Jei sumaišysite rašalą ar dažus vandenyje ir pažvelgsite į šį vandenį pro mikroskopą, pamatysite greitą mažiausių suodžių ar dažų dalelių judėjimą įvairiomis kryptimis. Kas išprovokuoja tokius judesius?
Kas atrado ir kada
1827 m. anglų biologas Robertas Brownas per mikroskopą pastebėjo vandens lašą, į kurį netyčia pateko nedidelis kiekis žiedadulkių. Jis pamatė, kad mažiausios žiedadulkių dalelės šoka, chaotiškai juda skystyje. Taip buvo atrastas šio mokslininko vardu pavadintas Browno judėjimas – mažiausių dalelių, ištirpusių skystyje ar dujose, judėjimas. Pastebėjęs įvairių rūšių žiedadulkes savo kolekcijoje, biologas ištirpino mineralų miltelius vandenyje.
Dėl to Brownas buvo įsitikinęs, kad tokį chaotišką judėjimą sukėlė ne pats skystis ir ne išorinis poveikis skysčiui, o tiesiogiai vidinis mažiausios dalelės judėjimas. Ši dalelė, analogiškai stebimam judėjimui, buvo vadinama „Brauno dalele“.
Teorijos raida, jos pasekėjai
Vėliau Browno atradimą patvirtino, išplėtė ir patikslino, remdamiesi molekuline kinetikos teorija, A. Einšteinas ir M. Smoluchovskis. O prancūzų fizikas Perrinas po dvidešimties metų, mikroskopų tobulinimo dėka, tirdamas atsitiktinį Brauno dalelės judėjimą, patvirtino, kad egzistuoja tikros molekulės. Brauno judėjimo stebėjimas leido Perrinui apskaičiuoti molekulių skaičių 1 molyje bet kokių dujų ir gauti barometrinę formulę.
Brauno dalelės judėjimo atradimas buvo įrodymas, kad egzistuoja daug mažesnės, net mikroskopu nematomos dalelės – skysčio ir bet kokios kitos medžiagos molekulės. Būtent molekulės, nuolat judamos, priverčia judėti žiedadulkių, suodžių ar dažų daleles.
Apibrėžimas ir dydis
Jei pro mikroskopą pažvelgsite į vandenyje pakibusias skerdenos daleles, pastebėsite, kad skirtingų dydžių grūdeliai elgiasi skirtingai. Santykinai tūrinės dalelės, per tam tikrą laiką patiriančios tiek pat smūgių iš visų pusių, nepradeda judėti. Ir mažos dalelės per tą patį laiko intervalą gauna vienašalį nekompensuotą smūgį, stumdamos jas į šoną ir juda.
Kokio dydžio yra Brauno dalelė, veikiama molekulių? Empiriškai įrodyta, kad citoplazminių žiedadulkių grūdeliai ne didesni kaip 3 mikrometrai (µm), arba 10-6 metrų, arba 10-3milimetras. Didesnės dalelės netampa Brauno atrasto nuolatinio judėjimo dalyviais.
Taigi, atsakykime į klausimą „kas yra Brauno dalelė“. Tai yra mažiausi medžiagos grūdeliai, kurių dydis ne didesnis kaip 3 mikronai, kurie yra pakibę skystyje arba dujose ir nuolat chaotiškai juda veikiami terpės, kurioje jie yra, molekulėms.
Molekulinė kinetinė teorija
Brauno judėjimas nesustoja, nesulėtėja laiku. Tai paaiškina molekulinės kinetinės teorijos koncepciją, kuri teigia, kad bet kurios medžiagos molekulės yra nuolatiniame šiluminiame judėjime. Didėjant terpės temperatūrai, didėja molekulių judėjimo greitis, todėl Brauno dalelė, kuriai daromas molekulinis poveikis, taip pat pagreitėja.
Be medžiagos temperatūros, Brauno judėjimo greitis taip pat priklauso nuo terpės klampos ir suspenduotos dalelės dydžio. Judėjimas pasieks maksimalų greitį, kai dalelę supančios medžiagos temperatūra bus aukšta, pati medžiaga nebus klampi, o dulkių dalelės bus mažiausios.
Medžiagos molekulės, kuriose yra mažiausios dalelės, atsitiktinai susidūrusios, taiko gaunamą jėgą (sukelia stūmimą), sukeldamos žiedadulkių judėjimo krypties pasikeitimą. Tačiau tokie svyravimai laiko atžvilgiu yra labai trumpi ir beveik iš karto pasikeičia veikiančios jėgos kryptis, o tai lemia judėjimo krypties pasikeitimą.
Paprasčiausias ir aiškiausias pavyzdys, leidžiantis suprasti, kas yra Brauno dalelė, yra dulkių dalelių judėjimas, matomas pasvirusiame saulės spindulyje. Per 99-55 metus. pr. Kr e. senovės romėnų poetas Lukrecijus filosofinėje poemoje „Apie daiktų prigimtį“tiksliai paaiškino nepastovaus judėjimo priežastį.
Pažiūrėkite čia: kai tik prasiskverbia saulės šviesa
Į mūsų būstus ir tamsa skverbiasi savo spinduliais, Daug mažų kūnų tuštumoje, pamatysite mirksinčius, Skuba pirmyn ir atgal spindinčiame šviesos spindesyje.
Ar iš to supranti, kaip nenuilstamai
Daiktų pradžia didžiulėje tuštumoje nerami.
Taigi apie puikius dalykus padėkite suprasti
Smulkūs dalykai, nubrėžiantys jų supratimo kelią.
Be to, nes reikia atkreipti dėmesį
Į sumaištį kūnuose, mirgančiuose saulės šviesoje
Ką žinai iš to materijos ir judėjimo, Kas jame vyksta slapta ir paslėpta nuo akių.
Nes ten pamatysite, kiek dulkių dalelių pasikeičia
Kelias nuo paslėptų smūgių ir vėl skristi atgal, Amžinai bėga pirmyn ir atgal į visas puses.
Dar prieš atsirandant šiuolaikinėms didinimo technologijoms, Lukrecijus, stebėdamas Brauno matyto judėjimo analogą, padarė išvadą, kad egzistuoja mažiausios medžiagos dalelės. Brownas tai patvirtino padaręs vieną svarbiausių mokslinių atradimų.
