili: Bakovskaya Julia i Vozniak Albina, uczniowie klasy 10 Sprawdził: Cypenko L.V., nauczyciel fizyki w 2012 r.
slajd 2
Ruch Browna - w naukach przyrodniczych losowy ruch mikroskopijnych, widocznych, zawieszonych w cieczy (lub gazie) cząstek stałych (cząsteczek pyłu, pyłków roślinnych itp.), wywołany ruchem termicznym cząstek cieczy ( lub gaz). Nie należy mylić pojęć „ruchu Browna” i „ruchu termicznego”: ruch Browna jest konsekwencją i dowodem istnienia ruchu termicznego.
slajd 3
Istota zjawiska
Ruchy Browna wynikają z faktu, że wszystkie ciecze i gazy składają się z atomów lub cząsteczek - najmniejszych cząstek, które są w ciągłym chaotycznym ruchu termicznym, a zatem nieustannie popychają cząstkę Browna z różnych stron. Stwierdzono, że duże cząstki większe niż 5 µm praktycznie nie uczestniczą w ruchach Browna (są nieruchome lub osadzają się), mniejsze cząstki (mniejsze niż 3 µm) poruszają się do przodu po bardzo złożonych trajektoriach lub obracają się. Kiedy duże ciało jest zanurzone w ośrodku, wstrząsy, które występują w dużych ilościach, są uśredniane i tworzą stałe ciśnienie. Jeśli duże ciało jest otoczone ze wszystkich stron przez ośrodek, wówczas ciśnienie jest praktycznie zrównoważone, pozostaje tylko siła nośna Archimedesa - takie ciało płynnie unosi się lub tonie. Jeśli ciało jest małe, jak cząstka Browna, zauważalne stają się wahania ciśnienia, które tworzą zauważalną losowo zmieniającą się siłę, prowadzącą do oscylacji cząstki. Cząstki Browna zwykle nie toną ani nie unoszą się na wodzie, ale są zawieszone w ośrodku.
slajd 4
Odkrycie ruchów Browna
Zjawisko to zostało odkryte przez R. Browna w 1827 roku, kiedy prowadził badania nad pyłkiem roślin.Szkocki botanik Robert Brown (czasami jego nazwisko jest przepisywane jako Brown) za życia, jako najlepszy znawca roślin, otrzymał tytuł „ książę botaników”. Dokonał wielu wspaniałych odkryć. W 1805 roku, po czteroletniej wyprawie do Australii, sprowadził do Anglii około 4000 nieznanych naukowcom gatunków australijskich roślin i poświęcił wiele lat na ich badanie. Opisane rośliny przywiezione z Indonezji i Afryki Środkowej. Studiował fizjologię roślin, jako pierwszy szczegółowo opisał jądro komórki roślinnej. Petersburska Akademia Nauk uczyniła go członkiem honorowym. Ale nazwisko naukowca jest obecnie powszechnie znane nie z powodu tych prac. W 1827 roku Brown przeprowadził badania nad pyłkami roślin. W szczególności interesował się udziałem pyłku w procesie zapłodnienia. Pewnego razu zbadał pod mikroskopem wydłużone ziarna cytoplazmatyczne zawieszone w wodzie wyizolowane z komórek pyłku północnoamerykańskiej rośliny Clarkia pulchella (ładna clarkia). Nagle Brown zauważył, że najmniejsze twarde ziarenka, których z trudem można dostrzec w kropli wody, nieustannie drżą i przemieszczają się z miejsca na miejsce. Odkrył, że ruchy te, jego słowami, „nie są związane ani z przepływami cieczy, ani z jej stopniowym parowaniem, ale są nieodłączne od samych cząstek”. Teraz, aby powtórzyć obserwację Browna, wystarczy mieć niezbyt mocny mikroskop i zbadać za jego pomocą dym w poczerniałej skrzynce, oświetlonej przez boczny otwór wiązką intensywnego światła. W gazie zjawisko to objawia się znacznie wyraźniej niż w cieczy: drobne plamki popiołu lub sadzy (w zależności od źródła dymu) są widocznym rozproszeniem światła, które nieustannie skacze tam iz powrotem. Możliwe jest również obserwowanie ruchów Browna w roztworze atramentu: przy powiększeniu 400x ruch cząstek jest już łatwo rozpoznawalny. Jak to często bywa w nauce, wiele lat później historycy odkryli, że już w 1670 roku wynalazca mikroskopu, Holender Anthony Leeuwenhoek, najwyraźniej zaobserwował podobne zjawisko, ale rzadkość i niedoskonałość mikroskopów, embrionalny stan nauki molekularnej w tamtym czasie nie zwrócił uwagi na obserwacje Leeuwenhoeka, dlatego odkrycie słusznie przypisuje się Brownowi, który jako pierwszy zbadał je i szczegółowo opisał.
