14.Броуновское движение
Бро́уновское движе́ние — в естествознании, беспорядочное движение микроскопических, видимых, взвешенных в жидкости (или газе) частиц твёрдого вещества, вызываемое тепловым движением частиц жидкости (или газа).
Броуновское движение происходит из-за того, что все жидкости и газы состоят из атомов или молекул — мельчайших частиц, которые находятся в постоянном хаотическом тепловом движении, и потому непрерывно толкают броуновскую частицу с разных сторон. Было установлено, что крупные частицы с размерами более 5 мкм в броуновском движении практически не участвуют ,более мелкие частицы (менее 3мкм) двигаются поступательно по весьма сложным траекториям или вращаются. Когда в среду погружено крупное тело, то толчки, происходящие в огромном количестве, усредняются и формируют постоянное давление. Если крупное тело окружено средой со всех сторон, то давление практически уравновешивается, остаётся только подъёмная сила Архимеда — такое тело плавно всплывает или тонет. Если же тело мелкое, как броуновская частица, то становятся заметны флуктуации давления, которые создают заметную случайно изменяющуюся силу, приводящую к колебаниям частицы. Броуновские частицы обычно не тонут и не всплывают, а находятся в среде во взвешенном состоянии.
Основной физический принцип лежащий в основе броуновского движения состоит в том, что средняя кинетическая энергия движения молекул жидкости (или газа) равна средней кинетической энергии любой частицы, подвешенной в этой среде. Поэтому средняя кинетическая энергия < E > поступательного движения броуновской частицы равна:
< E > = m<v2>/ 2 = 3kT/2,
где m - масса броуновской частицы, v - её скорость, k - постоянная Больцмана, T - температура. Мы можем видеть из этой формулы, что средняя кинетическая энергия броуновской частицы, а значит и интенсивность её движения растёт с увеличением температуры.
Броуновская частица будет двигаться по зигзагообразному пути, удаляясь постепенно от начальной точки. Вычисления показывают, что значение среднего квадрата смещения броуновской частицы r 2 = x 2 + y 2 + z 2 описывается формулой:
< r 2 > = 6kTBt
где B - подвижность частицы, которая обратно пропорциональна вязкости среды и размеру частицы. Эта формула, называемая формулой Эйнштейна, была со всей возможной тщательностью подтверждена экспериментально французским физиком Жаном Перреном (1870-1942). На основе измерения параметров движения броуновской частицы Перрен получил значения постоянной Больцмана и число Авогадро, хорошо согласующиеся в пределах ошибок измерений со значениям, полученными другими методами.
- 1.Кинематика. Перемещение, скорость, ускорение.
- 2.Законы Ньютона
- 3.Закон сохранения импульса
- 4.Работа, кинетическая энергия
- 5.Потенциальные силы, потенциальная энергия, закон сохранения энергии
- 6.Гравитационное поле, потенциальная энергия гравитационного поля
- 7.Центральный удар, абсолютно упругий и абсолютно неупругий удар
- 8.Вращательное движение, угловая скорость, угловое ускорение
- 9.Момент инерции, момент сил, закон вращательного движения
- 10.Термодинамическое уравнение состояния идеального газа
- 11.Кинетическое уравнение состояния идеального газа, внутренняя энергия
- 12.Барометрическая формула Больцмана
- 13.Распределение Максвелла
- 14.Броуновское движение
- 15.Первое начало термодинамики. Работа, теплота ,внутренняя энергия.
- 16.Изобарический и изохорические процессы, теплоемкость в таких процессах
- 17.Изотермический и адиабатический процессы: реализация, работа и уравнения
- 18.Второе начало термодинамики, формулировки Томпсона и Клаузиуса
- 19.Цикл Карно
- Описание цикла Карно:
- 20.Энтропия: определение, закон возрастания энтропии
- 21.Процессы переноса, законы Фика и Фурье
- 22.Закон Кулона, напряженность электрического поля, закон суперпозиции
- 23.Опыт Милликена, заряд электрона.
- 24.Поле электрического диполя
- 25.Теорема Гаусса, примеры ее применения
- 26.Потенциал электрического поля
- 27.Проводники и диэлектрики во внешнем поле
- 28.Диэлектрики, диэлектрическая проницаемость, восприимчивость и вектор поляризации
- 29.Электрическое поле на границе диэлектриков
- 30.Электрическая ёмкость проводника, конденсатор
- 31.Энергия электрического поля