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MOVIMIENTO BROWNIANO
En el verano de 1827, Brown, mientras estudiaba el comportamiento del polen bajo un microscopio, descubrió repentinamente que las esporas individuales realizan movimientos impulsivos absolutamente caóticos. Determinó con certeza que estos movimientos no estaban relacionados de ninguna manera ni con los remolinos y corrientes de agua, ni con su evaporación, después de lo cual, habiendo descrito la naturaleza del movimiento de las partículas, firmó honestamente su propia impotencia para explicar el origen de este movimiento caótico. Sin embargo, siendo un experimentador meticuloso, Brown descubrió que tal movimiento caótico es característico de cualquier partícula microscópica, ya sea polen de plantas, suspensiones minerales o cualquier sustancia triturada en general.
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Este es el movimiento térmico de las partículas más pequeñas suspendidas en un líquido o gas. Las partículas brownianas se mueven bajo la influencia de impactos moleculares. Debido a la aleatoriedad del movimiento térmico de las moléculas, estos impactos nunca se equilibran entre sí. Como resultado, la velocidad de una partícula browniana cambia aleatoriamente en magnitud y dirección, y su trayectoria es una línea compleja en zigzag.
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FUERZAS DE INTERACCIÓN
Si no hubiera fuerzas de atracción entre las moléculas, entonces todos los cuerpos, bajo cualquier condición, estarían solo en estado gaseoso. Pero las fuerzas de atracción por sí solas no pueden asegurar la existencia de formaciones estables de átomos y moléculas. A distancias muy pequeñas entre moléculas, necesariamente actúan fuerzas repulsivas. Debido a esto, las moléculas no se penetran entre sí y las piezas de materia nunca se reducen al tamaño de una molécula.
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Aunque, en general, las moléculas son eléctricamente neutras, sin embargo, fuerzas eléctricas significativas actúan entre ellas a distancias cortas: hay una interacción entre los electrones y los núcleos atómicos de las moléculas vecinas.
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ESTADOS AGREGADOS DE LA SUSTANCIA
Dependiendo de las condiciones, la misma sustancia puede estar en diferentes estados agregados. Las moléculas de una sustancia en estado sólido, líquido o gaseoso no difieren entre sí. El estado agregado de una sustancia está determinado por la ubicación, la naturaleza del movimiento. e interacción de moléculas.
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ESTRUCTURA DE LOS GASES
El gas se expande hasta llenar todo el volumen que se le ha asignado. Si consideramos el gas nivel molecular, veremos moléculas corriendo al azar y chocando entre sí y con las paredes del recipiente, que, sin embargo, prácticamente no interactúan entre sí. Si aumenta o disminuye el volumen del recipiente, las moléculas se redistribuirán uniformemente en el nuevo volumen
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1. Las moléculas no interactúan entre sí 2. Las distancias entre las moléculas son decenas de veces mayores que el tamaño de las moléculas 3. Los gases se comprimen fácilmente 4. Altas velocidades de las moléculas 5. Ocupan todo el volumen del recipiente 6. Impactos de las moléculas crear presión de gas
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ESTRUCTURA DE LOS LÍQUIDOS
Un líquido a una temperatura dada ocupa un volumen fijo, sin embargo, también toma la forma de un recipiente lleno, pero solo por debajo de su nivel superficial. A nivel molecular, la forma más fácil de pensar en un líquido es como moléculas esféricas que, aunque están en estrecho contacto entre sí, tienen la libertad de rodar unas alrededor de otras, como cuentas redondas en un frasco. Vierta un líquido en un recipiente, y las moléculas se esparcirán rápidamente y llenarán la parte inferior del volumen del recipiente, como resultado, el líquido tomará su forma, pero no se esparcirá en todo el volumen del recipiente.
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1. Hay una interacción entre las moléculas 2. Gran proximidad de las moléculas 3. Las moléculas se mueven a "saltos" 4. Baja compresibilidad de los líquidos 5. No conservan su forma, pero conservan su volumen
Parece moverse sin razón. Valor de apertura browniano movimientos . tráfico mostró que todos los cuerpos consisten en separados ... , que están en continuo desorden movimienot. El hecho de la existencia browniano movimientos demuestra la estructura molecular de la materia. Usó...
