O introducere a mișcării browniene
Share
Mișcarea browniană este mișcarea aleatorie a particulelor dintr-un fluid datorită coliziunilor lor cu alți atomi sau molecule. Mișcarea browniană este cunoscută și sub numele de pedesis, care provine din cuvântul grecesc pentru „sărit”. Chiar dacă o particulă poate fi mare în comparație cu dimensiunea atomilor și a moleculelor din mediul înconjurător, ea poate fi mișcată de impact cu multe mase minuscule, cu mișcare rapidă. Mișcarea browniană poate fi considerată o imagine macroscopică (vizibilă) a unei particule influențată de multe efecte aleatorii microscopice.
Mișcarea browniană își ia numele de la botanicul scoțian Robert Brown, care a observat boabele de polen care se mișcă aleatoriu în apă. El a descris moțiunea în 1827, dar nu a putut să o explice. În timp ce pedesis își ia numele de la Brown, nu a fost prima persoană care a descris-o. Poetul roman Lucretius descrie mișcarea particulelor de praf în jurul anului 60 î.Hr., pe care a folosit-o ca dovadă a atomilor.
Fenomenul de transport a rămas inexplicabil până în 1905, când Albert Einstein a publicat o lucrare care explica faptul că polenul a fost mutat de moleculele de apă din lichid. Ca și în cazul lui Lucrețiu, explicația lui Einstein a servit drept dovadă indirectă a existenței atomilor și moleculelor. La sfârșitul secolului XX, existența unor astfel de unități minuscule de materie nu era decât o teorie. În 1908, Jean Perrin a verificat experimental ipoteza lui Einstein, care a câștigat Perrin Premiul Nobel pentru fizică din 1926 „pentru munca sa asupra structurii discontinue a materiei”.
Descrierea matematică a mișcării browniene este un calcul al probabilității relativ simplu, de importanță nu doar în fizică și chimie, ci și pentru a descrie alte fenomene statistice. Prima persoană care a propus un model matematic pentru mișcarea browniană a fost Thorvald N. Thiele într-o lucrare despre metoda celor mai puțin pătrate publicată în 1880. Un model modern este procesul Wiener, numit în onoarea lui Norbert Wiener, care a descris funcția de un proces stocastic de timp continuu. Mișcarea browniană este considerată un proces gaussian și un proces Markov cu o cale continuă care se produce în timp continuu.
Ce este mișcarea browniană?
Deoarece mișcările atomilor și moleculelor într-un lichid și gaz sunt aleatorii, în timp, particulele mai mari se vor dispersa uniform pe întregul mediu. Dacă există două regiuni adiacente de materie și regiunea A conține de două ori mai multe particule decât regiunea B, probabilitatea ca o particulă să părăsească regiunea A să intre în regiunea B este de două ori mai mare decât probabilitatea ca o particulă să părăsească regiunea B pentru a intra în A. Difuzia, mișcarea particulelor dintr-o regiune cu concentrație mai mare spre mai mică, poate fi considerată un exemplu macroscopic de mișcare browniană.
Orice factor care afectează mișcarea particulelor într-un fluid afectează rata mișcării browniene. De exemplu, temperatura crescută, numărul crescut de particule, mărimea particulelor mici și vâscozitatea scăzută cresc viteza de mișcare.
Exemple de mișcare browniană
Cele mai multe exemple de mișcare browniană sunt procesele de transport care sunt afectate de curenți mai mari, dar prezintă și pedeză.
Exemplele includ:
- Mișcarea boabelor de polen pe apa liniștită
- Mișcarea motivelor de praf într-o cameră (deși este afectată în mare măsură de curenții de aer)
- Difuzia poluanților în aer
- Difuzia calciului prin oase
- Mișcarea „găurilor” de încărcare electrică în semiconductori
Importanța mișcării browniene
Importanța inițială a definirii și descrierii mișcării browniene a fost aceea că a susținut teoria atomică modernă.
Astăzi, modelele matematice care descriu mișcarea Browniană sunt utilizate în matematică, economie, inginerie, fizică, biologie, chimie și o serie de alte discipline..
Brownian Motion versus motility
Poate fi dificil să distingi între o mișcare datorată mișcării browniene și mișcarea din cauza altor efecte. În biologie, de exemplu, un observator trebuie să fie capabil să spună dacă un specimen se mișcă pentru că este motil (capabil să se miște singur, poate datorită ciliei sau flagelelor) sau pentru că este supus mișcării browniene. De obicei, este posibil să se diferențieze procesele, deoarece mișcarea Brownian apare sacadată, la întâmplare sau ca o vibrație. Adevărata motilitate apare adesea ca o cale sau altfel mișcarea se răsucește sau se întoarce într-o direcție specifică. În microbiologie, motilitatea poate fi confirmată dacă un eșantion inoculat într-un mediu semisolid migrează departe de o linie înjunghiată.
Sursă
"Jean Baptiste Perrin - Fapte." NobelPrize.org, Nobel Media AB 2019, 6 iulie 2019.
