Ang Scottish botanist na si Robert Brown (kung minsan ang kanyang apelyido ay isinalin bilang Brown) sa kanyang buhay, bilang pinakamahusay na dalubhasa sa halaman, ay nakatanggap ng titulong "Prince of Botanists." Nakagawa siya ng maraming magagandang natuklasan. Noong 1805, pagkatapos ng apat na taong ekspedisyon sa Australia, dinala niya sa England ang humigit-kumulang 4,000 species ng mga halaman sa Australia na hindi alam ng mga siyentipiko at gumugol ng maraming taon sa pag-aaral ng mga ito. Inilarawan ang mga halaman na dinala mula sa Indonesia at Central Africa. Nag-aral siya ng pisyolohiya ng halaman at sa unang pagkakataon ay inilarawan nang detalyado ang nucleus ng isang selula ng halaman. Ginawa siyang honorary member ng St. Petersburg Academy of Sciences. Ngunit ang pangalan ng siyentipiko ay kilala ngayon hindi dahil sa mga gawaing ito.

Noong 1827 nagsagawa si Brown ng pananaliksik sa pollen ng halaman. Siya ay partikular na interesado sa kung paano nakikilahok ang pollen sa proseso ng pagpapabunga. Minsan ay tumingin siya sa ilalim ng mikroskopyo sa mga pollen cell mula sa isang halaman sa North America. Clarkia pulchella(medyo clarkia) mahahabang butil ng cytoplasmic na nasuspinde sa tubig. Biglang nakita ni Brown na ang pinakamaliit na solidong butil, na halos hindi makita sa isang patak ng tubig, ay patuloy na nanginginig at lumilipat sa isang lugar. Nalaman niya na ang mga paggalaw na ito, sa kanyang mga salita, "ay hindi nauugnay sa alinman sa mga daloy sa likido o sa unti-unting pagsingaw nito, ngunit likas sa mga particle mismo."

Ang obserbasyon ni Brown ay kinumpirma ng ibang mga siyentipiko. Ang pinakamaliit na particle ay kumikilos na parang buhay, at ang "sayaw" ng mga particle ay bumilis sa pagtaas ng temperatura at pagbaba ng laki ng butil at malinaw na bumagal kapag pinapalitan ang tubig ng mas malapot na daluyan. Ang kamangha-manghang kababalaghan na ito ay hindi tumigil: maaari itong maobserbahan hangga't ninanais. Noong una, naisip pa ni Brown na ang mga buhay na nilalang ay talagang nahulog sa larangan ng mikroskopyo, lalo na dahil ang pollen ay ang mga male reproductive cell ng mga halaman, ngunit mayroon ding mga particle mula sa mga patay na halaman, kahit na mula sa mga natuyo isang daang taon na ang nakaraan sa mga herbarium. Pagkatapos ay naisip ni Brown kung ang mga ito ay "elementarya na mga molekula ng mga nabubuhay na nilalang", tungkol sa kung saan ang sikat na French naturalist na si Georges Buffon (1707–1788), may-akda ng isang 36-volume na libro, ay nagsalita. Likas na kasaysayan. Ang palagay na ito ay nahulog nang magsimulang suriin ni Brown ang mga tila walang buhay na bagay; sa una ito ay napakaliit na mga particle ng karbon, pati na rin ang uling at alikabok mula sa hangin ng London, pagkatapos ay pino ang giniling na mga inorganikong sangkap: salamin, maraming iba't ibang mga mineral. "Ang mga aktibong molekula" ay nasa lahat ng dako: "Sa bawat mineral," ang isinulat ni Brown, "na nagtagumpay akong durugin sa isang lawak na maaari itong masuspinde sa tubig nang ilang panahon, natagpuan ko, sa mas malaki o mas maliit na dami, ang mga molekulang ito. ."

Dapat sabihin na si Brown ay walang anumang pinakabagong mikroskopyo. Sa kanyang artikulo, partikular niyang idiniin na mayroon siyang ordinaryong biconvex lens, na ginamit niya sa loob ng ilang taon. At sinabi pa niya: "Sa buong pag-aaral, patuloy kong ginamit ang parehong mga lente kung saan ko sinimulan ang trabaho, upang bigyan ng higit na kredibilidad ang aking mga pahayag at gawin itong madaling makuha hangga't maaari sa mga ordinaryong obserbasyon."

Ngayon, upang ulitin ang obserbasyon ni Brown, sapat na ang magkaroon ng isang hindi masyadong malakas na mikroskopyo at gamitin ito upang suriin ang usok sa isang itim na kahon, na iluminado sa isang butas sa gilid na may sinag ng matinding liwanag. Sa isang gas, ang kababalaghan ay nagpapakita ng sarili nang mas malinaw kaysa sa isang likido: ang maliliit na piraso ng abo o uling (depende sa pinagmulan ng usok) ay nakikita, nagkakalat ng liwanag, at patuloy na tumatalon pabalik-balik.

Gaya ng madalas na nangyayari sa agham, pagkaraan ng maraming taon, natuklasan ng mga istoryador na noong 1670, ang imbentor ng mikroskopyo, ang Dutchman na si Antonie Leeuwenhoek, ay tila napansin ang isang katulad na kababalaghan, ngunit ang pambihira at di-kasakdalan ng mga mikroskopyo, ang embryonic na estado ng molekular na agham noong panahong iyon. hindi nakaakit ng pansin sa obserbasyon ni Leeuwenhoek, samakatuwid ang pagtuklas ay wastong iniuugnay kay Brown, na siyang unang nag-aral at naglalarawan nito nang detalyado.

Brownian motion at atomic-molecular theory.

Ang kababalaghang naobserbahan ni Brown ay mabilis na nakilala. Siya mismo ang nagpakita ng kanyang mga eksperimento sa maraming kasamahan (naglista si Brown ng dalawang dosenang pangalan). Ngunit hindi maipaliwanag ni Brown mismo o ng maraming iba pang mga siyentipiko sa loob ng maraming taon ang mahiwagang hindi pangkaraniwang bagay na ito, na tinawag na "Kilusang Brownian". Ang mga paggalaw ng mga particle ay ganap na random: ang mga sketch ng kanilang mga posisyon na ginawa sa iba't ibang mga punto sa oras (halimbawa, bawat minuto) ay hindi naging posible sa unang tingin na makahanap ng anumang pattern sa mga paggalaw na ito.

Ang paliwanag ng Brownian motion (gaya ng tawag sa phenomenon na ito) sa pamamagitan ng paggalaw ng mga di-nakikitang molekula ay ibinigay lamang sa huling quarter ng ika-19 na siglo, ngunit hindi agad tinanggap ng lahat ng mga siyentipiko. Noong 1863, iminungkahi ng isang guro ng descriptive geometry mula sa Karlsruhe (Germany), Ludwig Christian Wiener (1826–1896), na ang phenomenon ay nauugnay sa oscillatory movements ng invisible atoms. Ito ang una, bagama't napakalayo sa modernong, paliwanag ng Brownian motion sa pamamagitan ng mga katangian ng mga atomo at molekula mismo. Mahalaga na nakita ni Wiener ang pagkakataon na gamitin ang hindi pangkaraniwang bagay na ito upang maarok ang mga lihim ng istraktura ng bagay. Siya ang unang sumubok na sukatin ang bilis ng paggalaw ng mga particle ng Brownian at ang pagtitiwala nito sa kanilang sukat. Nakakapagtaka na noong 1921 Mga ulat ng US National Academy of Sciences Ang isang gawain ay nai-publish sa Brownian motion ng isa pang Wiener - Norbert, ang sikat na tagapagtatag ng cybernetics.

Ang mga ideya ng L.K. Wiener ay tinanggap at binuo ng isang bilang ng mga siyentipiko - Sigmund Exner sa Austria (at 33 taon mamaya - ang kanyang anak na si Felix), Giovanni Cantoni sa Italya, Karl Wilhelm Negeli sa Germany, Louis Georges Gouy sa France, tatlong Belgian pari. - Jesuits Carbonelli, Delso at Tirion at iba pa. Kabilang sa mga siyentipikong ito ang naging sikat na Ingles na pisiko at chemist na si William Ramsay. Unti-unting naging malinaw na ang pinakamaliit na butil ng materya ay tinatamaan mula sa lahat ng panig ng kahit na mas maliit na mga particle, na hindi na nakikita sa pamamagitan ng mikroskopyo - tulad ng mga alon na umuuga sa isang malayong bangka ay hindi nakikita mula sa baybayin, habang ang mga paggalaw ng bangka. mismo ay nakikita nang malinaw. Tulad ng isinulat nila sa isa sa mga artikulo noong 1877, "...ang batas ng malalaking numero ay hindi na binabawasan ang epekto ng mga banggaan sa average na pare-parehong presyon; ang kanilang resulta ay hindi na magiging katumbas ng zero, ngunit patuloy na babaguhin ang direksyon nito at magnitude.”

Sa husay, ang larawan ay medyo makatwiran at kahit na visual. Ang isang maliit na sanga o isang surot, na itinulak (o hinila) sa iba't ibang direksyon ng maraming mga langgam, ay dapat gumalaw sa humigit-kumulang sa parehong paraan. Ang mas maliliit na particle na ito ay talagang nasa bokabularyo ng mga siyentipiko, ngunit walang nakakita sa kanila. Tinatawag silang mga molekula; Isinalin mula sa Latin, ang salitang ito ay nangangahulugang "maliit na masa." Nakapagtataka, ito mismo ang paliwanag na ibinigay sa isang katulad na kababalaghan ng Romanong pilosopo na si Titus Lucretius Carus (c. 99–55 BC) sa kanyang tanyag na tula Tungkol sa kalikasan ng mga bagay. Sa loob nito, tinawag niya ang pinakamaliit na mga particle na hindi nakikita ng mata bilang "mga primordial na prinsipyo" ng mga bagay.

Ang mga prinsipyo ng mga bagay ay unang gumagalaw sa kanilang sarili,
Kasunod nila ang mga katawan mula sa kanilang pinakamaliit na kumbinasyon,
Isara, kumbaga, sa lakas sa mga pangunahing prinsipyo,
Nakatago mula sa kanila, tumatanggap ng mga pagkabigla, nagsimula silang magsikap,
Ang kanilang mga sarili ay lumipat, pagkatapos ay hinihikayat ang mas malalaking katawan.
Kaya, simula sa simula, ang paggalaw ay unti-unti
Nakakaantig ito sa ating mga damdamin at nagiging nakikita rin
Sa amin at sa mga butil ng alikabok na gumagalaw sa sikat ng araw,
Kahit na ang mga panginginig kung saan ito nanggagaling ay hindi mahahalata...

Kasunod nito, naging mali si Lucretius: imposibleng obserbahan ang paggalaw ng Brown sa mata, at ang mga particle ng alikabok sa isang sinag ng araw na tumagos sa isang madilim na silid na "sayaw" dahil sa mga paggalaw ng vortex ng hangin. Ngunit sa panlabas ang parehong phenomena ay may ilang pagkakatulad. At sa ika-19 na siglo lamang. Naging malinaw sa maraming siyentipiko na ang paggalaw ng mga particle ng Brown ay sanhi ng mga random na epekto ng mga molekula ng medium. Ang mga gumagalaw na molekula ay bumabangga sa mga particle ng alikabok at iba pang solidong particle na nasa tubig. Kung mas mataas ang temperatura, mas mabilis ang paggalaw. Kung ang isang maliit na butil ng alikabok ay malaki, halimbawa, ay may sukat na 0.1 mm (ang diameter ay isang milyong beses na mas malaki kaysa sa isang molekula ng tubig), kung gayon maraming sabay-sabay na epekto dito mula sa lahat ng panig ay kapwa balanse at halos hindi "pakiramdam" sa kanila - humigit-kumulang kapareho ng isang piraso ng kahoy na kasing laki ng isang plato ay hindi "maramdaman" ang pagsisikap ng maraming langgam na hihilahin o itulak ito sa iba't ibang direksyon. Kung ang dust particle ay medyo maliit, ito ay lilipat sa isang direksyon o sa isa pa sa ilalim ng impluwensya ng mga epekto mula sa mga nakapaligid na molekula.