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Movimiento browniano.
Completado por: Bakovskaya Julia y Vozniak Albina, estudiantes del 10° grado Verificado por: Tsypenko L.V., profesor de física en 2012
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Movimiento browniano: en las ciencias naturales, el movimiento aleatorio de partículas sólidas microscópicas, visibles y suspendidas en un líquido (o gas) (partículas de polvo, partículas de polen de plantas, etc.), causado por el movimiento térmico de partículas de un líquido ( o gasolina). Los conceptos de "movimiento browniano" y "movimiento térmico" no deben confundirse: el movimiento browniano es una consecuencia y evidencia de la existencia del movimiento térmico.
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La esencia del fenómeno.
El movimiento browniano ocurre debido al hecho de que todos los líquidos y gases consisten en átomos o moléculas, las partículas más pequeñas que están en constante movimiento térmico caótico y, por lo tanto, empujan continuamente la partícula browniana con diferentes partes. Se encontró que las partículas grandes mayores de 5 µm prácticamente no participan en el movimiento browniano (son inmóviles o sedimentan), las partículas más pequeñas (menos de 3 µm) avanzan a lo largo de trayectorias muy complejas o rotan. Cuando un cuerpo grande se sumerge en el medio, los choques que ocurren en gran número se promedian y forman una presión constante. Si un cuerpo grande está rodeado por un medio por todos lados, entonces la presión está prácticamente equilibrada, solo queda la fuerza de elevación de Arquímedes: dicho cuerpo flota o se hunde suavemente. Si el cuerpo es pequeño, como una partícula browniana, las fluctuaciones de presión se vuelven perceptibles, lo que crea una fuerza que cambia aleatoriamente y produce oscilaciones de la partícula. Las partículas brownianas normalmente no se hunden ni flotan, sino que están suspendidas en un medio.
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Descubrimiento del movimiento browniano
Este fenómeno fue descubierto por R. Brown en 1827, cuando estaba realizando una investigación sobre el polen de las plantas. El botánico escocés Robert Brown (a veces su apellido se transcribe como Brown) durante su vida, como el mejor conocedor de plantas, recibió el título de " príncipe de los botánicos". Hizo muchos descubrimientos maravillosos. En 1805, tras una expedición de cuatro años a Australia, trajo a Inglaterra unas 4.000 especies de plantas australianas desconocidas para los científicos y dedicó muchos años a estudiarlas. Plantas descritas traídas de Indonesia y África central. Estudió fisiología vegetal, describió por primera vez en detalle el núcleo de una célula vegetal. La Academia de Ciencias de San Petersburgo lo nombró miembro honorario. Pero el nombre del científico ahora es ampliamente conocido no por estos trabajos. En 1827, Brown realizó una investigación sobre el polen de las plantas. Él, en particular, estaba interesado en cómo el polen está involucrado en el proceso de fertilización. Una vez, bajo un microscopio, examinó granos citoplasmáticos alargados suspendidos en agua aislados de las células de polen de la planta norteamericana Clarkia pulchella (bonita clarkia). De repente, Brown vio que los granos duros más pequeños, que apenas se podían ver en una gota de agua, temblaban constantemente y se movían de un lugar a otro. Encontró que estos movimientos, en sus palabras, "no están asociados ni con flujos en el líquido ni con su evaporación gradual, sino que son inherentes a las propias partículas". Ahora, para repetir la observación de Brown, basta con tener un microscopio no muy potente y usarlo para examinar el humo en una caja ennegrecida, iluminada a través de un orificio lateral con un haz de luz intensa. En un gas, el fenómeno se manifiesta mucho más vívidamente que en un líquido: pequeñas manchas de ceniza u hollín (dependiendo de la fuente del humo) son visibles dispersando la luz, que salta continuamente de un lado a otro. También es posible observar el movimiento browniano en la solución de tinta: con un aumento de 400x, el movimiento de las partículas ya es fácilmente distinguible. Como suele ocurrir en la ciencia, muchos años después, los historiadores descubrieron que allá por 1670, el inventor del microscopio, el holandés Anthony Leeuwenhoek, aparentemente observó un fenómeno similar, pero la rareza y la imperfección de los microscopios, el estado embrionario de la ciencia molecular. en ese momento no llamó la atención la observación de Leeuwenhoek, por lo tanto, el descubrimiento se atribuye correctamente a Brown, quien primero lo estudió y lo describió en detalle.