Opis prezentacji na poszczególnych slajdach:
1 slajd
Opis slajdu:
2 slajdy
Opis slajdu:
RUCH BROWNIANA Latem 1827 roku Brown, badając pod mikroskopem zachowanie pyłku, nagle odkrył, że pojedyncze zarodniki wykonują absolutnie chaotyczne, impulsywne ruchy. Ustalił z całą pewnością, że ruchy te nie były w żaden sposób związane ani z wirami i prądami wody, ani z jej parowaniem, po czym opisując naturę ruchu cząstek, uczciwie podpisał własną niemoc wyjaśnienia pochodzenia ten chaotyczny ruch. Jednak będąc skrupulatnym eksperymentatorem, Brown odkrył, że taki chaotyczny ruch jest charakterystyczny dla każdej mikroskopijnej cząstki, czy to pyłku roślinnego, zawiesiny mineralnej, czy ogólnie jakiejkolwiek rozdrobnionej substancji.
3 slajdy
Opis slajdu:
Ruch Browna to ruch termiczny najmniejszych cząstek zawieszonych w cieczy lub gazie. Cząsteczki Browna poruszają się pod wpływem oddziaływań molekularnych. Ze względu na przypadkowość ruchu termicznego cząsteczek, oddziaływania te nigdy się nie równoważą. W rezultacie prędkość cząstki Browna losowo zmienia wielkość i kierunek, a jej trajektoria jest złożoną linią zygzakowatą.
4 slajdy
Opis slajdu:
SIŁY ODDZIAŁYWANIA Gdyby nie było sił przyciągania między cząsteczkami, to wszystkie ciała w każdych warunkach byłyby tylko w stanie gazowym. Ale same siły przyciągania nie mogą zapewnić istnienia stabilnych formacji atomów i cząsteczek. Przy bardzo małych odległościach między cząsteczkami koniecznie działają siły odpychające. Dzięki temu cząsteczki nie wnikają w siebie, a cząstki materii nigdy nie kurczą się do rozmiarów jednej cząsteczki.
5 slajdów
Opis slajdu:
Chociaż na ogół cząsteczki są elektrycznie obojętne, to jednak na krótkich odległościach działają między nimi znaczne siły elektryczne: zachodzi oddziaływanie - elektrony i jądra atomowe sąsiednich cząsteczek SIŁY ODDZIAŁYWANIA
6 slajdów
Opis slajdu:
STANY ZAGROŻENIA SUBSTANCJI W zależności od warunków, ta sama substancja może znajdować się w różnych stanach skupienia. Cząsteczki substancji w stanie stałym, ciekłym lub gazowym nie różnią się od siebie. Stan skupienia substancji zależy od lokalizacji, charakteru ruchu i interakcji cząsteczek.
7 slajdów
Opis slajdu:
WŁAŚCIWOŚCI CIAŁ STAŁYCH, CIEKŁYCH I GAZOWYCH. Stan materii. Lokalizacja cząstek. Natura ruchu cząstek. Energia interakcji. Niektóre właściwości. Solidny. Odległości są porównywalne z rozmiarami cząstek. Prawdziwie stałe ciała mają strukturę krystaliczną (kolejność dalekiego zasięgu). Oscylacje wokół położenia równowagi. Energia potencjalna jest znacznie większa niż energia kinetyczna. Siły interakcji są ogromne. Zachowuje kształt i objętość. Elastyczność. Wytrzymałość. Twardość. Mają określoną temperaturę topnienia i krystalizacji. Ciecz Znajdujące się prawie blisko siebie. Obserwuje się porządek o krótkim zasięgu. Zasadniczo oscylują wokół pozycji równowagi, od czasu do czasu przeskakując do innej. Energia kinetyczna jest tylko nieznacznie mniejsza w module energii potencjalnej. Zachowują objętość, ale nie zachowują kształtu. Mało ściśliwy. Płyn. Gazowy. Odległości są znacznie większe niż rozmiary cząstek. Lokalizacja jest całkowicie chaotyczna. Chaotyczny ruch z licznymi kolizjami. Prędkości są stosunkowo wysokie. Energia kinetyczna jest znacznie większa niż energia potencjalna w wartości bezwzględnej. Nie zachowują swojego kształtu ani objętości. Łatwo ściśliwy. Wypełnij całą dostarczoną im objętość.