Ang mga particle ng Brownian ay may sukat ng pagkakasunud-sunod na 0.1-1 μm, i.e. mula sa isang libo hanggang isang sampung libo ng isang milimetro, kung kaya't natukoy ni Brown ang kanilang paggalaw dahil tinitingnan niya ang maliliit na butil ng cytoplasmic, at hindi ang pollen mismo (na kadalasang nagkakamali sa pagkakasulat). Ang problema ay ang mga pollen cell ay masyadong malaki. Kaya, sa meadow grass pollen, na dinadala ng hangin at nagiging sanhi ng mga allergic na sakit sa mga tao (hay fever), ang laki ng cell ay karaniwang nasa hanay na 20 - 50 microns, i.e. sila ay masyadong malaki upang pagmasdan ang Brownian motion. Mahalaga rin na tandaan na ang mga indibidwal na paggalaw ng isang Brownian particle ay nangyayari nang napakadalas at sa napakaikling distansya, kaya imposibleng makita ang mga ito, ngunit sa ilalim ng mikroskopyo, ang mga paggalaw na naganap sa isang tiyak na tagal ng panahon ay makikita.

Tila ang mismong katotohanan ng pagkakaroon ng Brownian motion ay malinaw na pinatunayan ang molekular na istraktura ng bagay, ngunit kahit na sa simula ng ika-20 siglo. Mayroong mga siyentipiko, kabilang ang mga physicist at chemist, na hindi naniniwala sa pagkakaroon ng mga molekula. Ang teorya ng atomic-molecular ay dahan-dahan lamang at nahihirapang nakilala. Kaya, ang nangungunang French organic chemist na si Marcelin Berthelot (1827–1907) ay sumulat: “Ang konsepto ng isang molekula, mula sa pananaw ng ating kaalaman, ay hindi tiyak, habang ang isa pang konsepto - isang atom - ay puro hypothetical." Ang tanyag na Pranses na chemist na si A. Saint-Clair Deville (1818–1881) ay nagsalita nang higit na malinaw: “Hindi ko tinatanggap ang batas ni Avogadro, ni ang isang atom, ni ang isang molekula, dahil tumanggi akong maniwala sa hindi ko nakikita o nakikita. ” At ang German physical chemist na si Wilhelm Ostwald (1853–1932), Nobel Prize laureate, isa sa mga tagapagtatag ng physical chemistry, noong unang bahagi ng ika-20 siglo. determinadong itinanggi ang pagkakaroon ng mga atomo. Nagawa niyang magsulat ng tatlong-volume na aklat-aralin sa kimika kung saan ang salitang "atom" ay hindi man lang nabanggit. Sa pagsasalita noong Abril 19, 1904, kasama ang isang malaking ulat sa Royal Institution sa mga miyembro ng English Chemical Society, sinubukan ni Ostwald na patunayan na ang mga atomo ay hindi umiiral, at "ang tinatawag nating materya ay isang koleksyon lamang ng mga enerhiya na pinagsama-sama sa isang naibigay na lugar.”

Ngunit kahit na ang mga physicist na tumanggap sa teorya ng molekular ay hindi makapaniwala na ang bisa ng teorya ng atomic-molecular ay napatunayan sa isang simpleng paraan, kaya ang iba't ibang mga alternatibong dahilan ay iniharap upang ipaliwanag ang phenomenon. At ito ay lubos sa diwa ng agham: hanggang sa ang sanhi ng isang kababalaghan ay hindi malinaw na natukoy, posible (at kahit na kinakailangan) na ipalagay ang iba't ibang mga hypotheses, na dapat, kung maaari, ay masuri sa eksperimento o teoretikal. Kaya, noong 1905, isang maikling artikulo ng propesor sa pisika ng St. Petersburg na si N.A. Gezehus, guro ng sikat na akademikong si A.F. Ioffe, ay inilathala sa Brockhaus at Efron Encyclopedic Dictionary. Isinulat ni Gesehus na, ayon sa ilang siyentipiko, ang Brownian motion ay sanhi ng "liwanag o init na mga sinag na dumadaan sa isang likido," at bumubuhos ito sa "mga simpleng daloy sa loob ng isang likido na walang kinalaman sa paggalaw ng mga molekula," at ang mga daloy na ito. maaaring sanhi ng "pagsingaw, pagsasabog at iba pang dahilan." Pagkatapos ng lahat, alam na na ang isang halos katulad na paggalaw ng mga particle ng alikabok sa hangin ay sanhi ng tiyak na mga daloy ng vortex. Ngunit ang paliwanag na ibinigay ni Gesehus ay madaling mapabulaanan sa eksperimentong paraan: kung titingnan mo ang dalawang Brownian na particle na napakalapit sa isa't isa sa pamamagitan ng isang malakas na mikroskopyo, ang kanilang mga paggalaw ay magiging ganap na independyente. Kung ang mga paggalaw na ito ay sanhi ng anumang mga daloy sa likido, kung gayon ang mga kalapit na particle ay kikilos nang magkakasabay.

Teorya ng Brownian motion.

Sa simula ng ika-20 siglo. karamihan sa mga siyentipiko ay naunawaan ang molekular na katangian ng Brownian motion. Ngunit ang lahat ng mga paliwanag ay nanatiling puro qualitative; walang quantitative theory ang makatiis sa experimental testing. Bilang karagdagan, ang mga pang-eksperimentong resulta mismo ay hindi malinaw: ang kamangha-manghang panoorin ng walang tigil na rumaragasang mga particle ay nagpa-hypnotize sa mga eksperimento, at hindi nila alam kung anong mga katangian ng phenomenon ang kailangang sukatin.

Sa kabila ng maliwanag na kumpletong kaguluhan, posible pa ring ilarawan ang mga random na paggalaw ng mga particle ng Brown sa pamamagitan ng isang mathematical na relasyon. Sa unang pagkakataon, isang mahigpit na paliwanag ng Brownian motion ang ibinigay noong 1904 ng Polish physicist na si Marian Smoluchowski (1872–1917), na noong mga taong iyon ay nagtrabaho sa Lviv University. Kasabay nito, ang teorya ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay binuo ni Albert Einstein (1879–1955), isang hindi kilalang eksperto sa 2nd class noon sa Patent Office ng Swiss city of Bern. Ang kanyang artikulo, na inilathala noong Mayo 1905 sa journal ng Aleman na Annalen der Physik, ay pinamagatang Sa paggalaw ng mga particle na nasuspinde sa isang likido sa pamamahinga, na kinakailangan ng molecular kinetic theory ng init. Sa pangalang ito, nais ni Einstein na ipakita na ang molecular kinetic theory ng istruktura ng matter ay kinakailangang nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng random na paggalaw ng pinakamaliit na solid particle sa mga likido.

Nakapagtataka na sa simula pa lang ng artikulong ito, isinulat ni Einstein na pamilyar siya sa kababalaghan mismo, kahit na mababaw: "Posible na ang mga paggalaw na pinag-uusapan ay magkapareho sa tinatawag na Brownian molecular motion, ngunit ang data na makukuha. para sa akin tungkol sa huli ay hindi tumpak na hindi ako makapagbalangkas ng isang tiyak na opinyon ito.” At pagkaraan ng mga dekada, nasa huling bahagi na ng kanyang buhay, si Einstein ay sumulat ng isang bagay na naiiba sa kanyang mga memoir - na hindi niya alam ang tungkol sa Brownian motion at talagang "muling natuklasan" ito na puro theoretically: "Hindi alam na ang mga obserbasyon ng "Brownian motion" ay matagal na. Nalaman ko, natuklasan ko na ang teorya ng atomic ay humahantong sa pagkakaroon ng nakikitang paggalaw ng mga microscopic na nasuspinde na mga particle." Magkagayunman, ang teoretikal na artikulo ni Einstein ay nagtapos sa isang direktang tawag sa mga eksperimento upang subukan ang kanyang mga konklusyon sa eksperimento: "Kung ang sinumang mananaliksik ay makakasagot sa lalong madaling panahon. ang mga tanong na itinaas dito ay mga tanong!" – tinapos niya ang kanyang artikulo sa isang hindi pangkaraniwang tandang.

Ang sagot sa madamdaming apela ni Einstein ay hindi nagtagal.

Ayon sa teoryang Smoluchowski-Einstein, ang average na halaga ng squared displacement ng isang Brownian particle ( s 2) para sa oras t direktang proporsyonal sa temperatura T at inversely proporsyonal sa lagkit ng likido h, laki ng butil r at ang pare-pareho ni Avogadro

N A: s 2 = 2RTt/6ph rN A,

saan R- pare-pareho ang gas. Kaya, kung sa 1 minuto ang isang particle na may diameter na 1 μm ay gumagalaw ng 10 μm, pagkatapos ay sa 9 minuto - sa pamamagitan ng 10 = 30 μm, sa 25 minuto - sa pamamagitan ng 10 = 50 μm, atbp. Sa ilalim ng katulad na mga kondisyon, ang isang particle na may diameter na 0.25 μm sa parehong mga yugto ng panahon (1, 9 at 25 min) ay lilipat ng 20, 60 at 100 μm, ayon sa pagkakabanggit, dahil = 2. Mahalaga na ang formula sa itaas ay kasama Ang pare-pareho ni Avogadro, na kung kaya , ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng mga quantitative measurements ng paggalaw ng isang Brownian particle, na ginawa ng French physicist na si Jean Baptiste Perrin (1870–1942).

Noong 1908, sinimulan ni Perrin ang dami ng mga obserbasyon sa paggalaw ng mga particle ng Brown sa ilalim ng mikroskopyo. Gumamit siya ng ultramicroscope, na naimbento noong 1902, na naging posible upang makita ang pinakamaliit na particle sa pamamagitan ng pagsasabog ng liwanag sa mga ito mula sa isang malakas na side illuminator. Si Perrin ay nakakuha ng maliliit na bola na halos spherical na hugis at humigit-kumulang sa parehong laki mula sa gum, ang condensed sap ng ilang tropikal na puno (ito ay ginagamit din bilang dilaw na watercolor na pintura). Ang maliliit na butil na ito ay nasuspinde sa gliserol na naglalaman ng 12% na tubig; pinipigilan ng malapot na likido ang paglitaw ng mga panloob na daloy sa loob nito na magpapalabo sa larawan. Gamit ang isang stopwatch, binanggit ni Perrin at pagkatapos ay i-sketch (siyempre, sa isang pinalaki na sukat) sa isang naka-graph na sheet ng papel ang posisyon ng mga particle sa mga regular na pagitan, halimbawa, bawat kalahating minuto. Sa pamamagitan ng pagkonekta sa mga nagresultang punto sa mga tuwid na linya, nakakuha siya ng masalimuot na mga tilapon, ang ilan sa mga ito ay ipinapakita sa figure (kinuha sila mula sa aklat ni Perrin Mga atomo, na inilathala noong 1920 sa Paris). Ang ganitong magulong, hindi maayos na paggalaw ng mga particle ay humahantong sa katotohanan na sila ay gumagalaw sa kalawakan na medyo mabagal: ang kabuuan ng mga segment ay mas malaki kaysa sa pag-aalis ng butil mula sa unang punto hanggang sa huli.