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El trabajo fue completado por: Makarova Ekaterina, estudiante de séptimo grado, escuela secundaria GOU No. 546, Moscú Supervisor: Kazakova Yu.V., profesor de física
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En 1827, Brown, al examinar granos citoplasmáticos suspendidos en agua aislados de células de polen de la planta norteamericana Clarkia pulchella bajo un microscopio, descubrió inesperadamente que temblaban constantemente y se movían de un lugar a otro.
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Objeto del trabajo: observar y estudiar el movimiento browniano de partículas suspendidas en agua. Objeto de estudio: Movimiento browniano. Tema de estudio: características de la observación y la naturaleza del movimiento browniano. Lugar de trabajo: Centro Radiofísico Educativo y Científico de la Universidad Pedagógica Estatal de Moscú
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Objetivos de la investigación: Estudiar la historia del descubrimiento del movimiento browniano. Estudiar la importancia del descubrimiento del movimiento browniano para el desarrollo de la ciencia. Averiguar la influencia varios factores sobre la naturaleza del movimiento browniano. Realice un experimento para observar el movimiento browniano. Métodos de investigación: El estudio de la literatura y los materiales de los sitios de Internet sobre este tema. Estudiar la naturaleza del movimiento browniano con la ayuda de un modelo. Observación del movimiento browniano.
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En 1824 aparece nuevo tipo microscopio, proporcionando un aumento de 500-1000 veces. Hizo posible agrandar partículas, hasta un tamaño de 0,1-1 mm, pero en su artículo, Brown enfatiza específicamente que tenía lentes biconvexas ordinarias, lo que significa que no podía aumentar los objetos más de 500 veces, es decir, las partículas. aumentó a un tamaño de sólo 0,05-0,5 mm. El tamaño de las células de polen oscila entre 2,5 µm y 250 µm. Las partículas brownianas tienen un tamaño del orden de 0,1–1 µm. microscopios del siglo 18
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Ya en 1670, el inventor del microscopio, el holandés Anthony Leeuwenhoek, pudo haber observado un fenómeno similar, ya que su microscopio daba un aumento de hasta 300 veces, pero el estado embrionario de la ciencia molecular en ese momento no llamó la atención. La observación de Leeuwenhoek. Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
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Un extracto del poema de Lucrecio Cara "Sobre la naturaleza de las cosas" Mira: cada vez que la luz del sol penetra en nuestras viviendas y atraviesa la oscuridad con sus rayos, Verás muchos cuerpos pequeños en el vacío, parpadeando, Corriendo de un lado a otro en el radiante resplandor de luz...
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Baja temperatura(1 min) Alta temperatura (1 min) Comparación de patrones de movimiento de partículas mediante el modelo de movimiento browniano
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Conclusiones: Las partículas brownianas se mueven bajo la influencia de impactos aleatorios de moléculas. El movimiento browniano es caótico. Según la trayectoria de la partícula, se puede juzgar la intensidad del movimiento, cuanto menor es la masa de la partícula, más intenso se vuelve el movimiento. La intensidad del movimiento browniano depende directamente de la temperatura. El movimiento browniano nunca se detiene.
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Marian Smoluchowski (1872–1917) Primero dio una explicación rigurosa del movimiento browniano en 1904
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Albert Einstein (1879-1955) Creó la primera teoría cuantitativa del movimiento browniano en 1905. Mediante el uso métodos de estadística derivó una fórmula para el valor promedio del desplazamiento al cuadrado de una partícula browniana: donde B es la movilidad de la partícula, que es inversamente proporcional a la viscosidad del medio y el tamaño de la partícula, t es el tiempo de observación, T es la temperatura del líquido.< r 2 >= 6kTBt
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Jean-Baptiste Perrin (1870 - 1942) En 1906 comenzó a realizar experimentos que confirmaron la teoría de Einstein. Resumiendo en 1912, declaró: “La teoría atómica ha triunfado. Una vez numerosos, sus oponentes son derrotados y uno por uno renuncian a sus puntos de vista, por tanto tiempo considerados razonables y útiles. En 1926 Perrin recibió premio Nobel por su trabajo sobre "la naturaleza discreta de la materia"
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Movimiento browniano de partículas de goma en agua. Los puntos marcan posiciones sucesivas de la partícula después de 30 s. Las observaciones se realizaron al microscopio con un aumento de aprox. 3000. Tamaño de partícula de aproximadamente 1 micra. Una celda corresponde a una distancia de 3,4 µm.
