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MOVIMENTO BROWNIANO

Nell'estate del 1827, Brown, mentre studiava il comportamento del polline al microscopio, scoprì improvvisamente che le singole spore compiono movimenti impulsivi assolutamente caotici. Stabilì con certezza che questi movimenti non erano in alcun modo collegati né con i vortici e le correnti dell'acqua, né con la sua evaporazione, dopo di che, dopo aver descritto la natura del movimento delle particelle, firmò onestamente la propria impotenza a spiegare l'origine di questo movimento caotico. Tuttavia, essendo uno sperimentatore meticoloso, Brown ha scoperto che un movimento così caotico è caratteristico di qualsiasi particella microscopica, che si tratti di polline di piante, sospensioni minerali o qualsiasi sostanza frantumata in generale.

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Questo è il movimento termico delle particelle più piccole sospese in un liquido o gas. Le particelle browniane si muovono sotto l'influenza di impatti molecolari. A causa della casualità del movimento termico delle molecole, questi impatti non si equilibrano mai. Di conseguenza, la velocità di una particella browniana cambia casualmente in magnitudine e direzione e la sua traiettoria è una complessa linea a zigzag.

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FORZE DI INTERAZIONE

Se non ci fossero forze attrattive tra le molecole, tutti i corpi in qualsiasi condizione sarebbero solo allo stato gassoso. Ma le forze di attrazione da sole non possono garantire l'esistenza di formazioni stabili di atomi e molecole. A distanze molto piccole tra le molecole, le forze repulsive agiscono necessariamente. A causa di ciò, le molecole non penetrano l'una nell'altra e i pezzi di materia non si riducono mai alle dimensioni di una molecola.

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Sebbene, in generale, le molecole siano elettricamente neutre, tuttavia, forze elettriche significative agiscono tra loro a brevi distanze: esiste un'interazione tra elettroni e nuclei atomici di molecole vicine

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STATI AGGREGATI DI SOSTANZA

A seconda delle condizioni, la stessa sostanza può trovarsi in diversi stati aggregati Le molecole di una sostanza allo stato solido, liquido o gassoso non differiscono l'una dall'altra Lo stato aggregato di una sostanza è determinato dalla posizione, dalla natura del movimento e l'interazione delle molecole.

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STRUTTURA DEI GAS

Il gas si espande fino a riempire l'intero volume assegnatogli. Se consideriamo il gas livello molecolare, vedremo molecole correre e scontrarsi casualmente tra loro e con le pareti del vaso, che, tuttavia, praticamente non interagiscono tra loro. Se aumenti o diminuisci il volume del vaso, le molecole verranno ridistribuite uniformemente nel nuovo volume

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1. Le molecole non interagiscono tra loro 2. Le distanze tra le molecole sono decine di volte maggiori delle dimensioni delle molecole 3. I gas sono facilmente compressi 4. Elevate velocità delle molecole 5. Occupano l'intero volume del recipiente 6. Impatti delle molecole creare pressione del gas

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STRUTTURA DEI LIQUIDI

Un liquido a una data temperatura occupa un volume fisso, tuttavia assume anche la forma di un recipiente pieno, ma solo al di sotto del suo livello superficiale. A livello molecolare, il modo più semplice per pensare a un liquido è come molecole sferiche che, sebbene siano a stretto contatto tra loro, hanno la libertà di rotolarsi l'una intorno all'altra, come perle rotonde in un barattolo. Versare un liquido in una nave - e le molecole si diffonderanno rapidamente e riempiranno la parte inferiore del volume della nave, di conseguenza, il liquido prenderà la sua forma, ma non si diffonderà nell'intero volume della nave.

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1. Esiste un'interazione tra le molecole 2. In prossimità delle molecole 3. Le molecole si muovono a "salto" 4. Bassa comprimibilità dei liquidi 5. Non mantengono la loro forma, ma mantengono il loro volume

Sembra muoversi senza motivo. Valore di apertura Browniano movimenti . traffico ha mostrato che tutti i corpi sono costituiti da separati ... , che sono in continuo disordine movimento. Il fatto dell'esistenza Browniano movimenti dimostra la struttura molecolare della materia. Usato...