Magkakasunod na posisyon tuwing 30 segundo ng tatlong Brownian particle - mga gum ball na may sukat na humigit-kumulang 1 micron. Ang isang cell ay tumutugma sa layo na 3 µm. Kung matutukoy ni Perrin ang posisyon ng mga Brownian particle hindi pagkatapos ng 30, ngunit pagkatapos ng 3 segundo, ang mga tuwid na linya sa pagitan ng bawat kalapit na punto ay magiging parehong kumplikadong zigzag na sirang linya, sa mas maliit na sukat lamang.

Gamit ang teoretikal na formula at ang kanyang mga resulta, nakuha ni Perrin ang isang halaga para sa numero ni Avogadro na medyo tumpak para sa panahong iyon: 6.8 . 10 23 . Gumamit din si Perrin ng mikroskopyo upang pag-aralan ang patayong distribusyon ng mga Brownian particle ( cm. AVOGADRO'S LAW) at ipinakita na, sa kabila ng pagkilos ng grabidad, nananatili silang suspendido sa solusyon. May-ari din si Perrin ng iba pang mahahalagang gawa. Noong 1895, pinatunayan niya na ang mga cathode ray ay mga negatibong singil sa kuryente (mga electron), at noong 1901 una niyang iminungkahi ang isang planetaryong modelo ng atom. Noong 1926 siya ay iginawad sa Nobel Prize sa Physics.

Ang mga resulta na nakuha ni Perrin ay nakumpirma ang teoretikal na konklusyon ni Einstein. Gumawa ito ng malakas na impresyon. Gaya ng isinulat ng Amerikanong pisiko na si A. Pais pagkaraan ng maraming taon, “hindi ka tumitigil sa pagkamangha sa resultang ito, na nakuha sa simpleng paraan: sapat na upang maghanda ng suspensyon ng mga bola, na ang laki nito ay malaki kumpara sa laki. ng mga simpleng molekula, kumuha ng stopwatch at mikroskopyo, at matutukoy mo ang pare-pareho ng Avogadro!” Maaaring magulat din ang isa: ang mga paglalarawan ng mga bagong eksperimento sa Brownian motion ay lumalabas pa rin sa mga siyentipikong journal (Nature, Science, Journal of Chemical Education) paminsan-minsan! Pagkatapos ng paglalathala ng mga resulta ni Perrin, inamin ni Ostwald, isang dating kalaban ng atomismo, na “ang pagkakaisa ng Brownian motion sa mga kinakailangan ng kinetic hypothesis... ngayon ay nagbibigay sa pinakamaingat na siyentipiko ng karapatang magsalita tungkol sa eksperimentong patunay ng atomic theory ng bagay. Kaya, ang teoryang atomiko ay itinaas sa ranggo ng isang siyentipikong teoryang may matatag na pundasyon.” Siya ay sinasalita ng Pranses na matematiko at pisisista na si Henri Poincaré: “Ang napakatalino na pagpapasiya ng bilang ng mga atomo ni Perrin ay nagtapos sa tagumpay ng atomismo... Ang atom ng mga chemist ay naging isang katotohanan na ngayon.”

Brownian motion at diffusion.

Ang paggalaw ng mga particle ng Brown ay halos kapareho sa hitsura sa paggalaw ng mga indibidwal na molekula bilang resulta ng kanilang thermal motion. Ang kilusang ito ay tinatawag na diffusion. Bago pa man ang gawain nina Smoluchowski at Einstein, ang mga batas ng molecular motion ay itinatag sa pinakasimpleng kaso ng gaseous state of matter. Ito ay lumabas na ang mga molekula sa mga gas ay gumagalaw nang napakabilis - sa bilis ng isang bala, ngunit hindi sila makakalipad ng malayo, dahil madalas silang bumangga sa iba pang mga molekula. Halimbawa, ang mga molekula ng oxygen at nitrogen sa hangin, na gumagalaw sa average na bilis na humigit-kumulang 500 m/s, ay nakakaranas ng higit sa isang bilyong banggaan bawat segundo. Samakatuwid, ang landas ng molekula, kung posible na sundin ito, ay magiging isang kumplikadong putol na linya. Ang mga brownian particle ay naglalarawan din ng isang katulad na tilapon kung ang kanilang posisyon ay naitala sa ilang mga agwat ng oras. Ang parehong diffusion at Brownian motion ay isang kinahinatnan ng magulong thermal motion ng mga molekula at samakatuwid ay inilalarawan ng magkatulad na mga relasyon sa matematika. Ang pagkakaiba ay ang mga molekula sa mga gas ay gumagalaw sa isang tuwid na linya hanggang sa bumangga sila sa iba pang mga molekula, pagkatapos nito ay nagbabago sila ng direksyon. Ang isang Brownian particle, hindi tulad ng isang molekula, ay hindi nagsasagawa ng anumang "libreng flight", ngunit nakakaranas ng napakadalas na maliit at hindi regular na "mga jitters", bilang isang resulta kung saan ito ay magulo na lumilipat sa isang direksyon o sa iba pa. Ipinakita ng mga kalkulasyon na para sa isang particle na 0.1 µm ang laki, ang isang paggalaw ay nangyayari sa tatlong bilyong bahagi ng isang segundo sa layong 0.5 nm lamang (1 nm = 0.001 µm). Ayon sa isang may-akda, ito ay nakapagpapaalaala sa paglipat ng isang walang laman na lata ng beer sa isang parisukat kung saan maraming tao ang nagtipon.

Ang pagsasabog ay mas madaling obserbahan kaysa sa Brownian motion, dahil hindi ito nangangailangan ng isang mikroskopyo: ang mga paggalaw ay sinusunod hindi ng mga indibidwal na mga particle, ngunit sa kanilang malaking masa, kailangan mo lamang na tiyakin na ang pagsasabog ay hindi superimposed sa pamamagitan ng convection - paghahalo ng bagay bilang isang resulta ng mga daloy ng puyo ng tubig (madaling mapansin ang mga ganitong daloy, paglalagay ng isang patak ng isang kulay na solusyon, tulad ng tinta, sa isang baso ng mainit na tubig).

Ang pagsasabog ay maginhawa upang obserbahan sa makapal na gels. Ang ganitong gel ay maaaring ihanda, halimbawa, sa isang penicillin jar sa pamamagitan ng paghahanda ng 4-5% gelatin solution dito. Ang gelatin ay dapat munang bumukol sa loob ng ilang oras, at pagkatapos ay ganap itong matunaw sa pamamagitan ng pagpapakilos sa pamamagitan ng pagpapababa ng garapon sa mainit na tubig. Pagkatapos ng paglamig, ang isang hindi dumadaloy na gel ay nakuha sa anyo ng isang transparent, bahagyang maulap na masa. Kung, gamit ang matalim na sipit, maingat mong ipasok ang isang maliit na kristal ng potassium permanganate ("potassium permanganate") sa gitna ng masa na ito, ang kristal ay mananatiling nakabitin sa lugar kung saan ito naiwan, dahil pinipigilan ito ng gel na mahulog. Sa loob ng ilang minuto, magsisimulang tumubo ang isang kulay violet na bola sa paligid ng kristal; sa paglipas ng panahon, ito ay nagiging mas malaki at mas malaki hanggang sa ang mga dingding ng garapon ay masira ang hugis nito. Ang parehong resulta ay maaaring makuha gamit ang isang kristal ng tansong sulpate, tanging sa kasong ito ang bola ay hindi lilang, ngunit asul.

Malinaw kung bakit lumabas ang bola: MnO 4 – nabuo ang mga ion kapag natunaw ang kristal, napupunta sa solusyon (pangunahing tubig ang gel) at, bilang resulta ng pagsasabog, gumagalaw nang pantay-pantay sa lahat ng direksyon, habang ang gravity ay halos walang epekto sa rate ng pagsasabog. Ang pagsasabog sa likido ay napakabagal: aabutin ng maraming oras para lumaki ang bola ng ilang sentimetro. Sa mga gas, ang pagsasabog ay mas mabilis, ngunit gayon pa man, kung ang hangin ay hindi halo-halong, ang amoy ng pabango o ammonia ay kumakalat sa silid nang maraming oras.

Brownian motion theory: random na paglalakad.

Ipinapaliwanag ng teoryang Smoluchowski–Einstein ang mga batas ng parehong diffusion at Brownian motion. Maaari nating isaalang-alang ang mga pattern na ito gamit ang halimbawa ng diffusion. Kung ang bilis ng molekula ay u, pagkatapos, gumagalaw sa isang tuwid na linya, sa oras t pupunta sa malayo L = ut, ngunit dahil sa mga banggaan sa iba pang mga molekula, ang molekula na ito ay hindi gumagalaw sa isang tuwid na linya, ngunit patuloy na nagbabago sa direksyon ng paggalaw nito. Kung posible na i-sketch ang landas ng isang molekula, sa panimula ay hindi ito naiiba sa mga guhit na nakuha ni Perrin. Mula sa mga figure na ito ay malinaw na dahil sa magulong paggalaw ang molekula ay inilipat sa isang distansya s, makabuluhang mas mababa kaysa sa L. Ang mga dami na ito ay nauugnay sa kaugnayan s= , kung saan ang l ay ang distansya na lumilipad ang isang molekula mula sa isang banggaan patungo sa isa pa, ang ibig sabihin ng libreng landas. Ipinakita ng mga sukat na para sa mga molekula ng hangin sa normal na presyon ng atmospera l ~ 0.1 μm, na nangangahulugan na sa bilis na 500 m/s isang molekula ng nitrogen o oxygen ay lilipad sa distansya sa loob ng 10,000 segundo (mas mababa sa tatlong oras) L= 5000 km, at lilipat lamang mula sa orihinal na posisyon s= 0.7 m (70 cm), kaya naman ang mga substance ay gumagalaw nang napakabagal dahil sa diffusion, kahit na sa mga gas.

Ang landas ng isang molekula bilang resulta ng diffusion (o ang landas ng isang Brownian particle) ay tinatawag na random na paglalakad. Muling binigyang-kahulugan ng mga matalinong pisiko ang pananalitang ito bilang lakad ng lasenggo - “ang landas ng isang lasenggo.” Sa katunayan, ang paggalaw ng isang particle mula sa isang posisyon patungo sa isa pa (o ang landas ng isang molekula na sumasailalim sa maraming banggaan) ay kahawig ng paggalaw ng isang lasing. ang pagkakatulad na ito ay nagbibigay-daan din sa isa na maghinuha nang simple ang pangunahing equation ng naturang proseso ay batay sa halimbawa ng one-dimensional na paggalaw, na madaling i-generalize sa tatlong-dimensional.

Ipagpalagay na ang isang mabangis na mandaragat ay lumabas sa isang tavern nang hating-gabi at nagtungo sa kalye. Nang tinahak niya ang landas 1 patungo sa pinakamalapit na parol, nagpahinga siya at nagpunta... alinman sa karagdagang, sa susunod na parol, o pabalik, sa tavern - pagkatapos ng lahat, hindi niya naaalala kung saan siya nanggaling. Ang tanong, iiwan pa ba niya ang zucchini, o magpapagala-gala lang siya, ngayon papalayo, ngayon ay papalapit dito? (Ang isa pang bersyon ng problema ay nagsasaad na may maruruming kanal sa magkabilang dulo ng kalye, kung saan nagtatapos ang mga streetlight, at nagtatanong kung maiiwasan ba ng marino ang pagkahulog sa isa sa mga ito.) Sa madaling salita, tila tama ang pangalawang sagot. Ngunit ito ay hindi tama: lumalabas na ang mandaragat ay unti-unting lilipat nang palayo sa zero point, kahit na mas mabagal kaysa sa kung siya ay lumakad lamang sa isang direksyon. Narito kung paano ito patunayan.