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MICROSCOPIO NIKON Eclipse LV 100 Videocámara Ocular Platina del objeto Objetivo Monitor Tornillos para el movimiento horizontal de la platina del objeto Tornillos de ajuste de nitidez
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Conclusiones: 1. Los científicos anteriores a Brown pudieron observar accidentalmente el movimiento browniano, pero debido a la imperfección de los microscopios y la falta de comprensión de la estructura molecular de las sustancias, nadie lo estudió. Después de Brown, fue estudiado por muchos científicos, pero nadie pudo darle una explicación. 2. La creación de la teoría cuantitativa del movimiento browniano por parte de Einstein y su confirmación experimental por parte de Perrin hicieron posible demostrar de manera convincente la existencia de moléculas y su movimiento aleatorio continuo. 3. Las causas del movimiento browniano son el movimiento térmico de las moléculas del medio y la falta de compensación exacta de los impactos experimentados por la partícula de las moléculas que la rodean. 4. La intensidad del movimiento browniano se ve afectada por el tamaño y la masa de la partícula browniana, la temperatura y la viscosidad del líquido. 5. La observación del movimiento browniano es una tarea muy difícil, ya que es necesario: poder usar un microscopio, excluir la influencia negativa factores externos(vibración, inclinación de la mesa), observe rápidamente hasta que el líquido se haya evaporado.
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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
Yuldasheva Lolita
Biografía de Robert Brown, experiencia con el polen, causas del movimiento browniano.
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Subtítulos de las diapositivas:
Presentación de física "Movimiento browniano" por un estudiante de séptimo grado de la escuela secundaria GBOU No. 1465 que lleva el nombre del almirante N.G. Kuznetsova Yuldasheva Lolita Profesora de física: L.Yu. Kruglova
movimiento browniano
Biografía de Robert Brown (1773-1858) Botánico británico (escocés) de finales del siglo XVIII - primera mitad del XIX, morfólogo y taxónomo vegetal, descubridor del "movimiento browniano". Nació el 21 de diciembre de 1773 en Montrose en Escocia, estudió en Aberdeen, estudió medicina y botánica en la Universidad de Edimburgo en 1789-1795. En 1795 ingresó en el Regimiento del Norte de la Milicia Escocesa, con quien estuvo en Irlanda. Aquí recolectó plantas locales y conoció al botánico Sir Joseph Banks. Los estudios diligentes en las ciencias naturales le valieron la amistad de Banks, por cuya recomendación fue nombrado botánico en una expedición enviada en 1801 en el barco Investigator (Ing. Investigator) bajo el mando del Capitán Flinders para explorar la costa de Australia. Junto con el artista Ferdinand Bauer, visitó partes de Australia, luego Tasmania y las Islas del Estrecho de Bass. Sobre todo, estaba interesado en la flora y la fauna de estos países. En 1805, Brown regresó a Inglaterra, trayendo consigo unas 4.000 especies de plantas australianas, muchas aves y minerales para la colección Banks; pasó varios años desarrollando este rico material, como nunca nadie había traído de países lejanos. Plantas descritas traídas de Indonesia y África Central. Estudió fisiología vegetal, describió por primera vez en detalle el núcleo de una célula vegetal. La Academia de Ciencias de San Petersburgo lo nombró miembro honorario. Pero el nombre del científico ahora es ampliamente conocido no por estos trabajos. Miembro de la Royal Society de Londres (desde 1810). De 1810 a 1820, Robert Brown estuvo a cargo de la Linnean Library y de las vastas colecciones de su mecenas Banks, presidente de la Royal Society de Londres. En 1820 se convirtió en bibliotecario y curador del departamento de botánica del Museo Británico, donde, tras la muerte de Banks, se trasladaron las colecciones de este último.