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Moto browniano.
Completato da: Bakovskaya Julia e Vozniak Albina, studenti del 10° grado Verificato da: Tsypenko L.V., insegnante di fisica nel 2012

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Moto browniano - nelle scienze naturali, il movimento casuale di particelle solide microscopiche, visibili, sospese in un liquido (o gas) (particelle di polvere, particelle di polline di piante e così via), causato dal movimento termico di particelle di un liquido ( o gas). I concetti di "moto browniano" e "moto termico" non devono essere confusi: il moto browniano è una conseguenza e prova dell'esistenza del moto termico.

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L'essenza del fenomeno
Il moto browniano si verifica a causa del fatto che tutti i liquidi e i gas sono costituiti da atomi o molecole - le particelle più piccole che sono in costante movimento termico caotico, e quindi spingono continuamente la particella browniana con partiti diversi. Si è riscontrato che le particelle grandi più grandi di 5 µm praticamente non partecipano al moto browniano (sono immobili o sedimentano), le particelle più piccole (meno di 3 µm) si muovono in avanti lungo traiettorie molto complesse o ruotano. Quando un corpo di grandi dimensioni è immerso nel mezzo, gli shock che si verificano in gran numero vengono calcolati in media e formano una pressione costante. Se un corpo grande è circondato da un mezzo su tutti i lati, la pressione è praticamente bilanciata, rimane solo la forza di sollevamento di Archimede: un tale corpo galleggia o affonda dolcemente. Se il corpo è piccolo, come una particella browniana, le fluttuazioni di pressione diventano evidenti, che creano una forza evidente che cambia in modo casuale, portando a oscillazioni della particella. Le particelle browniane di solito non affondano o galleggiano, ma sono sospese in un mezzo.

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Scoperta del moto browniano
Questo fenomeno fu scoperto da R. Brown nel 1827, mentre stava conducendo una ricerca sul polline delle piante.Il botanico scozzese Robert Brown (a volte il suo cognome viene trascritto come Brown) durante la sua vita, come miglior conoscitore di piante, ricevette il titolo di " principe dei botanici". Ha fatto molte meravigliose scoperte. Nel 1805, dopo una spedizione di quattro anni in Australia, portò in Inghilterra circa 4.000 specie di piante australiane sconosciute agli scienziati e dedicò molti anni al loro studio. Piante descritte portate dall'Indonesia e Africa centrale. Studiò fisiologia vegetale, prima descrisse in dettaglio il nucleo di una cellula vegetale. L'Accademia delle Scienze di San Pietroburgo lo ha nominato membro onorario. Ma il nome dello scienziato ora è ampiamente noto non a causa di questi lavori. Nel 1827, Brown condusse una ricerca sul polline delle piante. A lui, in particolare, interessava il modo in cui il polline è coinvolto nel processo di fecondazione. Una volta, al microscopio, esaminò grani citoplasmatici allungati sospesi in acqua isolati dalle cellule polliniche della pianta nordamericana Clarkia pulchella (pretty clarkia). Improvvisamente, Brown vide che i più piccoli granelli duri, che a malapena potevano essere visti in una goccia d'acqua, tremavano costantemente e si spostavano da un posto all'altro. Ha scoperto che questi movimenti, nelle sue parole, "non sono associati né ai flussi nel liquido né alla sua graduale evaporazione, ma sono inerenti alle particelle stesse". Ora, per ripetere l'osservazione di Brown, basta avere un microscopio non molto potente e utilizzarlo per esaminare il fumo in una scatola annerita, illuminata attraverso un foro laterale con un fascio di luce intensa. In un gas, il fenomeno si manifesta in modo molto più vivido che in un liquido: piccole macchie di cenere o fuliggine (a seconda della fonte del fumo) sono visibili disperdendo la luce, che salta continuamente avanti e indietro. È anche possibile osservare il moto browniano in soluzione di inchiostro: con un ingrandimento di 400x, il moto delle particelle è già facilmente distinguibile. Come spesso accade nella scienza, molti anni dopo, gli storici scoprirono che già nel 1670 l'inventore del microscopio, l'olandese Anthony Leeuwenhoek, avrebbe osservato un fenomeno simile, ma la rarità e l'imperfezione dei microscopi, lo stato embrionale della scienza molecolare in quel momento non attirò l'attenzione sull'osservazione di Leeuwenhoek, quindi la scoperta è giustamente attribuita a Brown, che per primo la studiò e la descrisse in dettaglio.