Ang pagkakaroon ng nakapasa sa unang pagkakataon sa pinakamalapit na lampara (sa kanan o sa kaliwa), ang mandaragat ay nasa malayo. s 1 = ± l mula sa panimulang punto. Dahil interesado lamang tayo sa distansya nito mula sa puntong ito, ngunit hindi sa direksyon nito, aalisin natin ang mga palatandaan sa pamamagitan ng pag-squaring ng expression na ito: s 1 2 = l 2. Pagkaraan ng ilang oras, ang mandaragat, na natapos na N"paglalakbay", ay nasa malayo

s N= sa simula. At muling naglakad (sa isang direksyon) patungo sa pinakamalapit na parol, sa malayo s N+1 = s N± l, o, gamit ang parisukat ng displacement, s 2 N+1 = s 2 N± 2 s N l + l 2. Kung inuulit ng mandaragat ang paggalaw na ito ng maraming beses (mula sa N dati N+ 1), pagkatapos bilang isang resulta ng pag-average (ito ay pumasa na may pantay na posibilidad N ika-hakbang sa kanan o kaliwa), term ± 2 s N Kakanselahin ko, kaya s 2 N+1 = s2 N+ l 2> (ipinapahiwatig ng mga anggulong bracket ang average na halaga). L = 3600 m = 3.6 km, habang ang displacement mula sa zero point sa parehong oras ay magiging katumbas lamang ng s= = 190 m. Sa tatlong oras lilipas ito L= 10.8 km, at lilipat ng s= 330 m, atbp.

Trabaho u l sa resultang formula ay maihahambing sa diffusion coefficient, na, tulad ng ipinakita ng Irish physicist at mathematician na si George Gabriel Stokes (1819–1903), ay depende sa laki ng particle at sa lagkit ng medium. Batay sa mga katulad na pagsasaalang-alang, nakuha ni Einstein ang kanyang equation.

Ang teorya ng Brownian motion sa totoong buhay.

Ang teorya ng mga random na paglalakad ay may mahalagang praktikal na aplikasyon. Sinasabi nila na sa kawalan ng mga palatandaan (ang araw, mga bituin, ang ingay ng isang highway o riles, atbp.), Ang isang tao ay gumagala sa kagubatan, sa isang patlang sa isang bagyo ng niyebe o sa makapal na fog sa mga bilog, palaging bumabalik sa kanyang sarili. orihinal na lugar. Sa katunayan, hindi siya lumalakad sa mga bilog, ngunit humigit-kumulang sa parehong paraan na gumagalaw ang mga molekula o mga particle ng Brownian. Maaari siyang bumalik sa kanyang orihinal na lugar, ngunit sa pamamagitan lamang ng pagkakataon. Ngunit maraming beses siyang nagku-krus sa kanyang landas. Sinasabi rin nila na ang mga taong nagyelo sa isang snowstorm ay natagpuan "ilang kilometro" mula sa pinakamalapit na pabahay o kalsada, ngunit sa katotohanan ang tao ay walang pagkakataong maglakad sa kilometrong ito, at narito kung bakit.

Upang kalkulahin kung magkano ang lilipat ng isang tao bilang isang resulta ng mga random na paglalakad, kailangan mong malaman ang halaga ng l, i.e. ang distansya na maaaring lakarin ng isang tao sa isang tuwid na linya nang walang anumang palatandaan. Ang halagang ito ay sinukat ng Doctor of Geological and Mineralogical Sciences B.S. Gorobets sa tulong ng mga boluntaryo ng mag-aaral. Siyempre, hindi niya sila iniwan sa isang siksik na kagubatan o sa isang bukid na natatakpan ng niyebe, ang lahat ay mas simple - ang mag-aaral ay inilagay sa gitna ng isang walang laman na istadyum, nakapiring at hiniling na maglakad hanggang sa dulo ng football field sa kumpletong katahimikan (upang ibukod ang oryentasyon sa pamamagitan ng mga tunog). Ito ay lumabas na sa karaniwan ang mag-aaral ay lumakad sa isang tuwid na linya para lamang sa mga 20 metro (ang paglihis mula sa perpektong tuwid na linya ay hindi lalampas sa 5 °), at pagkatapos ay nagsimulang lumihis nang higit pa at higit pa mula sa orihinal na direksyon. Sa huli, huminto siya, malayo sa pag-abot sa gilid.

Hayaang maglakad ang isang tao (o sa halip, gumala) sa kagubatan sa bilis na 2 kilometro bawat oras (para sa isang kalsada ito ay napakabagal, ngunit para sa isang siksik na kagubatan ito ay napakabilis), kung gayon kung ang halaga ng l ay 20 metro, pagkatapos ay sa isang oras ay sasakupin niya ang 2 km, ngunit lilipat lamang ng 200 m, sa loob ng dalawang oras - mga 280 m, sa tatlong oras - 350 m, sa 4 na oras - 400 m, atbp. At gumagalaw sa isang tuwid na linya sa tulad ng bilis, ang isang tao ay maglalakad ng 8 kilometro sa loob ng 4 na oras , samakatuwid, sa mga tagubilin sa kaligtasan para sa field work mayroong sumusunod na panuntunan: kung ang mga palatandaan ay nawala, kailangan mong manatili sa lugar, mag-set up ng isang kanlungan at maghintay para sa katapusan ng masamang panahon (maaaring lumabas ang araw) o para sa tulong. Sa kagubatan, ang mga palatandaan - mga puno o mga palumpong - ay tutulong sa iyo na lumipat sa isang tuwid na linya, at sa bawat oras na kailangan mong manatili sa dalawang gayong palatandaan - isa sa harap, ang isa sa likod. Ngunit, siyempre, pinakamahusay na kumuha ng compass sa iyo ...

Ilya Leenson

Panitikan:

Mario Liozzi. Kasaysayan ng pisika. M., Mir, 1970
Kerker M. Brownian Movements at Molecular Reality Bago ang 1900. Journal of Chemical Education, 1974, vol. 51, No. 12
Leenson I.A. Mga reaksiyong kemikal. M., Astrel, 2002



Mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula……………………4

Bakit sinunog si Giordano Bruno?................................................ 7

Tinalikuran ba ni Galileo Galilei ang kanyang siyentipikong pananaw? .......... .............................. .. .....9

Bibliograpiya……………………………………………… ........................... .. .13

Brownian motion
Brownian motion, ang random na paggalaw ng maliliit na particle na nasuspinde sa isang likido o gas, na nagaganap sa ilalim ng impluwensya ng mga shocks mula sa mga molekula ng kapaligiran. Binuksan ni Robert kayumanggi noong 1827. Ang mga nasuspinde na particle, na makikita lamang sa ilalim ng mikroskopyo, ay gumagalaw nang hiwalay sa isa't isa at naglalarawan ng mga kumplikadong zigzag trajectory. Ang paggalaw ng Brownian ay hindi humina sa paglipas ng panahon at hindi nakasalalay sa mga kemikal na katangian ng daluyan. Ang intensity ng Brownian motion ay tumataas sa pagtaas ng temperatura ng medium at may pagbaba sa lagkit at laki ng particle nito.
Kapag pinagmamasdan ang Brownian motion, ang posisyon ng particle ay naitala sa mga regular na pagitan. Siyempre, sa pagitan ng mga obserbasyon ang particle ay hindi gumagalaw nang rectilinearly, ngunit ang pagkonekta ng sunud-sunod na mga posisyon na may mga tuwid na linya ay nagbibigay ng isang maginoo na larawan ng paggalaw.
Ang teorya ng Brownian motion ay nagpapaliwanag sa mga random na paggalaw ng isang particle sa pamamagitan ng pagkilos ng mga random na pwersa mula sa mga molekula at friction forces. Ang random na katangian ng puwersa ay nangangahulugan na ang pagkilos nito sa pagitan ng oras t 1 ay ganap na independiyente sa pagkilos sa pagitan ng t 2 kung ang mga pagitan na ito ay hindi magkakapatong. Ang average na puwersa sa isang sapat na mahabang panahon ay zero, at ang average na displacement ng Brownian particle ay nagiging zero din.
Ang teorya ng Brownian motion ay may mahalagang papel sa pundasyon ng statistical mechanics. Bilang karagdagan, mayroon din itong praktikal na kahalagahan. Una sa lahat, nililimitahan ng Brownian motion ang katumpakan ng mga instrumento sa pagsukat. Halimbawa, ang limitasyon ng katumpakan ng mga pagbabasa ng isang mirror galvanometer ay tinutukoy ng vibration ng salamin, tulad ng isang Brownian particle na binomba ng mga molekula ng hangin. Tinutukoy ng mga batas ng Brownian motion ang random na paggalaw ng mga electron, na nagiging sanhi mga ingay sa mga de-koryenteng circuit. Mga pagkalugi ng dielectric sa dielectrics ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng mga random na paggalaw ng mga dipole molecule na bumubuo sa dielectric. Ang mga random na paggalaw ng mga ion sa mga solusyon sa electrolyte ay nagpapataas ng kanilang electrical resistance.
Mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula

Intermolecular interaction ay ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng electrically neutral mga molekula o atomo . Ang mga puwersa ng intermolecular na pakikipag-ugnayan ay isinasaalang-alang sa unang pagkakataonJ. D. van der Waals (1873 ) upang ipaliwanag ang mga katangian ng mga tunay na gas at likido.
Mga puwersa ng oryentasyon kumilos sa pagitan ng mga polar molecule, iyon ay, ang mga maymga sandali ng electric dipole. Ang puwersa ng atraksyon sa pagitan ng dalawang polar molecule ay pinakamalaki kapag ang kanilang dipole moments ay nakahanay sa parehong linya. Ang puwersang ito ay lumitaw dahil sa ang katunayan na ang mga distansya sa pagitan ng hindi katulad na mga singil ay bahagyang mas maliit kaysa sa pagitan ng mga katulad. Bilang isang resulta, ang pagkahumaling ng mga dipoles ay lumampas sa kanilang pagtanggi. Ang pakikipag-ugnayan ng mga dipole ay nakasalalay sa kanilang magkaparehong oryentasyon, at samakatuwid ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng dipole ay tinatawag oryentasyon. Ang magulong thermal motion ay patuloy na nagbabago sa oryentasyon ng mga polar molecule, ngunit, tulad ng ipinapakita ng mga kalkulasyon, ang average na halaga ng puwersa sa lahat ng posibleng oryentasyon ay may isang tiyak na halaga na hindi katumbas ng zero.