La experiencia de Robert Brown Brown, en la tranquilidad de su oficina de Londres en 1827, estudió los especímenes de plantas obtenidos a través de un microscopio. Le llegó el turno al polen, que es, de hecho, granos finos. Dejando caer una gota de agua sobre el cubreobjetos, Brown trajo cierta cantidad de polen. Mirando a través del microscopio, Brown descubrió que algo extraño estaba sucediendo en el plano focal del microscopio. Las partículas de polen se movían constantemente de forma caótica, impidiendo que el investigador las viera. Brown decidió contarles a sus colegas sobre sus observaciones. El artículo publicado de Brown tenía un título típico de esa época de ocio: “Un breve informe de observaciones microscópicas realizadas en partículas en junio y agosto de 1827, contenidas en polen de plantas; y sobre la existencia de moléculas activas en cuerpos orgánicos e inorgánicos.
Movimiento browniano La observación de Brown fue confirmada por otros científicos. Las partículas más pequeñas se comportaron como si estuvieran vivas, y la "danza" de las partículas se aceleró con el aumento de la temperatura y la disminución del tamaño de las partículas y se desaceleró claramente cuando se reemplazó el agua por un medio más viscoso. Este asombroso fenómeno nunca se detuvo: se pudo observar durante un tiempo arbitrariamente largo. Al principio, Brown incluso pensó que las criaturas vivas realmente entraban en el campo del microscopio, especialmente porque el polen son las células germinales masculinas de las plantas, pero las partículas de las plantas muertas, incluso las que se secaron cien años antes en los herbarios, también condujeron.
Entonces Brown se preguntó si se trataba de las "moléculas elementales de los seres vivos", de las que hablaba el célebre naturalista francés Georges Buffon (1707-1788), autor de los 36 volúmenes de Historia Natural. Esta suposición se desvaneció cuando Brown comenzó a explorar objetos aparentemente inanimados; al principio eran partículas muy pequeñas de carbón, así como hollín y polvo del aire de Londres, luego sustancias inorgánicas finamente molidas: vidrio, muchos minerales diferentes. Las "moléculas activas" estaban en todas partes: "En cada mineral", escribió Brown, "que logré convertir en polvo hasta tal punto que podía suspenderse en agua durante algún tiempo, encontré, en mayor o menor cantidad, estas moléculas .
Debo decir que Brown no tenía ninguno de los últimos microscopios. En su artículo, destaca específicamente que tenía lentes biconvexas ordinarias, que usó durante varios años. Y escribe además: "A lo largo del estudio, continué usando los mismos lentes con los que comencé a trabajar, para dar más persuasión a mis declaraciones y hacerlas lo más accesibles posible a las observaciones ordinarias".
Ahora, para repetir la observación de Brown, basta con tener un microscopio no muy potente y usarlo para examinar el humo en una caja ennegrecida, iluminada a través de un orificio lateral con un haz de luz intensa. En un gas, el fenómeno se manifiesta mucho más vívidamente que en un líquido: pequeñas manchas de ceniza u hollín (dependiendo de la fuente del humo) son visibles dispersando la luz, que salta continuamente de un lado a otro. Cualitativamente, la imagen era bastante plausible e incluso visual. Una pequeña ramita o insecto debe moverse aproximadamente de la misma manera, que muchas hormigas empujan (o tiran) en diferentes direcciones. Estas partículas más pequeñas estaban en realidad en el léxico de los científicos, solo que nadie las había visto nunca. Los llamaron moléculas; traducida del latín, esta palabra significa "pequeña masa".