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Il lavoro è stato completato da: Makarova Ekaterina, studentessa del 7° grado, scuola secondaria GOU n. 546, Mosca Supervisore: Kazakova Yu.V., insegnante di fisica

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Nel 1827, Brown, esaminando al microscopio grani citoplasmatici sospesi in acqua isolati dalle cellule polliniche della pianta nordamericana Clarkia pulchella, scoprì inaspettatamente che tremavano costantemente e si spostavano da un luogo all'altro.

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Scopo del lavoro: osservare e studiare il moto browniano delle particelle sospese in acqua. Oggetto di studio: moto browniano. Oggetto di studio: caratteristiche dell'osservazione e natura del moto browniano. Luogo di lavoro: Centro radiofisico educativo e scientifico dell'Università pedagogica statale di Mosca

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Obiettivi della ricerca: Studiare la storia della scoperta del moto browniano. Studiare il significato della scoperta del moto browniano per lo sviluppo della scienza. Scopri l'influenza vari fattori sulla natura del moto browniano. Condurre un esperimento per osservare il moto browniano. Metodi di ricerca: Lo studio della letteratura e dei materiali provenienti da siti Internet sull'argomento. Studiare la natura del moto browniano con l'aiuto di un modello. Osservazione del moto browniano.

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Nel 1824 appare nuovo tipo microscopio, fornendo un ingrandimento di 500-1000 volte. Ha permesso di ingrandire le particelle, fino a una dimensione di 0,1-1 mm, ma nel suo articolo, Brown sottolinea specificamente che aveva normali lenti biconvesse, il che significa che poteva ingrandire gli oggetti non più di 500 volte, cioè le particelle aumentato a una dimensione di soli 0,05-0,5 mm. La dimensione delle cellule polliniche varia da 2,5 µm a 250 µm Le particelle browniane hanno una dimensione dell'ordine di 0,1–1 µm. Microscopi del XVIII secolo

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Già nel 1670 l'inventore del microscopio, l'olandese Anthony Leeuwenhoek, potrebbe aver osservato un fenomeno simile, poiché il suo microscopio forniva un ingrandimento fino a 300 volte, ma lo stato embrionale della scienza molecolare in quel momento non attirò l'attenzione su L'osservazione di Leeuwenhoek. Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)

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Un estratto dal poema di Lucrezio Cara "Sulla natura delle cose" Guarda: ogni volta che la luce del sole penetra nelle nostre abitazioni e taglia l'oscurità con i suoi raggi, vedrai tanti piccoli corpi nel vuoto, tremolanti, che corrono avanti e indietro nel vuoto radioso splendore di luce...

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Bassa temperatura(1 min) Alta temperatura (1 min) Confronto dei modelli di movimento delle particelle utilizzando il modello di movimento browniano

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Conclusioni: le particelle browniane si muovono sotto l'influenza di impatti casuali di molecole. Il moto browniano è caotico. Secondo la traiettoria della particella, si può giudicare l'intensità del movimento, più piccola è la massa della particella, più intenso diventa il movimento. L'intensità del moto browniano dipende direttamente dalla temperatura. Il moto browniano non si ferma mai.

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Marian Smoluchowski (1872–1917) fornì per la prima volta una spiegazione rigorosa del moto browniano nel 1904

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Albert Einstein (1879-1955) creò la prima teoria quantitativa del moto browniano nel 1905. Usando metodi statistici derivò una formula per il valore medio dello spostamento al quadrato di una particella browniana: dove B è la mobilità delle particelle, che è inversamente proporzionale alla viscosità del mezzo e alla dimensione delle particelle, t è il tempo di osservazione, T è la temperatura del liquido.< r 2 >= 6kTBt

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Jean-Baptiste Perrin (1870 - 1942) Nel 1906 iniziò a condurre esperimenti che confermarono la teoria di Einstein. Riassumendo nel 1912, dichiarò: “La teoria atomica ha trionfato. Una volta numerosi, i suoi avversari vengono sconfitti e uno ad uno rinunciano alle loro opinioni, per tanto tempo ritenute ragionevoli e utili. Nel 1926 Perrin ha ricevuto premio Nobel per il suo lavoro sulla "natura discreta della materia"

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Moto browniano delle particelle di gomma nell'acqua. I punti segnano le posizioni successive della particella dopo 30 s. Le osservazioni sono state effettuate al microscopio con un ingrandimento di ca. 3000. Granulometria circa 1 micron. Una cella corrisponde a una distanza di 3,4 µm.