Inductive (o polarization) na pwersa kumikilos sa pagitan ng mga molekulang polar at nonpolar. Lumilikha ang isang polar moleculeelectric field, na nagpo-polarize ng isang molekula na may mga singil sa kuryente na pantay na ipinamamahagi sa buong volume. Ang mga positibong singil ay inilipat sa direksyon ng electric field (iyon ay, malayo sa positibong poste), at ang mga negatibong singil ay inilipat laban sa (patungo sa positibong poste). Bilang resulta, ang isang dipole moment ay na-induce sa isang nonpolar molecule.
Ang enerhiya na ito ay tinatawag pagtatalaga sa tungkulin, dahil lumilitaw ito dahil sa polariseysyon ng mga molekula na dulot ngelectrostatic induction. Mga puwersang induktibo ( F ind ?r? 7) kumilos din sa pagitan ng mga polar molecule.
Gumagana sa pagitan ng mga non-polar molecule dispersive intermolecular interaction. Ang likas na katangian ng pakikipag-ugnayan na ito ay ganap na nilinaw pagkatapos lamang ng paglikhaquantum mechanics. Sa mga atomo at molekula mga electron ilipat sa paligid ng nuclei sa isang kumplikadong paraan. Sa karaniwan sa paglipas ng panahon, ang mga dipole na sandali ng mga nonpolar na molekula ay nagiging zero. Ngunit sa bawat sandali ang mga electron ay sumasakop sa ilang posisyon. Samakatuwid, ang agarang halaga ng dipole moment (halimbawa, para sa isang hydrogen atom) ay iba sa zero. Ang isang agarang dipole ay lumilikha ng isang electric field na nagpo-polarize ng mga kalapit na molekula. Ang resulta ay isang pakikipag-ugnayan agarang dipoles. Ang enerhiya ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga nonpolar na molekula ay ang average na resulta ng pakikipag-ugnayan ng lahat ng posibleng agarang dipoles sa mga dipole na sandali na idinudulot nila sa mga kalapit na molekula dahil sa induction.
Ang intermolecular na pakikipag-ugnayan ng ganitong uri ay tinatawag nagpapakalat kasi liwanag na pagpapakalat sa isang substansiya ay tinutukoy ng parehong mga katangian ng mga molekula gaya ng pakikipag-ugnayang ito. Ang mga puwersa ng pagpapakalat ay kumikilos sa pagitan ng lahat ng mga atomo at molekula, dahil ang mekanismo ng kanilang hitsura ay hindi nakasalalay sa kung ang mga molekula (mga atomo) ay may permanenteng dipole na mga sandali o wala. Karaniwan ang mga puwersang ito ay lumalampas sa magnitude parehong orientational at inductive. Sa panahon lamang ng pakikipag-ugnayan ng mga molekula na may malalaking dipole na sandali, halimbawa mga molekula ng tubig, F o > F disp(3 beses para sa mga molekula ng tubig). Kapag nakikipag-ugnayan sa mga polar molecule tulad ng CO, HI, HBr at iba pa, ang mga puwersa ng pagpapakalat ay sampu at daan-daang beses na mas malaki kaysa sa lahat ng iba pa.
Napakahalaga na ang lahat ng tatlong uri ng intermolecular na pakikipag-ugnayan ay bumababa sa parehong paraan sa distansya:
U = U o + U ind + U disp ?r ? 6
Salungat na pwersa kumilos sa pagitan ng mga molekula sa napakaikling distansya kapag napunomga elektronikong shellmga atomo na bumubuo sa mga molekula. Umiiral sa quantum mechanics Prinsipyo ni Pauli ipinagbabawal ang pagtagos ng napunong mga shell ng elektron sa isa't isa. Ang mga salungat na pwersa na lumilitaw ay nakasalalay, sa isang mas malaking lawak kaysa sa mga kaakit-akit na pwersa, sa sariling katangian ng mga molekula.

Bakit sinunog si Giordano Bruno?
Bruno Giordano Filippe (1548, Nola, - 17.2.1600, Roma), Italyano na pilosopo at makata, kinatawan panteismo . Inusig ng klero dahil sa kanyang mga pananaw, umalis siya sa Italya at nanirahan sa France, England, at Germany. Sa pagbabalik sa Italya (1592), siya ay inakusahan ng maling pananampalataya at malayang pag-iisip at, pagkaraan ng walong taon sa bilangguan, ay sinunog sa tulos.
Sa mga ideya ng pilosopiya ni Bruno Neoplatonismo (lalo na ang mga ideya tungkol sa iisang simula at ang kaluluwa ng daigdig bilang ang prinsipyo ng pagmamaneho ng Uniberso, na humantong kay Bruno sa hylozoism ) tumawid na may malakas na impluwensya ng mga pananaw ng mga sinaunang materyalista, gayundin ng mga Pythagorean. Ang pagbuo ng panteistikong natural na pilosopiya ni Bruno, na itinuro laban sa iskolastikong Aristotelianism, ay higit na pinadali ng pagkakakilala ni Bruno sa pilosopiya ni Nicholas ng Cusa (kung saan natutunan din ni Bruno ang ideya ng "negatibong teolohiya," batay sa imposibilidad ng isang positibong kahulugan ng Diyos). Batay sa mga mapagkukunang ito, itinuring ni Bruno na ang layunin ng pilosopiya ay ang kaalaman hindi tungkol sa isang supernatural na diyos, ngunit sa kalikasan, na "diyos sa mga bagay." Pagbuo ng heliocentric theory N. Copernicus , na may malaking impluwensya sa kanya, si Bruno ay nagpahayag ng mga ideya tungkol sa kawalang-hanggan ng kalikasan at ang walang katapusang bilang ng mga mundo, iginiit ang pisikal na homogeneity ng mundo (ang doktrina ng 5 elemento na bumubuo sa lahat ng mga katawan - lupa, tubig, apoy, hangin at eter). Iniugnay ni Bruno ang ideya ng isang walang katapusang simpleng sangkap kung saan maraming bagay ang lumitaw sa ideya ng panloob na pagkakamag-anak at pagkakaisa ng magkasalungat ("Sa Sanhi, Simula at Isa," 1584). Sa infinity, na nakikilala, ang tuwid na linya at ang bilog, ang gitna at ang paligid, anyo at bagay, atbp. Ang pangunahing yunit ng pag-iral ay monad , sa aktibidad kung saan pinagsama ang pisikal at espirituwal, bagay at paksa. Ang pinakamataas na sangkap ay ang "monad of monads," o Diyos; sa kabuuan ito ay nagpapakita ng sarili sa lahat ng indibidwal - "lahat sa lahat." Ang mga ideyang ito ay may malaking impluwensya sa pag-unlad ng modernong pilosopiya: ang ideya ng isang solong sangkap na may kaugnayan sa mga indibidwal na bagay ay binuo ni Bruno Spinoza, ang ideya ng monad - ni G. Leibniz, ang ideya ng ​​ang pagkakaisa ng pag-iral at ang "pagkakataon ng magkasalungat" - sa dialectics nina F. Schelling at G. Hegel. Kaya, ang pilosopiya ni Bruno ay isang transisyonal na link mula sa medieval na mga sistemang pilosopikal hanggang sa mga konseptong pilosopiko ng modernong panahon.
V.V. Sokolov.
Sa kosmolohiya, si Bruno ay nagpahayag ng ilang mga hula na nauna sa kanyang panahon at nabigyang-katwiran lamang ng mga sumunod na pagtuklas sa astronomiya: tungkol sa pagkakaroon ng mga planeta na hindi kilala sa kanyang panahon sa loob ng ating solar system, tungkol sa pag-ikot ng Araw at mga bituin sa paligid ng isang aksis (" On the Immeasurable and Innumerable," 1591), tungkol sa na sa Uniberso ay may hindi mabilang na mga katawan na katulad ng ating Araw, atbp. Pinabulaanan ni Bruno ang mga ideya sa medieval tungkol sa pagsalungat sa pagitan ng Earth at langit at nagsalita laban sa anthropocentrism, nagsasalita tungkol sa pagiging habitability. ng ibang mundo.
Bilang isang makata, kabilang si Bruno sa mga kalaban ng klasisismo. Sariling gawa ng sining ni Bruno: ang anti-clerical satirical na tula na "Noah's Ark", pilosopiko na sonnet, ang komedya na "The Candlestick" (1582, Russian translation 1940), kung saan si Bruno ay nakipaghiwalay sa mga canon ng "natutunang komedya" at lumikha ng isang libreng dramatikong anyo na nagbibigay-daan sa isang makatotohanang paglalarawan ng buhay at kaugalian ng Neapolitan na kalye. Sa komedya na ito, kinukutya ni Bruno ang pedantry at pamahiin, at inatake ng mapang-uyam na panunuya ang hangal at mapagkunwari na imoralidad na dala ng reaksyong Katoliko.
R. I. Khlodovsky