Trayectorias de partículas brownianas
Las partículas brownianas tienen un tamaño del orden de 0,1–1 µm, es decir de una milésima a una diezmilésima de milímetro, razón por la cual Brown pudo discernir su movimiento, que examinó diminutos granos citoplasmáticos, y no el polen en sí (que a menudo se informa erróneamente). El hecho es que las células de polen son demasiado grandes. Por lo tanto, en el polen de la hierba de los prados, que es transportado por el viento y causa enfermedades alérgicas en los humanos (fiebre del heno), el tamaño de las células suele estar en el rango de 20 a 50 micras, es decir, son demasiado grandes para observar el movimiento browniano. También es importante tener en cuenta que los movimientos individuales de una partícula browniana ocurren con mucha frecuencia y en distancias muy pequeñas, por lo que es imposible verlos, pero bajo un microscopio, los movimientos que han ocurrido durante un cierto período de tiempo son visibles. Parecería que el hecho mismo de la existencia del movimiento browniano demostró inequívocamente estructura molecular materia, sino incluso a principios del siglo XX. había científicos, incluidos físicos y químicos, que no creían en la existencia de las moléculas. La teoría atómico-molecular ganó reconocimiento lentamente y con dificultad.
Movimiento browniano y difusión. El movimiento de las partículas brownianas se parece mucho al movimiento de las moléculas individuales como resultado de su movimiento térmico. Este movimiento se llama difusión. Incluso antes del trabajo de Smoluchowski y Einstein, las leyes del movimiento de las moléculas se establecieron en el caso más simple del estado gaseoso de la materia. Resultó que las moléculas en los gases se mueven muy rápido, a la velocidad de una bala, pero no pueden "volar" lejos, ya que muy a menudo chocan con otras moléculas. Por ejemplo, las moléculas de oxígeno y nitrógeno en el aire, moviéndose a una velocidad promedio de unos 500 m/s, experimentan más de mil millones de colisiones cada segundo. Por lo tanto, el camino de la molécula, si pudiera ser rastreado, sería una línea discontinua compleja. Las partículas brownianas describen una trayectoria similar si su posición se fija en ciertos intervalos de tiempo. Tanto la difusión como el movimiento browniano son consecuencia del movimiento térmico caótico de las moléculas y, por lo tanto, se describen mediante relaciones matemáticas similares. La diferencia es que las moléculas de los gases se mueven en línea recta hasta que chocan con otras moléculas, después de lo cual cambian de dirección.
Una partícula browniana, a diferencia de una molécula, no realiza “vuelos libres”, pero experimenta “nervios” pequeños e irregulares muy frecuentes, como resultado de lo cual se desplaza aleatoriamente hacia un lado o hacia el otro. Los cálculos han demostrado que para una partícula con un tamaño de 0,1 micras, se produce un movimiento en tres milmillonésimas de segundo en una distancia de solo 0,5 nm (1 nm = m). Según la acertada expresión de un autor, esto recuerda el movimiento de una lata de cerveza vacía en una plaza donde se ha reunido una multitud de personas. La difusión es mucho más fácil de observar que el movimiento browniano, ya que no requiere un microscopio: los movimientos no se observan de partículas individuales, sino de sus enormes masas, solo es necesario asegurarse de que la convección no se superponga a la difusión: mezcla de materia como como resultado de flujos de vórtice (dichos flujos son fáciles de notar, dejando caer una gota de una solución coloreada, como tinta, en un vaso de agua caliente).
Causas del movimiento browniano. El movimiento browniano ocurre debido al hecho de que todos los líquidos y gases consisten en átomos o moléculas, las partículas más pequeñas que están en constante movimiento térmico caótico y, por lo tanto, empujan continuamente la partícula browniana desde diferentes lados. Se encontró que las partículas grandes mayores de 5 µm prácticamente no participan en el movimiento browniano (son inmóviles o sedimentan), las partículas más pequeñas (menos de 3 µm) avanzan a lo largo de trayectorias muy complejas o rotan. Cuando un cuerpo grande se sumerge en el medio, los choques que ocurren en gran número se promedian y forman una presión constante. Si un cuerpo grande está rodeado por un medio por todos lados, entonces la presión está prácticamente equilibrada, solo queda la fuerza de elevación de Arquímedes: dicho cuerpo flota o se hunde suavemente. Si el cuerpo es pequeño, como una partícula browniana, las fluctuaciones de presión se vuelven perceptibles, lo que crea una fuerza que cambia aleatoriamente y produce oscilaciones de la partícula. Las partículas brownianas normalmente no se hunden ni flotan, sino que están suspendidas en un medio.