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Conclusioni: 1. Il moto browniano potrebbe essere osservato accidentalmente dagli scienziati prima di Brown, ma a causa dell'imperfezione dei microscopi e della mancanza di comprensione della struttura molecolare delle sostanze, non è stato studiato da nessuno. Dopo Brown, è stato studiato da molti scienziati, ma nessuno è stato in grado di dargli una spiegazione. 2. La creazione della teoria quantitativa del moto browniano da parte di Einstein e la sua conferma sperimentale da parte di Perrin hanno permesso di dimostrare in modo convincente l'esistenza delle molecole e il loro moto casuale continuo. 3. Le cause del moto browniano sono il moto termico delle molecole del mezzo e la mancanza di un'esatta compensazione degli impatti subiti dalla particella dalle molecole che la circondano. 4. L'intensità del moto browniano è influenzata dalle dimensioni e dalla massa della particella browniana, dalla temperatura e dalla viscosità del liquido. 5. L'osservazione del moto browniano è un compito molto difficile, poiché è necessario: essere in grado di utilizzare un microscopio, escludere l'influenza del negativo fattori esterni(vibrazione, inclinazione del tavolo), osservare rapidamente fino a quando il liquido non è evaporato.

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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

Biografia di Robert Brown, esperienza con il polline, cause del moto browniano.

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Didascalie delle diapositive:

Presentazione in fisica "Moto browniano" di uno studente di 7a elementare della scuola secondaria GBOU n. 1465 intitolata all'ammiraglio N.G. Kuznetsova Yuldasheva Lolita Insegnante di fisica: L.Yu. Kruglova

Moto browniano

Biografia di Robert Brown (1773-1858) botanico britannico (scozzese) della fine del 18° - prima metà del 19° secolo, morfologo e tassonomista vegetale, scopritore del "movimento browniano". Nato il 21 dicembre 1773 a Montrose in Scozia, studiò ad Aberdeen, studiò medicina e botanica all'Università di Edimburgo nel 1789-1795. Nel 1795 entrò a far parte del reggimento settentrionale della milizia scozzese, con il quale era in Irlanda. Qui raccolse piante locali e incontrò il botanico Sir Joseph Banks. Diligenti studi nelle scienze naturali gli valsero l'amicizia di Banks, su raccomandazione del quale fu nominato botanico in una spedizione inviata nel 1801 sulla nave Investigator (Eng. Investigator) al comando del capitano Flinders per esplorare le coste dell'Australia. Insieme all'artista Ferdinand Bauer, ha visitato parti dell'Australia, poi della Tasmania e delle isole dello Stretto di Bass. Soprattutto era interessato alla flora e alla fauna di questi paesi. Nel 1805 Brown tornò in Inghilterra, portando con sé circa 4.000 specie di piante australiane, molti uccelli e minerali per la collezione Banks; ha trascorso diversi anni a sviluppare questo ricco materiale, come nessuno aveva mai portato da paesi lontani. Piante descritte portate dall'Indonesia e dall'Africa centrale. Studiò fisiologia vegetale, prima descrisse in dettaglio il nucleo di una cellula vegetale. L'Accademia delle Scienze di San Pietroburgo lo ha nominato membro onorario. Ma il nome dello scienziato ora è ampiamente noto non a causa di questi lavori. Membro della Royal Society di Londra (dal 1810). Dal 1810 al 1820, Robert Brown fu responsabile della Biblioteca Linnean e delle vaste collezioni del suo mecenate Banks, presidente della Royal Society di Londra. Nel 1820 divenne bibliotecario e curatore del dipartimento botanico del British Museum, dove, dopo la morte di Banks, furono trasferite le collezioni di quest'ultimo.