8 slajdów
Opis slajdu:
Gaz rozszerza się, aż wypełni całą przydzieloną mu objętość. Jeśli rozważymy gaz na poziomie molekularnym, zobaczymy molekuły przypadkowo pędzące i zderzające się ze sobą i ze ścianami naczynia, które jednak praktycznie nie oddziałują ze sobą. Jeśli zwiększysz lub zmniejszysz objętość naczynia, cząsteczki zostaną równomiernie rozłożone w nowej objętości.
9 slajdów
Opis slajdu:
BUDOWA GAZÓW 1. Cząsteczki nie oddziałują ze sobą 2. Odległości między cząsteczkami są kilkadziesiąt razy większe niż rozmiar cząsteczek 3. Gazy łatwo ulegają sprężaniu 4. Duże prędkości ruchu cząsteczek 5. Zajmują całą objętość naczynia 6. Zderzenia cząsteczek powodują powstanie ciśnienia gazu
10 slajdów
Opis slajdu:
Ciecz w danej temperaturze zajmuje stałą objętość, jednak również przybiera postać wypełnionego naczynia - ale tylko poniżej poziomu powierzchni. Na poziomie molekularnym najłatwiej wyobrazić sobie ciecz jako kuliste cząsteczki, które, chociaż są w bliskim kontakcie ze sobą, mają swobodę toczenia się wokół siebie, jak okrągłe koraliki w słoiku. Wlej płyn do naczynia - a cząsteczki szybko się rozejdą i wypełnią dolną część objętości naczynia, w wyniku czego ciecz przybierze swój kształt, ale nie rozleje się w całej objętości naczynia. BUDOWA CIECZY
11 slajdów
Juldaszewa Lolita
Biografia Roberta Browna, doświadczenia z pyłkiem, przyczyny ruchów Browna.
Pobierać:
Zapowiedź:
Aby skorzystać z podglądu prezentacji, załóż konto Google (konto) i zaloguj się: https://accounts.google.com
Podpisy slajdów:
Prezentacja z fizyki „Ruch Browna” ucznia 7 klasy Gimnazjum nr 1465 GBOU im. Admirała N.G. Kuznetsova Yuldasheva Lolita Nauczyciel fizyki: L.Yu. Krugłowa
ruchy Browna
Biografia Roberta Browna (1773-1858) brytyjskiego (szkockiego) botanika końca XVIII - pierwszej połowy XIX wieku, morfologa i taksonomisty roślin, odkrywcy "ruchu Browna". Urodzony 21 grudnia 1773 w Montrose w Szkocji, studiował w Aberdeen, studiował medycynę i botanikę na Uniwersytecie w Edynburgu w latach 1789-1795. W 1795 wstąpił do Północnego Pułku Milicji Szkockiej, z którym przebywał w Irlandii. Tutaj zebrał lokalne rośliny i spotkał botanika Sir Josepha Banksa. Skrupulatne studia z zakresu nauk przyrodniczych przyniosły mu przyjaźń Banksa, z którego rekomendacji został mianowany botanikiem na wyprawę wysłaną w 1801 roku na statku Investigator (Eng. Investigator) pod dowództwem kapitana Flindersa w celu zbadania wybrzeży Australii. Wraz z artystą Ferdinandem Bauerem odwiedził części Australii, następnie Tasmanię i Wyspy Cieśniny Bassa. Przede wszystkim interesował się florą i fauną tych krajów. W 1805 roku Brown wrócił do Anglii, przywożąc ze sobą około 4000 gatunków australijskich roślin, wiele ptaków i minerałów do kolekcji Banks; spędził kilka lat na opracowywaniu tego bogatego materiału, jakiego nikt nigdy nie przywiózł z odległych krajów. Opisane rośliny przywiezione z Indonezji i Afryki Środkowej. Studiował fizjologię roślin, jako pierwszy szczegółowo opisał jądro komórki roślinnej. Petersburska Akademia Nauk uczyniła go członkiem honorowym. Ale nazwisko naukowca jest obecnie powszechnie znane nie z powodu tych prac. Członek Towarzystwa Królewskiego w Londynie (od 1810). Od 1810 do 1820 roku Robert Brown kierował Biblioteką Linneusza i ogromnymi zbiorami swojego patrona Banksa, prezesa Royal Society of London. W 1820 został bibliotekarzem i kustoszem działu botanicznego British Museum, dokąd po śmierci Banksa przeniesiono zbiory tego ostatniego.