Tinalikuran ba ni Galileo Galilei ang kanyang mga pang-agham na pananaw?
Noong 1609, batay sa impormasyong nakarating sa kanya tungkol sa teleskopyo na naimbento sa Holland, itinayo ni Galileo ang kanyang unang teleskopyo, na nagbibigay ng humigit-kumulang 3x na magnification. Ang operasyon ng teleskopyo ay ipinakita mula sa tore ng St. Ang selyo ay nasa Venice at gumawa ng malaking impresyon. Hindi nagtagal ay nakagawa si Galileo ng teleskopyo na may magnification na 32 beses. Ang mga obserbasyon na ginawa sa tulong nito ay sinira ang "ideal na mga globo" ni Aristotle at ang dogma ng pagiging perpekto ng mga celestial na katawan: ang ibabaw ng Buwan ay natatakpan ng mga bundok at may mga crater, ang mga bituin ay nawala ang kanilang maliwanag na laki at ang kanilang napakalaking distansya ay naunawaan. sa unang pagkakataon. Natuklasan ni Jupiter ang 4 na satellite, at isang malaking bilang ng mga bagong bituin ang nakita sa kalangitan. Nahati ang Milky Way sa mga indibidwal na bituin. Inilarawan ni Galileo ang kaniyang mga obserbasyon sa akdang “The Starry Messenger” (1610-11), na gumawa ng isang nakamamanghang impresyon. Kasabay nito, nagsimula ang isang matinding kontrobersya. Inakusahan si Galileo ng katotohanan na ang lahat ng kanyang nakita ay isang optical illusion; ikinatuwiran din nila na ang kanyang mga obserbasyon ay sumasalungat kay Aristotle, at samakatuwid ay mali.
Ang mga natuklasan sa astronomiya ay nagsilbing isang pagbabago sa buhay ni Galileo: siya ay napalaya mula sa pagtuturo at, sa paanyaya ni Duke Cosimo II de' Medici, lumipat sa Florence. Dito siya naging hukuman na "pilosopo" at "unang matematiko" ng unibersidad, nang walang obligasyong mag-lecture.
Sa pagpapatuloy ng teleskopiko na mga obserbasyon, natuklasan ni Galileo ang mga yugto ng Venus, mga sunspot at ang pag-ikot ng Araw, pinag-aralan ang paggalaw ng mga satellite ng Jupiter, at naobserbahan ang Saturn. Noong 1611, naglakbay si Galileo sa Roma, kung saan nakatanggap siya ng masigasig na pagtanggap sa korte ng papa at kung saan nakipagkaibigan siya kay Prinsipe Cesi, tagapagtatag ng Accademia dei Lincei ("Lynx-Eyed Academy"), kung saan naging miyembro siya. . Sa pagpupumilit ng Duke, inilathala ni Galileo ang kanyang unang anti-Aristotelian na gawa, "Discourse on Bodies in Water and those that Move in It" (1612), kung saan inilapat niya ang prinsipyo ng pantay na mga sandali sa pagmula sa mga kondisyon ng ekwilibriyo sa mga likidong katawan .
Gayunpaman, noong 1613, isang liham mula kay Galileo kay Abbot Castelli ang nalaman, kung saan ipinagtanggol niya ang mga pananaw ni Copernicus. Ang liham ay nagsilbing dahilan ng direktang pagtuligsa kay Galileo sa Inkisisyon. Noong 1616, idineklara ng kongregasyong Jesuit na erehe ang mga turo ni Copernicus, at ang aklat ni Copernicus ay kasama sa listahan ng mga ipinagbabawal na aklat. Hindi pinangalanan si Galileo sa utos, ngunit pribado siyang inutusan na talikuran ang kanyang pagtatanggol sa doktrinang ito. Pormal na isinumite ni Galileo ang kautusan. Sa loob ng ilang taon ay pinilit siyang manatiling tahimik tungkol sa sistema ng Copernican o magsalita tungkol dito sa mga pahiwatig. Naglakbay si Galileo sa Roma noong 1616. Ang mga teologo, ang tinatawag na “mga naghahanda ng kaso para sa Inkisisyon,” ay nagtitipon sa palasyo ng papa upang talakayin at subukan ang doktrinang Copernicus, at pagkatapos ay naglabas ng isang kautusan na nagbabawal sa pangangaral ng mga pananaw ni Copernicus. Ito ang unang opisyal na pagbabawal. Ngunit hindi binitawan ni Galileo ang kanyang mga pananaw. Naging mas maingat lang ako. Inalisan ng karapatang ipangaral ang mga turo ni Copernicus, itinuro niya ang kanyang pagpuna laban kay Aristotle. Ang tanging pangunahing gawain ni Galileo sa panahong ito ay ang The Assayer, isang polemikong treatise sa tatlong kometa na lumitaw noong 1618. Sa mga tuntunin ng anyo ng pampanitikan, talas ng isip at pagiging sopistikado ng istilo, isa ito sa mga pinakakahanga-hangang gawa ni Galileo.
Kumbinsido sa bisa ng sistemang Copernican, nagsimulang gumawa si Galileo sa isang malaking astronomical treatise, "Dialogue on the two most important systems of the world - Ptolemaic and Copernican" (1632). Ang gawaing ito ay lubos na nakakumbinsi na nagpapatunay sa mga pakinabang ng turong Copernican, at ang papa, na inilalarawan sa ilalim ng pagkukunwari ng simpleng talo na si Simplicio, isang tagasuporta ng konsepto ng Aristotelian, ay mukhang isang hangal na ang kulog ay hindi mabagal sa pagtama. Nasaktan si Tatay. Sinamantala ito ng mga kaaway ni Galileo at ipinatawag siya sa korte. Nasira ang diwa ng pitumpung taong gulang na si Galileo. Ang matandang siyentipiko ay napilitang magsisi sa publiko, at sa mga huling taon ng kanyang buhay ay gumugol siya sa ilalim ng pag-aresto sa bahay at pagsubaybay ng Inkisisyon. Noong 1635, tinalikuran niya ang "kanyang maling pagtuturo." Ang siyentipiko na si Galileo ay hindi isang bayani. Inamin niya ang pagkatalo. Ngunit sa kasaysayan ng agham ay nanatili siyang isang mahusay na siyentipiko, at ang paglilitis kay Galileo, maging sa mga salita ng mga tagasunod ng relihiyong Katoliko, “ay ang pinakamalalang pagkakamali na nagawa ng mga awtoridad ng simbahan tungkol sa agham.”
Noong 1623, ang kaibigan ni Galileo na si Cardinal Maffeo Barberini ay umakyat sa trono ng papa sa ilalim ng pangalang Urban VIII. Para kay Galileo, ang kaganapang ito ay tila katumbas ng pagpapalaya mula sa mga bigkis ng pagbabawal (decree). Noong 1630, dumating siya sa Roma dala ang natapos na manuskrito ng "Dialogue on the Ebb and Flow of the Tides" (ang unang pamagat ng "Dialogue on the Two Major System of the World"), kung saan ang mga sistema ng Copernicus at Iniharap si Ptolemy sa mga pag-uusap ng tatlong kausap: sina Sagredo, Salviati at Simplicio.
atbp.................

Ano ang Brownian motion?

Ngayon ay makikilala mo ang pinaka-halatang ebidensya ng thermal motion ng mga molekula (ang pangalawang pangunahing posisyon ng molecular kinetic theory). Siguraduhing subukang tumingin sa isang mikroskopyo at tingnan kung paano gumagalaw ang tinatawag na Brownian particle.

Dati, natutunan mo kung ano ito pagsasabog, ibig sabihin, paghahalo ng mga gas, likido at solid sa direktang kontak. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng random na paggalaw ng mga molekula at ang pagtagos ng mga molekula ng isang sangkap sa espasyo sa pagitan ng mga molekula ng isa pang sangkap. Ito ay maaaring ipaliwanag, halimbawa, ang katotohanan na ang dami ng pinaghalong tubig at alkohol ay mas mababa kaysa sa dami ng mga sangkap na bumubuo nito. Ngunit ang pinaka-halatang katibayan ng paggalaw ng mga molekula ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagmamasid sa pamamagitan ng mikroskopyo sa pinakamaliit na particle ng anumang solidong substance na nasuspinde sa tubig. Ang mga particle na ito ay sumasailalim sa random na paggalaw, na tinatawag na Brownian.

Ito ang thermal na paggalaw ng mga particle na nasuspinde sa isang likido (o gas).

Pagmamasid ng Brownian motion

Ang Ingles na botanist na si R. Brown (1773-1858) ay unang nakakita ng hindi pangkaraniwang bagay na ito noong 1827, sinusuri ang mga spore ng lumot na nasuspinde sa tubig sa pamamagitan ng mikroskopyo. Nang maglaon ay tumingin siya sa iba pang maliliit na particle, kabilang ang mga piraso ng bato mula sa Egyptian pyramids. Sa ngayon, upang obserbahan ang Brownian motion, gumagamit sila ng mga particle ng gum paint, na hindi matutunaw sa tubig. Ang mga particle na ito ay random na gumagalaw. Ang pinakakahanga-hanga at hindi pangkaraniwang bagay para sa amin ay ang kilusang ito ay hindi tumitigil. Nakasanayan na natin ang katotohanan na ang anumang gumagalaw na katawan ay humihinto nang maaga o huli. Una nang naisip ni Brown na ang mga spore ng lumot ay nagpapakita ng mga palatandaan ng buhay.

thermal movement, at hindi ito maaaring tumigil. Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang intensity nito. Ang Figure 8.3 ay nagpapakita ng diagram ng paggalaw ng mga Brownian particle. Ang mga posisyon ng mga particle, na minarkahan ng mga tuldok, ay tinutukoy sa mga regular na pagitan ng 30 s. Ang mga puntong ito ay konektado sa pamamagitan ng mga tuwid na linya. Sa katotohanan, ang trajectory ng mga particle ay mas kumplikado.

Ang paggalaw ng Brownian ay maaari ding maobserbahan sa gas. Ito ay sanhi ng mga particle ng alikabok o usok na nasuspinde sa hangin.

Ang German physicist na si R. Pohl (1884-1976) ay makulay na naglalarawan ng Brownian motion: “Iilang phenomena ang may kakayahang maakit ang isang observer gaya ng Brownian motion. Dito pinapayagan ang nagmamasid na tumingin sa likod ng mga eksena ng nangyayari sa kalikasan. Isang bagong mundo ang bumungad sa kanya - isang walang tigil na pagmamadali ng isang malaking bilang ng mga particle. Ang pinakamaliit na mga particle ay mabilis na lumilipad sa larangan ng view ng mikroskopyo, halos agad na binabago ang direksyon ng paggalaw. Ang mga malalaking particle ay gumagalaw nang mas mabagal, ngunit patuloy din nilang binabago ang direksyon ng paggalaw. Ang malalaking particle ay halos dinudurog sa lugar. Ang kanilang mga protrusions ay malinaw na nagpapakita ng pag-ikot ng mga particle sa paligid ng kanilang axis, na patuloy na nagbabago ng direksyon sa kalawakan. Walang bakas ng sistema o kaayusan kahit saan. Ang pangingibabaw ng bulag na pagkakataon - iyon ang malakas, napakalaking impresyon na ginagawa ng larawang ito sa nagmamasid."

Sa kasalukuyan ang konsepto Brownian motion ginagamit sa mas malawak na kahulugan. Halimbawa, ang Brownian motion ay ang vibration ng mga karayom ​​ng mga sensitibong instrumento sa pagsukat, na nangyayari dahil sa thermal na paggalaw ng mga atomo ng mga bahagi ng instrumento at ng kapaligiran.

Pagpapaliwanag ng Brownian motion

Ang Brownian motion ay maipapaliwanag lamang sa batayan ng molecular kinetic theory. Ang dahilan ng Brownian motion ng isang particle ay ang mga epekto ng mga likidong molekula sa particle ay hindi nakakakansela sa isa't isa.. Figure 8.4 schematically nagpapakita ng posisyon ng isang Brownian particle at ang mga molecule na pinakamalapit dito. Kapag random na gumagalaw ang mga molekula, ang mga impulses na ipinadala nila sa Brownian particle, halimbawa, sa kaliwa at sa kanan, ay hindi pareho. Samakatuwid, ang nagresultang puwersa ng presyon ng mga likidong molekula sa isang Brownian na particle ay nonzero. Ang puwersang ito ay nagdudulot ng pagbabago sa paggalaw ng butil.

Ang average na presyon ay may isang tiyak na halaga sa parehong gas at likido. Ngunit palaging may mga menor de edad na random na paglihis mula sa average na ito. Ang mas maliit na lugar sa ibabaw ng katawan, mas kapansin-pansin ang mga kamag-anak na pagbabago sa puwersa ng presyon na kumikilos sa lugar na ito. Kaya, halimbawa, kung ang lugar ay may sukat ng pagkakasunud-sunod ng ilang mga diameter ng molekula, kung gayon ang puwersa ng presyon na kumikilos dito ay biglang nagbabago mula sa zero hanggang sa isang tiyak na halaga kapag ang molekula ay tumama sa lugar na ito.

Ang molecular kinetic theory ng Brownian motion ay nilikha noong 1905 ni A. Einstein (1879-1955).

Ang pagtatayo ng teorya ng Brownian motion at ang pang-eksperimentong pagkumpirma nito ng Pranses na pisisista na si J. Perrin sa wakas ay natapos ang tagumpay ng molecular kinetic theory.

Mga eksperimento ni Perrin

Ang ideya ng mga eksperimento ni Perrin ay ang mga sumusunod. Ito ay kilala na ang konsentrasyon ng mga molekula ng gas sa atmospera ay bumababa sa altitude. Kung walang thermal motion, kung gayon ang lahat ng mga molekula ay mahuhulog sa Earth at ang kapaligiran ay mawawala. Gayunpaman, kung walang atraksyon sa Earth, pagkatapos ay dahil sa thermal motion ang mga molekula ay aalis sa Earth, dahil ang gas ay may kakayahang walang limitasyong pagpapalawak. Bilang resulta ng pagkilos ng mga salungat na salik na ito, ang isang tiyak na pamamahagi ng mga molekula sa taas ay itinatag, tulad ng nabanggit sa itaas, ibig sabihin, ang konsentrasyon ng mga molekula ay mabilis na bumababa sa taas. Bukod dito, mas malaki ang masa ng mga molekula, mas mabilis na bumababa ang kanilang konsentrasyon sa taas.

Ang mga brownian na particle ay nakikilahok sa thermal motion. Dahil ang kanilang pakikipag-ugnayan ay bale-wala, ang koleksyon ng mga particle na ito sa isang gas o likido ay maaaring ituring na isang perpektong gas ng napakabigat na molekula. Dahil dito, ang konsentrasyon ng mga Brownian na particle sa isang gas o likido sa gravitational field ng Earth ay dapat bumaba ayon sa parehong batas bilang ang konsentrasyon ng mga molekula ng gas. Ang batas na ito ay kilala.