L'esperienza di Robert Brown Brown, nella quiete del suo ufficio londinese nel 1827, studiò al microscopio i campioni vegetali ottenuti. Il turno è arrivato al polline, che è, in effetti, a grani fini. Facendo cadere una goccia d'acqua sul vetro di copertura, Brown ha introdotto una certa quantità di polline. Guardando attraverso il microscopio, Brown ha scoperto che qualcosa di strano stava accadendo nel piano focale del microscopio. Le particelle di polline si muovevano costantemente in modo caotico, non permettendo al ricercatore di vederle. Brown ha deciso di raccontare ai suoi colleghi le sue osservazioni. L'articolo pubblicato da Brown aveva un titolo tipico di quel periodo piacevole: “Un breve rapporto di osservazioni microscopiche condotte sulle particelle nel giugno e nell'agosto 1827, contenuto nel polline delle piante; e sull'esistenza di molecole attive nei corpi organici e inorganici.

Moto browniano L'osservazione di Brown è stata confermata da altri scienziati. Le particelle più piccole si comportavano come se fossero vive e la "danza" delle particelle accelerava all'aumentare della temperatura e alla diminuzione della dimensione delle particelle e rallentava chiaramente quando l'acqua veniva sostituita da un mezzo più viscoso. Questo straordinario fenomeno non si è mai fermato: potrebbe essere osservato per un tempo arbitrariamente lungo. All'inizio, Brown pensava addirittura che le creature viventi entrassero davvero nel campo del microscopio, soprattutto perché il polline è le cellule germinali maschili delle piante, ma anche le particelle di piante morte, anche di quelle essiccate cento anni prima negli erbari, guidavano.

Poi Brown si chiese se queste fossero le "molecole elementari degli esseri viventi", di cui parlava il famoso naturalista francese Georges Buffon (1707-1788), autore dei 36 volumi di Storia naturale. Questa ipotesi è svanita quando Brown ha iniziato a esplorare oggetti apparentemente inanimati; all'inizio si trattava di minuscole particelle di carbone, oltre a fuliggine e polvere dell'aria londinese, poi sostanze inorganiche finemente macinate: vetro, molti minerali diversi. Le “molecole attive” erano dappertutto: “In ogni minerale”, scriveva Brown, “che riuscivo a ridurre in polvere a tal punto da poter essere sospeso in acqua per qualche tempo, trovavo, in quantità maggiore o minore, queste molecole .

Devo dire che Brown non aveva nessuno degli ultimi microscopi. Nel suo articolo, sottolinea specificamente che aveva normali lenti biconvesse, che ha usato per diversi anni. E scrive inoltre: "Durante lo studio, ho continuato a utilizzare le stesse lenti con cui ho iniziato a lavorare, in modo da dare più persuasione alle mie affermazioni e renderle il più accessibili possibile alle osservazioni ordinarie".

Ora, per ripetere l'osservazione di Brown, basta avere un microscopio non molto potente e utilizzarlo per esaminare il fumo in una scatola annerita, illuminata attraverso un foro laterale con un fascio di luce intensa. In un gas, il fenomeno si manifesta in modo molto più vivido che in un liquido: piccole macchie di cenere o fuliggine (a seconda della fonte del fumo) sono visibili disperdendo la luce, che salta continuamente avanti e indietro. Qualitativamente, l'immagine era abbastanza plausibile e persino visiva. Un piccolo ramoscello o un insetto dovrebbe muoversi all'incirca nello stesso modo, che viene spinto (o tirato) in direzioni diverse da molte formiche. Queste particelle più piccole erano in realtà nel lessico degli scienziati, solo che nessuno le aveva mai viste. Li chiamavano molecole; tradotta dal latino, questa parola significa "piccola massa".

