Броуновское движение

 1. Различные варианты обоснования положений МКТ

Для на­ча­ла вспом­ним ос­нов­ные по­ло­же­ния МКТ, а имен­но:

Все тела со­сто­ят из ма­лень­ких ча­стиц – мо­ле­кул и ато­мов,

Эти ча­сти­цы на­хо­дят­ся в по­сто­ян­ном ха­о­ти­че­ском дви­же­нии,

Эти ча­сти­цы непре­рыв­но вза­и­мо­дей­ству­ют между собой.

Так как же по­лу­чить опыт­ное под­твер­жде­ние этих утвер­жде­ний? На самом деле с одним из спо­со­бов зна­ком каж­дый без ис­клю­че­ния че­ло­век. Это диф­фу­зия, или сме­ши­ва­ние, го­во­ря про­стым язы­ком.

Опре­де­ле­ние. Диф­фу­зия – про­цесс вза­им­но­го про­ник­но­ве­ния мо­ле­кул од­но­го ве­ще­ства в про­стран­ство между мо­ле­ку­ла­ми дру­го­го (рис. 1).

Рис. 1. Про­цесс диф­фу­зии в газах

Диф­фу­зия может про­ис­хо­дить как в газах (мы можем на­блю­дать этот про­цесс, чув­ствуя рас­про­стра­не­ние за­па­хов), в жид­ко­стях (сме­ши­ва­ние окра­шен­ной воды раз­ных цве­тов) и даже в твёр­дых телах (если на дли­тель­ное время по­ло­жить друг на друга очень глад­кие листы стек­ла или ме­тал­ла, то невоз­мож­но будет от­ли­чить, где кон­ча­ет­ся один лист и на­чи­на­ет­ся дру­гой). Более того, су­ще­ству­ет также сме­шан­ная диф­фу­зия, то есть про­ник­но­ве­ние мо­ле­кул газа в твёр­дые и жид­кие тела (иначе рыба в воде не могла бы ды­шать) и т. д. (Рис. 2)

Рис. 2. раз­лич­ные при­ме­ры диф­фу­зии

Дей­стви­тель­но, если пред­по­ло­жить, что ве­ще­ство – некая сплош­ная струк­ту­ра, ста­но­вит­ся со­вер­шен­но непо­нят­но, как объ­яс­нить все вы­ше­упо­мя­ну­тые яв­ле­ния.

Од­на­ко ос­нов­ным ар­гу­мен­том в объ­яс­не­нии ос­нов­ных по­ло­же­ний МКТ яв­ля­ет­ся бро­унов­ское дви­же­ние.

 2. Описание опыта Броуна

Опре­де­ле­ние. Бро­унов­ское дви­же­ние – непре­рыв­ное теп­ло­вое ха­о­ти­че­ское дви­же­ние мо­ле­кул ве­ще­ства (Рис. 3).

Этот тер­мин вошёл в оби­ход после того, как в 1827 г.  шот­ланд­ский бо­та­ник Ро­берт Броун, сме­шав пыль­цу пла­ву­на с водой и рас­смот­рев каплю смеси под мик­ро­ско­пом, на­блю­дал вы­ше­упо­мя­ну­тое дви­же­ние.

Рис. 3. Тра­ек­то­рия ча­сти­цы при бро­унов­ском дви­же­нии

 3. Объяснение опыта Броуна

Од­на­ко, так как Броун мог рас­смот­реть в мик­ро­скоп лишь ча­сти­цы пыль­цы, он непра­виль­но трак­то­вал своё от­кры­тие (думал, что пыль­ца живая). Спу­стя почти век уже немец­кий физик Аль­берт Эйн­штейн понял, что круп­ную ча­сти­цу пыль­цы про­сто на­про­сто тол­ка­ют на­мно­го более мел­кие мо­ле­ку­лы воды, ко­то­рые сами уже непо­сред­ствен­но дви­жут­ся ха­о­ти­че­ски (Рис. 4).

Рис. 4. Бро­унов­ская ча­сти­ца пыль­цы в воде

По­доб­ные на­блю­де­ния можно про­во­дить мно­же­ством дру­гих спо­со­бов: кап­ни­те крас­кой в воду и взгля­ни­те на смесь под мик­ро­ско­пом, по­на­блю­дай­те за от­дель­ной пы­лин­кой, дви­жу­щей­ся у вас в квар­ти­ре…

 4. Доказательство основных положений

Таким об­ра­зом, на­ли­чие бро­унов­ско­го дви­же­ния пол­но­стью под­твер­жда­ют вве­дён­ные по­ло­же­ния МКТ. Сам факт дви­же­ния пыль­цы под­твер­жда­ет их. Раз пыль­ца дви­жет­ся, зна­чит, на неё дей­ству­ют силы. Един­ствен­ная воз­мож­ная при­чи­на воз­ник­но­ве­ния этих сил – это со­уда­ре­ния ка­ких-ли­бо ма­лень­ких тел. Сле­до­ва­тель­но, уже невоз­мож­но со­мне­вать­ся в пер­вых двух по­ло­же­ни­ях. А так как ча­сти­ца пыль­цы ме­ня­ет своё на­прав­ле­ние, зна­чит в раз­лич­ные мо­мен­ты вре­ме­ни ко­ли­че­ство уда­ров по пыль­це с опре­де­лён­ной сто­ро­ны раз­ное, а зна­чит, нель­зя со­мне­вать­ся и в том, что мо­ле­ку­лы воды вза­и­мо­дей­ству­ют друг с дру­гом.