Doświadczenia Roberta Browna Brown w zaciszu swojego londyńskiego biura w 1827 roku badał otrzymane okazy roślin pod mikroskopem. Przyszła kolej na pyłek, który w rzeczywistości jest drobnym ziarnem. Upuszczając kroplę wody na szklaną pokrywę, Brown wniósł pewną ilość pyłku. Patrząc przez mikroskop, Brown odkrył, że w płaszczyźnie ogniskowej mikroskopu dzieje się coś dziwnego. Cząsteczki pyłku nieustannie poruszały się w chaotyczny sposób, nie pozwalając badaczowi ich zobaczyć. Brown postanowił opowiedzieć kolegom o swoich obserwacjach. Opublikowany artykuł Browna nosił tytuł typowy dla tamtych leniwych czasów: „Krótkie sprawozdanie z obserwacji mikroskopowych przeprowadzonych na cząsteczkach w czerwcu i sierpniu 1827 r., zawartych w pyłku roślinnym; oraz o istnieniu aktywnych cząsteczek w ciałach organicznych i nieorganicznych.
Ruchy Browna Obserwacje Browna zostały potwierdzone przez innych naukowców. Najmniejsze cząsteczki zachowywały się tak, jakby były żywe, a „taniec” cząstek przyspieszał wraz ze wzrostem temperatury i zmniejszaniem się rozmiaru cząstek i wyraźnie zwalniał, gdy wodę zastępowano bardziej lepkim ośrodkiem. To niesamowite zjawisko nigdy się nie skończyło: można je było obserwować przez dowolnie długi czas. Początkowo Brown myślał nawet, że istoty żywe naprawdę weszły w pole mikroskopu, zwłaszcza że pyłek to męskie komórki rozrodcze roślin, ale cząstki z martwych roślin, nawet tych suszonych sto lat wcześniej w zielnikach, również prowadziły.
Następnie Brown zastanawiał się, czy były to „elementarne cząsteczki istot żywych”, o których mówił słynny francuski przyrodnik Georges Buffon (1707-1788), autor 36-tomowej Historii naturalnej. To założenie upadło, gdy Brown zaczął badać pozornie nieożywione obiekty; najpierw były to bardzo drobne cząsteczki węgla, a także sadza i pył z londyńskiego powietrza, potem drobno zmielone substancje nieorganiczne: szkło, wiele różnych minerałów. „Aktywne molekuły” były wszędzie: „W każdym minerale”, napisał Brown, „który udało mi się zmielić na pył do tego stopnia, że mógł być przez jakiś czas zawieszony w wodzie, znajdowałem, w większej lub mniejszej ilości, te cząsteczki .
Muszę powiedzieć, że Brown nie miał żadnego z najnowszych mikroskopów. W swoim artykule szczególnie podkreśla, że miał zwykłe soczewki dwuwypukłe, których używał przez kilka lat. I dalej pisze: „Przez cały czas badań nadal używałem tych samych soczewek, z którymi zacząłem pracę, aby nadać moim wypowiedziom większą perswazję i uczynić je jak najbardziej dostępnymi dla zwykłych obserwacji”.
Teraz, aby powtórzyć obserwację Browna, wystarczy mieć niezbyt mocny mikroskop i zbadać za jego pomocą dym w poczerniałej skrzynce, oświetlonej przez boczny otwór wiązką intensywnego światła. W gazie zjawisko to objawia się znacznie wyraźniej niż w cieczy: drobne plamki popiołu lub sadzy (w zależności od źródła dymu) są widocznym rozproszeniem światła, które nieustannie skacze tam iz powrotem. Jakościowo obraz był całkiem prawdopodobny, a nawet wizualny. Mała gałązka lub pluskwa powinna poruszać się mniej więcej w ten sam sposób, który wiele mrówek pcha (lub ciągnie) w różnych kierunkach. Te mniejsze cząstki były właściwie w leksykonie naukowców, tyle że nikt ich nigdy nie widział. Nazywali je molekułami; przetłumaczone z łaciny słowo to oznacza „mała masa”.