Si Perrin, gamit ang isang high-magnification microscope na may mababaw na depth of field (shallow depth of field), ay nag-obserba ng mga Brownian particle sa napakanipis na layer ng likido. Sa pamamagitan ng pagkalkula ng konsentrasyon ng mga particle sa iba't ibang taas, natagpuan niya na ang konsentrasyon na ito ay bumababa sa taas ayon sa parehong batas bilang ang konsentrasyon ng mga molekula ng gas. Ang pagkakaiba ay dahil sa malaking masa ng mga particle ng Brownian, ang pagbaba ay nangyayari nang napakabilis.

Bukod dito, ang pagbibilang ng mga particle ng Brownian sa iba't ibang taas ay nagpapahintulot kay Perrin na matukoy ang pare-pareho ni Avogadro gamit ang isang ganap na bagong pamamaraan. Ang halaga ng pare-parehong ito ay kasabay ng kilala.

Ang lahat ng mga katotohanang ito ay nagpapahiwatig ng kawastuhan ng teorya ng Brownian motion at, nang naaayon, na ang mga Brownian particle ay lumahok sa thermal motion ng mga molekula.

Malinaw mong nakita ang pagkakaroon ng thermal motion; nakita ang isang magulong kilusan na nagaganap. Ang mga molekula ay gumagalaw nang mas random kaysa sa mga particle ng Brownian.

Ang kakanyahan ng kababalaghan

Ngayon subukan nating maunawaan ang kakanyahan ng kababalaghan ng Brownian motion. At nangyayari ito dahil ang lahat ng ganap na likido at gas ay binubuo ng mga atomo o molekula. Ngunit alam din natin na ang maliliit na particle na ito, na nasa tuluy-tuloy na magulong paggalaw, ay patuloy na itinutulak ang Brownian particle mula sa iba't ibang direksyon.

Ngunit ang kawili-wili ay napatunayan ng mga siyentipiko na ang mga particle ng mas malalaking sukat na lumampas sa 5 microns ay nananatiling hindi gumagalaw at halos hindi nakikilahok sa Brownian motion, na hindi masasabi tungkol sa mas maliliit na particle. Ang mga particle na may sukat na mas mababa sa 3 microns ay may kakayahang gumalaw sa pagsasalin, nagsasagawa ng mga pag-ikot o pagsulat ng mga kumplikadong tilapon.

Kapag ang isang malaking katawan ay nahuhulog sa kapaligiran, ang mga pagkabigla na nagaganap sa isang malaking halaga ay tila umabot sa isang average na antas at nagpapanatili ng isang palaging presyon. Sa kasong ito, pumapasok ang teorya ni Archimedes, dahil ang isang malaking katawan na napapalibutan ng kapaligiran sa lahat ng panig ay nagbabalanse sa presyon at ang natitirang puwersa ng pag-angat ay nagpapahintulot sa katawan na ito na lumutang o lumubog.

Ngunit kung ang katawan ay may mga sukat tulad ng isang Brownian particle, iyon ay, ganap na hindi mahahalata, kung gayon ang mga paglihis ng presyon ay nagiging kapansin-pansin, na nag-aambag sa paglikha ng isang random na puwersa na humahantong sa mga panginginig ng boses ng mga particle na ito. Mahihinuha na ang mga Brownian particle sa medium ay nasa suspensyon, kabaligtaran sa malalaking particle na lumulubog o lumulutang.

Kahulugan ng Brownian motion

Subukan nating alamin kung ang Brownian motion ay may anumang kahalagahan sa natural na kapaligiran:

Una, ang Brownian motion ay may mahalagang papel sa nutrisyon ng halaman mula sa lupa;
Pangalawa, sa mga organismo ng tao at hayop, ang pagsipsip ng mga sustansya ay nangyayari sa pamamagitan ng mga dingding ng mga organ ng pagtunaw dahil sa Brownian motion;
Pangatlo, sa pagpapatupad ng paghinga ng balat;
At panghuli, mahalaga ang Brownian motion sa pamamahagi ng mga mapaminsalang sangkap sa hangin at sa tubig.

Takdang aralin

Basahing mabuti ang mga tanong at magbigay ng nakasulat na mga sagot sa kanila:

1. Tandaan ang tinatawag na diffusion?
2. Ano ang kaugnayan sa pagitan ng diffusion at thermal motion ng mga molekula?
3. Tukuyin ang Brownian motion.
4. Sa tingin mo ba ay thermal ang Brownian motion, at binibigyang-katwiran ang iyong sagot?
5. Magbabago ba ang kalikasan ng Brownian motion kapag pinainit? Kung magbabago, paano nga ba?
6. Anong kagamitan ang ginagamit sa pag-aaral ng Brownian motion?
7. Nagbabago ba ang pattern ng Brownian motion sa pagtaas ng temperatura at kung paano eksakto?
8. Magkakaroon ba ng anumang pagbabago sa Brownian motion kung ang water emulsion ay papalitan ng glycerol?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Physics ika-10 baitang

« Physics - ika-10 baitang"

Alalahanin ang phenomenon ng diffusion mula sa basic school physics course.
Paano maipapaliwanag ang hindi pangkaraniwang bagay na ito?

Dati, natutunan mo kung ano ito pagsasabog, ibig sabihin, ang pagtagos ng mga molecule ng isang substance sa intermolecular space ng isa pang substance. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinutukoy ng random na paggalaw ng mga molekula. Ito ay maaaring ipaliwanag, halimbawa, ang katotohanan na ang dami ng pinaghalong tubig at alkohol ay mas mababa kaysa sa dami ng mga sangkap na bumubuo nito.

Ngunit ang pinaka-halatang katibayan ng paggalaw ng mga molekula ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagmamasid sa pamamagitan ng mikroskopyo sa pinakamaliit na particle ng anumang solidong substance na nasuspinde sa tubig. Ang mga particle na ito ay sumasailalim sa random na paggalaw, na tinatawag na Brownian.

Brownian motion ay ang thermal na paggalaw ng mga particle na nasuspinde sa isang likido (o gas).

Pagmamasid ng Brownian motion.

Ang Ingles na botanist na si R. Brown (1773-1858) ay unang nakakita ng hindi pangkaraniwang bagay na ito noong 1827, sinusuri ang mga spore ng lumot na nasuspinde sa tubig sa pamamagitan ng mikroskopyo.

Nang maglaon ay tumingin siya sa iba pang maliliit na particle, kabilang ang mga piraso ng bato mula sa Egyptian pyramids. Sa ngayon, upang obserbahan ang Brownian motion, gumagamit sila ng mga particle ng gum paint, na hindi matutunaw sa tubig. Ang mga particle na ito ay gumagalaw nang random. Ang pinakakahanga-hanga at hindi pangkaraniwang bagay para sa amin ay ang kilusang ito ay hindi tumitigil. Nakasanayan na natin ang katotohanan na ang anumang gumagalaw na katawan ay humihinto nang maaga o huli. Una nang naisip ni Brown na ang mga spore ng lumot ay nagpapakita ng mga palatandaan ng buhay.

Ang Brownian motion ay thermal motion, at hindi ito maaaring tumigil. Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang intensity nito.

Ipinapakita ng Figure 8.3 ang mga trajectory ng Brownian particle. Ang mga posisyon ng mga particle, na minarkahan ng mga tuldok, ay tinutukoy sa mga regular na pagitan ng 30 s. Ang mga puntong ito ay konektado sa pamamagitan ng mga tuwid na linya. Sa katotohanan, ang trajectory ng mga particle ay mas kumplikado.

Pagpapaliwanag ng Brownian motion.

Ang Brownian motion ay maipapaliwanag lamang sa batayan ng molecular kinetic theory.

"Iilang mga phenomena ang maaaring makaakit ng isang tagamasid gaya ng Brownian motion. Dito pinapayagan ang nagmamasid na tumingin sa likod ng mga eksena ng nangyayari sa kalikasan. Isang bagong mundo ang bumungad sa kanya - isang walang tigil na pagmamadali ng isang malaking bilang ng mga particle. Ang pinakamaliit na mga particle ay mabilis na lumilipad sa larangan ng view ng mikroskopyo, halos agad na binabago ang direksyon ng paggalaw. Ang mga malalaking particle ay gumagalaw nang mas mabagal, ngunit patuloy din nilang binabago ang direksyon ng paggalaw. Ang malalaking particle ay halos dinudurog sa lugar. Ang kanilang mga protrusions ay malinaw na nagpapakita ng pag-ikot ng mga particle sa paligid ng kanilang axis, na patuloy na nagbabago ng direksyon sa kalawakan. Walang bakas ng sistema o kaayusan kahit saan. Ang pangingibabaw ng bulag na pagkakataon - iyon ang malakas, napakalaking impresyon na ginagawa ng larawang ito sa nagmamasid." R. Paul (1884-1976).

Ang dahilan para sa Brownian motion ng isang particle ay ang epekto ng mga likidong molekula sa particle ay hindi nakakakansela sa isa't isa.

Figure 8.4 schematically nagpapakita ng posisyon ng isang Brownian particle at ang mga molecule na pinakamalapit dito.

Kapag random na gumagalaw ang mga molekula, ang mga impulses na ipinadala nila sa Brownian particle, halimbawa, sa kaliwa at sa kanan, ay hindi pareho. Samakatuwid, ang nagresultang puwersa ng presyon ng mga likidong molekula sa isang Brownian na particle ay nonzero. Ang puwersang ito ay nagdudulot ng pagbabago sa paggalaw ng butil.

Ang molecular kinetic theory ng Brownian motion ay nilikha noong 1905 ni A. Einstein (1879-1955). Ang pagtatayo ng teorya ng Brownian motion at ang pang-eksperimentong pagkumpirma nito ng Pranses na pisisista na si J. Perrin sa wakas ay natapos ang tagumpay ng molecular kinetic theory. Noong 1926, natanggap ni J. Perrin ang Nobel Prize para sa kanyang pag-aaral ng istruktura ng bagay.

Mga eksperimento ni Perrin.

Ang ideya ng mga eksperimento ni Perrin ay ang mga sumusunod. Ito ay kilala na ang konsentrasyon ng mga molekula ng gas sa atmospera ay bumababa sa altitude. Kung walang thermal motion, kung gayon ang lahat ng mga molekula ay mahuhulog sa Earth at ang kapaligiran ay mawawala. Gayunpaman, kung walang atraksyon sa Earth, pagkatapos ay dahil sa thermal motion ang mga molekula ay aalis sa Earth, dahil ang gas ay may kakayahang walang limitasyong pagpapalawak. Bilang resulta ng pagkilos ng mga salungat na salik na ito, ang isang tiyak na pamamahagi ng mga molekula sa taas ay itinatag, ibig sabihin, ang konsentrasyon ng mga molekula ay mabilis na bumababa sa taas. Bukod dito, mas malaki ang masa ng mga molekula, mas mabilis na bumababa ang kanilang konsentrasyon sa taas.

Ang mga brownian na particle ay nakikilahok sa thermal motion. Dahil ang kanilang pakikipag-ugnayan ay bale-wala, ang koleksyon ng mga particle na ito sa isang gas o likido ay maaaring ituring na isang perpektong gas ng napakabigat na molekula. Dahil dito, ang konsentrasyon ng mga Brownian na particle sa isang gas o likido sa gravitational field ng Earth ay dapat bumaba ayon sa parehong batas bilang ang konsentrasyon ng mga molekula ng gas. Ang batas na ito ay kilala.