Traiettorie delle particelle browniane

Le particelle browniane hanno una dimensione dell'ordine di 0,1–1 µm, cioè da un millesimo a un decimillesimo di millimetro, motivo per cui Brown riuscì a discernere il loro movimento, che esaminò minuscoli granelli citoplasmatici, e non il polline stesso (che è spesso erroneamente riportato). Il fatto è che le cellule polliniche sono troppo grandi. Pertanto, nel polline di graminacee, che è trasportato dal vento e causa malattie allergiche nell'uomo (febbre da fieno), la dimensione cellulare è solitamente compresa tra 20 e 50 micron, cioè sono troppo grandi per osservare il moto browniano. È anche importante notare che i movimenti individuali di una particella browniana si verificano molto spesso e su distanze molto piccole, quindi è impossibile vederli, ma al microscopio sono visibili movimenti che si sono verificati in un certo periodo di tempo. Sembrerebbe che il fatto stesso dell'esistenza del moto browniano sia stato dimostrato inequivocabilmente struttura molecolare materia, ma anche all'inizio del XX secolo. c'erano scienziati, inclusi fisici e chimici, che non credevano nell'esistenza delle molecole. La teoria atomico-molecolare ha ottenuto il riconoscimento solo lentamente e con difficoltà.

Moto e diffusione browniana. Il movimento delle particelle browniane assomiglia molto al movimento delle singole molecole come risultato del loro movimento termico. Questo movimento è chiamato diffusione. Già prima del lavoro di Smoluchowski ed Einstein, le leggi del moto delle molecole erano stabilite nel caso più semplice dello stato gassoso della materia. Si è scoperto che le molecole nei gas si muovono molto rapidamente, alla velocità di un proiettile, ma non possono "volare via" lontano, poiché molto spesso si scontrano con altre molecole. Ad esempio, le molecole di ossigeno e azoto nell'aria, che si muovono a una velocità media di circa 500 m/s, subiscono più di un miliardo di collisioni al secondo. Pertanto, il percorso della molecola, se potesse essere tracciato, sarebbe una linea spezzata complessa. Una traiettoria simile è descritta dalle particelle browniane se la loro posizione è fissata a determinati intervalli di tempo. Sia la diffusione che il moto browniano sono una conseguenza del movimento termico caotico delle molecole e quindi sono descritti da relazioni matematiche simili. La differenza è che le molecole nei gas si muovono in linea retta finché non entrano in collisione con altre molecole, dopodiché cambiano direzione.

Una particella browniana, a differenza di una molecola, non effettua alcun "volo libero", ma sperimenta "jitter" piccoli e irregolari molto frequenti, per cui si sposta casualmente da una parte o dall'altra. I calcoli hanno mostrato che per una particella con una dimensione di 0,1 micron, si verifica un movimento in tre miliardesimi di secondo su una distanza di soli 0,5 nm (1 nm = m). Secondo la giusta espressione di un autore, ciò ricorda il movimento di una lattina di birra vuota in una piazza dove si è radunata una folla di persone. La diffusione è molto più facile da osservare rispetto al moto browniano, poiché non richiede un microscopio: i movimenti non si osservano delle singole particelle, ma delle loro enormi masse, è solo necessario assicurarsi che la convezione non si sovrapponga alla diffusione - mescolamento della materia come un risultato di flussi a vortice (tali flussi sono facili da notare, facendo cadere una goccia di una soluzione colorata, come l'inchiostro, in un bicchiere di acqua calda).

Cause del moto browniano. Il moto browniano si verifica a causa del fatto che tutti i liquidi e i gas sono costituiti da atomi o molecole - le particelle più piccole che sono in costante movimento termico caotico, e quindi spingono continuamente la particella browniana da diversi lati. Si è riscontrato che le particelle grandi più grandi di 5 µm praticamente non partecipano al moto browniano (sono immobili o sedimentano), le particelle più piccole (meno di 3 µm) si muovono in avanti lungo traiettorie molto complesse o ruotano. Quando un corpo di grandi dimensioni è immerso nel mezzo, gli shock che si verificano in gran numero vengono calcolati in media e formano una pressione costante. Se un corpo grande è circondato da un mezzo su tutti i lati, la pressione è praticamente bilanciata, rimane solo la forza di sollevamento di Archimede: un tale corpo galleggia o affonda dolcemente. Se il corpo è piccolo, come una particella browniana, le fluttuazioni di pressione diventano evidenti, che creano una forza evidente che cambia in modo casuale, portando a oscillazioni della particella. Le particelle browniane di solito non affondano o galleggiano, ma sono sospese in un mezzo.