Trajektorie cząstek Browna
Cząsteczki Browna mają wielkość rzędu 0,1–1 µm, tj. od jednej tysięcznej do jednej dziesięciotysięcznej milimetra, dlatego Brown był w stanie dostrzec ich ruch, że badał maleńkie ziarna cytoplazmy, a nie sam pyłek (co często jest błędnie podawane). Faktem jest, że komórki pyłku są zbyt duże. I tak w pyłku trawy łąkowej, przenoszonym przez wiatr i powodującym choroby alergiczne u ludzi (katar sienny), wielkość komórek zwykle mieści się w przedziale 20-50 mikronów, tj. są zbyt duże, aby obserwować ruchy Browna. Należy również zauważyć, że pojedyncze ruchy cząstki Browna występują bardzo często i na bardzo małych odległościach, więc nie można ich zobaczyć, ale pod mikroskopem widoczne są ruchy, które zaszły w pewnym okresie czasu. Wydawać by się mogło, że sam fakt istnienia ruchów Browna jednoznacznie dowodził molekularnej budowy materii, ale jeszcze na początku XX wieku. byli naukowcy, w tym fizycy i chemicy, którzy nie wierzyli w istnienie cząsteczek. Teoria atomowo-molekularna zdobywała uznanie bardzo powoli i z trudem.
Ruchy Browna i dyfuzja. Ruch cząstek Browna wygląda bardzo podobnie do ruchu pojedynczych cząsteczek w wyniku ich ruchu termicznego. Ten ruch nazywa się dyfuzją. Jeszcze przed pracami Smoluchowskiego i Einsteina prawa ruchu cząsteczek zostały ustalone w najprostszym przypadku gazowego stanu materii. Okazało się, że cząsteczki w gazach poruszają się bardzo szybko – z prędkością pocisku, ale nie mogą „odlecieć” daleko, ponieważ bardzo często zderzają się z innymi cząsteczkami. Na przykład cząsteczki tlenu i azotu w powietrzu, poruszające się ze średnią prędkością około 500 m/s, doświadczają ponad miliarda zderzeń na sekundę. Dlatego ścieżka cząsteczki, gdyby można ją było prześledzić, byłaby złożoną linią przerywaną. Podobną trajektorię opisują cząstki Browna, jeśli ich położenie jest ustalone w określonych odstępach czasu. Zarówno dyfuzja, jak i ruchy Browna są konsekwencją chaotycznego ruchu termicznego cząsteczek i dlatego są opisane podobnymi zależnościami matematycznymi. Różnica polega na tym, że cząsteczki w gazach poruszają się po linii prostej, aż zderzą się z innymi cząsteczkami, po czym zmieniają kierunek.
Cząstka Browna, w przeciwieństwie do cząsteczki, nie wykonuje „swobodnych lotów”, ale bardzo często doświadcza małych i nieregularnych „drgań”, w wyniku których losowo przesuwa się w jedną lub drugą stronę. Obliczenia wykazały, że dla cząstki o wielkości 0,1 mikrona jeden ruch następuje w ciągu trzech miliardowych części sekundy na odległości zaledwie 0,5 nm (1 nm = m). Według trafnego określenia jednego z autorów przypomina to ruch pustej puszki po piwie na placu, na którym zebrał się tłum ludzi. Dyfuzja jest o wiele łatwiejsza do zaobserwowania niż ruchy Browna, ponieważ nie wymaga mikroskopu: obserwuje się ruchy nie pojedynczych cząstek, ale ich ogromnych mas, trzeba tylko zadbać o to, aby konwekcja nie nakładała się na dyfuzję - mieszanie materii jako w wyniku przepływów wirowych (przepływy takie można łatwo zauważyć, wpuszczając kroplę kolorowego roztworu, na przykład atramentu, do szklanki z gorącą wodą).
Przyczyny ruchów Browna. Ruchy Browna wynikają z faktu, że wszystkie ciecze i gazy składają się z atomów lub cząsteczek - najmniejszych cząstek, które są w ciągłym chaotycznym ruchu termicznym, a zatem nieustannie popychają cząstkę Browna z różnych stron. Stwierdzono, że duże cząstki większe niż 5 µm praktycznie nie uczestniczą w ruchach Browna (są nieruchome lub osadzają się), mniejsze cząstki (mniejsze niż 3 µm) poruszają się do przodu po bardzo złożonych trajektoriach lub obracają się. Kiedy duże ciało jest zanurzone w ośrodku, wstrząsy, które występują w dużych ilościach, są uśredniane i tworzą stałe ciśnienie. Jeśli duże ciało jest otoczone ze wszystkich stron przez ośrodek, wówczas ciśnienie jest praktycznie zrównoważone, pozostaje tylko siła nośna Archimedesa - takie ciało płynnie unosi się lub tonie. Jeśli ciało jest małe, jak cząstka Browna, zauważalne stają się wahania ciśnienia, które tworzą zauważalną losowo zmieniającą się siłę, prowadzącą do oscylacji cząstki. Cząstki Browna zwykle nie toną ani nie unoszą się na wodzie, ale są zawieszone w ośrodku.