Si Perrin, gamit ang isang high-magnification microscope na may mababaw na depth of field (shallow depth of field), ay nag-obserba ng mga Brownian particle sa napakanipis na layer ng likido. Sa pamamagitan ng pagkalkula ng konsentrasyon ng mga particle sa iba't ibang taas, natagpuan niya na ang konsentrasyon na ito ay bumababa sa taas ayon sa parehong batas bilang ang konsentrasyon ng mga molekula ng gas. Ang pagkakaiba ay dahil sa malaking masa ng mga particle ng Brownian, ang pagbaba ay nangyayari nang napakabilis.

Ang lahat ng mga katotohanang ito ay nagpapahiwatig ng kawastuhan ng teorya ng Brownian motion at na ang mga Brownian particle ay lumahok sa thermal motion ng mga molekula.

Ang pagbibilang ng mga particle ng Brownian sa iba't ibang taas ay nagpapahintulot kay Perrin na matukoy ang pare-pareho ni Avogadro gamit ang isang ganap na bagong paraan. Ang halaga ng pare-parehong ito ay kasabay ng dati nang kilala.

Ngayon ay susuriin natin ang isang mahalagang paksa - tutukuyin natin ang Brownian motion ng maliliit na piraso ng bagay sa isang likido o gas.

Mapa at mga coordinate

Ang ilang mga mag-aaral, na pinahihirapan ng mga boring na aralin, ay hindi naiintindihan kung bakit nag-aaral ng pisika. Samantala, ang agham na ito ang minsang naging posible upang matuklasan ang Amerika!

Magsimula tayo sa malayo. Ang mga sinaunang sibilisasyon ng Mediterranean ay, sa isang kahulugan, mapalad: sila ay umunlad sa mga baybayin ng isang saradong panloob na anyong tubig. Ang Dagat Mediteraneo ay tinatawag na ganoong paraan dahil napapaligiran ito sa lahat ng panig ng lupa. At ang mga sinaunang manlalakbay ay maaaring maglakbay nang medyo malayo sa kanilang ekspedisyon nang hindi nawawala ang paningin sa mga baybayin. Ang mga balangkas ng lupain ay nakatulong sa pag-navigate. At ang mga unang mapa ay iginuhit nang deskriptibo sa halip na ayon sa heograpiya. Dahil sa medyo maikling mga paglalakbay na ito, ang mga Greek, Phoenician at Egyptian ay naging napakahusay sa paggawa ng mga barko. At kung nasaan ang pinakamagandang kagamitan, naroon ang pagnanais na itulak ang mga hangganan ng iyong mundo.

Samakatuwid, isang magandang araw ay nagpasya ang mga kapangyarihan ng Europa na pumasok sa karagatan. Habang naglalayag sa walang katapusang kalawakan sa pagitan ng mga kontinente, tubig lamang ang nakita ng mga mandaragat sa loob ng maraming buwan, at kailangan nilang mahanap ang kanilang daan. Ang pag-imbento ng mga tumpak na relo at isang mataas na kalidad na compass ay nakatulong sa pagtukoy ng mga coordinate ng isang tao.

Relo at compass

Malaki ang naitulong ng pag-imbento ng maliliit na hand-held chronometers sa mga mandaragat. Upang matukoy nang eksakto kung nasaan sila, kailangan nilang magkaroon ng isang simpleng instrumento na sumusukat sa taas ng araw sa itaas ng abot-tanaw, at upang malaman kung kailan eksaktong tanghali. At salamat sa compass, alam ng mga kapitan ng barko kung saan sila pupunta. Parehong ang orasan at ang mga katangian ng magnetic needle ay pinag-aralan at nilikha ng mga physicist. Dahil dito, ang buong mundo ay nabuksan sa mga Europeo.

Ang mga bagong kontinente ay terra incognita, mga hindi pa natutuklasang lupain. Mga kakaibang halaman ang tumubo sa kanila at may nakitang kakaibang hayop.

Halaman at Physics

Lahat ng naturalista ng sibilisadong mundo ay nagmamadaling pag-aralan ang mga bagong kakaibang sistemang ekolohikal na ito. At siyempre, hinangad nilang makinabang sa kanila.

Si Robert Brown ay isang botanist sa Ingles. Naglakbay siya sa Australia at Tasmania, nangongolekta ng mga koleksyon ng halaman doon. Nasa bahay na siya sa England, nagtrabaho siya nang husto sa paglalarawan at pag-uuri ng dinala na materyal. At ang siyentipikong ito ay napaka-metikuloso. Isang araw, habang pinagmamasdan ang paggalaw ng pollen sa katas ng halaman, napansin niya: ang maliliit na particle ay patuloy na gumagawa ng magulong zigzag na paggalaw. Ito ang kahulugan ng Brownian motion ng maliliit na elemento sa mga gas at likido. Salamat sa pagtuklas, isinulat ng kamangha-manghang botanist ang kanyang pangalan sa kasaysayan ng pisika!

Brown at Gooey

Sa agham ng Europa, kaugalian na pangalanan ang isang epekto o kababalaghan sa taong nakatuklas nito. Ngunit kadalasan ito ay nangyayari nang hindi sinasadya. Ngunit ang taong naglalarawan, natutuklasan ang kahalagahan ng, o nag-e-explore nang mas detalyado sa isang pisikal na batas ay nahahanap ang kanyang sarili sa mga anino. Nangyari ito sa Frenchman na si Louis Georges Gouy. Siya ang nagbigay ng kahulugan ng Brownian motion (ang ika-7 baitang ay tiyak na hindi naririnig ang tungkol dito kapag pinag-aaralan ang paksang ito sa pisika).

Ang pananaliksik ni Gouy at mga katangian ng Brownian motion

Ang eksperimento ng Pranses na si Louis Georges Gouy ay nagmamasid sa paggalaw ng iba't ibang uri ng mga particle sa ilang likido, kabilang ang mga solusyon. Ang agham noong panahong iyon ay nagawa nang tumpak na matukoy ang laki ng mga piraso ng bagay hanggang sa ikasampu ng isang micrometer. Habang ginalugad kung ano ang Brownian motion (ito ay si Gouy ang nagbigay ng kahulugan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito sa pisika), napagtanto ng siyentipiko: ang intensity ng paggalaw ng particle ay tumataas kung sila ay inilagay sa isang mas malapot na medium. Bilang isang malawak na spectrum na eksperimento, inilantad niya ang suspensyon sa liwanag at electromagnetic na mga patlang na may iba't ibang lakas. Natuklasan ng siyentipiko na ang mga salik na ito ay hindi nakakaapekto sa anumang paraan sa magulong zigzag jumps ng mga particle. Hindi malabo na ipinakita ni Gouy kung ano ang pinatutunayan ng Brownian motion: ang thermal movement ng mga molekula ng isang likido o gas.

Team at misa

Ngayon ay ilarawan natin nang mas detalyado ang mekanismo ng zigzag jumps ng maliliit na piraso ng bagay sa isang likido.

Ang anumang sangkap ay binubuo ng mga atomo o molekula. Ang mga elementong ito ng mundo ay napakaliit; walang optical microscope ang makakakita sa kanila. Sa likido sila ay umiikot at gumagalaw sa lahat ng oras. Kapag ang anumang nakikitang particle ay pumasok sa isang solusyon, ang masa nito ay libu-libong beses na mas malaki kaysa sa isang atom. Ang Brownian motion ng mga likidong molekula ay nagaganap nang magulo. Ngunit gayunpaman, ang lahat ng mga atomo o molekula ay isang kolektibo, sila ay konektado sa isa't isa, tulad ng mga taong nagsasama-sama. Samakatuwid, kung minsan ay nangyayari na ang mga atomo ng likido sa isang bahagi ng butil ay gumagalaw sa paraang "pinipindot" nila ito, habang ang isang hindi gaanong siksik na kapaligiran ay nilikha sa kabilang panig ng butil. Samakatuwid, ang dust particle ay gumagalaw sa espasyo ng solusyon. Sa ibang lugar, ang kolektibong paggalaw ng mga molekula ng likido ay random na nakakaapekto sa kabilang panig ng isang mas malaking bahagi. Ito ay eksakto kung paano nangyayari ang Brownian motion ng mga particle.

Oras at Einstein

Kung ang isang sangkap ay may di-zero na temperatura, ang mga atomo nito ay sumasailalim sa mga thermal vibrations. Samakatuwid, kahit na sa isang napakalamig o supercooled na likido, umiiral ang Brownian motion. Ang mga magulong pagtalon ng maliliit na nasuspinde na mga particle ay hindi tumitigil.

Si Albert Einstein ay marahil ang pinakatanyag na siyentipiko noong ikadalawampu siglo. Ang sinumang medyo interesado sa pisika ay nakakaalam ng formula E = mc 2. Maaaring matandaan din ng marami ang photoelectric effect, kung saan binigyan siya ng Nobel Prize, at ang espesyal na teorya ng relativity. Ngunit kakaunti ang nakakaalam na si Einstein ay bumuo ng isang pormula para sa Brownian motion.

Batay sa molecular kinetic theory, nakuha ng scientist ang diffusion coefficient ng mga nasuspinde na particle sa likido. At nangyari ito noong 1905. Mukhang ganito ang formula:

D = (R * T) / (6 * N A * a * π * ξ),

kung saan ang D ay ang nais na koepisyent, ang R ay ang unibersal na pare-pareho ng gas, ang T ay ang ganap na temperatura (ipinahayag sa Kelvin), ang N A ay ang pare-pareho ng Avogadro (tumutugma sa isang mole ng isang sangkap, o humigit-kumulang 10 23 molekula), a ay ang tinatayang average radius ng mga particle, ang ξ ay ang dynamic na lagkit ng isang likido o solusyon.

At noong 1908, ang Pranses na pisiko na si Jean Perrin at ang kanyang mga mag-aaral ay eksperimento na pinatunayan ang kawastuhan ng mga kalkulasyon ni Einstein.

Isang butil sa larangan ng mandirigma

Sa itaas ay inilarawan namin ang kolektibong impluwensya ng kapaligiran sa maraming mga particle. Ngunit kahit isang dayuhang elemento sa isang likido ay maaaring magbunga ng ilang mga pattern at dependencies. Halimbawa, kung mapapansin mo ang isang Brownian particle sa mahabang panahon, maaari mong i-record ang lahat ng mga paggalaw nito. At mula sa kaguluhang ito ay lilitaw ang isang maayos na sistema. Ang average na paggalaw ng isang Brownian particle sa anumang direksyon ay proporsyonal sa oras.

Sa mga eksperimento sa isang particle sa isang likido, ang mga sumusunod na dami ay pinino:

• pare-pareho ni Boltzmann;
• Numero ni Avogadro.

Bilang karagdagan sa linear na paggalaw, ang magulong pag-ikot ay katangian din. At ang average na angular displacement ay proporsyonal din sa oras ng pagmamasid.

Mga sukat at hugis

Pagkatapos ng gayong pangangatwiran, maaaring lumitaw ang isang lohikal na tanong: bakit ang epektong ito ay hindi sinusunod para sa malalaking katawan? Dahil kapag ang lawak ng isang bagay na nahuhulog sa isang likido ay mas malaki kaysa sa isang tiyak na halaga, ang lahat ng mga random na kolektibong "pagtulak" ng mga molekula ay nagiging pare-pareho ang presyon, habang ang mga ito ay na-average. At ang heneral na si Archimedes ay kumikilos na sa katawan. Kaya, lumulubog ang isang malaking piraso ng bakal, at lumulutang ang alikabok sa tubig.

Ang laki ng mga particle, bilang isang halimbawa kung saan ang pagbabagu-bago ng mga likidong molekula ay ipinahayag, ay hindi dapat lumampas sa 5 micrometer. Tulad ng para sa malalaking bagay, ang epekto na ito ay hindi mapapansin.