Введение в броуновское движение

Броуновское движение - это случайное движение частиц в жидкости из-за их столкновения с другими атомами или молекулами. Броуновское движение также известно как pedesis, что происходит от греческого слова «прыгать». Даже если частица может быть большой по сравнению с размером атомы и молекулы в окружающей среде, он может перемещаться под воздействием многих крошечных, быстро движущихся массы. Броуновское движение можно рассматривать как макроскопическую (видимую) картину частицы, на которую влияют многие микроскопические случайные эффекты.

Броуновское движение берет свое название от шотландского ботаника Роберта Брауна, который наблюдал, как пыльцевые зерна движутся в воде случайным образом. Он описал движение в 1827 году, но не смог его объяснить. В то время как pedesis берет свое имя от Брауна, он не был первым, кто описал это. Римский поэт Лукреций описывает движение частиц пыли около 60 г. до н.э., которые он использовал в качестве доказательства атомов.

Транспортное явление оставалось необъяснимым до 1905 года, когда

Математическое описание броуновского движения - это относительно простой расчет вероятности, который важен не только для физики и химии, но и для описания других статистических явлений. Первым, кто предложил математическую модель броуновского движения, был Торвальд Н. Тиле в статье о метод наименьших квадратов это было опубликовано в 1880 году. Современная модель - это винеровский процесс, названный в честь Норберта Винера, который описал функцию непрерывного случайного процесса. Броуновское движение считается гауссовским процессом и марковским процессом с непрерывным путем, протекающим в течение непрерывного времени.

Поскольку движения атомов и молекул в жидкости и газе являются случайными, со временем более крупные частицы будут равномерно распределяться по всей среде. Если есть две соседние области вещества и область A содержит в два раза больше частиц, чем область B, вероятность того, что частица покинет область A, чтобы войти в область B, в два раза выше, чем вероятность того, что частица покинет область B, чтобы войти A. диффузиядвижение частиц из области с более высокой или более низкой концентрацией можно считать макроскопическим примером броуновского движения.

Любой фактор, который влияет на движение частиц в жидкости, влияет на скорость броуновского движения. Например, повышенная температура, увеличенное количество частиц, маленький размер частиц и низкий вязкость увеличить скорость движения.

Большинство примеров броуновского движения - это транспортные процессы, на которые влияют большие токи, но в то же время наблюдаются педезис.

Примеры включают в себя:

• Движение зерен пыльцы на стоячей воде
• Движение пылинки в комнате (хотя в значительной степени зависит от воздушных потоков)
• Распространение загрязняющих веществ в воздухе
• Диффузия кальция через кости
• Движение «дырок» электрического заряда в полупроводниках

Первоначальная важность определения и описания броуновского движения заключалась в том, что оно поддерживало современную атомную теорию.

Сегодня математические модели, которые описывают броуновское движение, используются в математике, экономике, технике, физике, биологии, химии и во многих других дисциплинах.

Может быть трудно различить движение из-за броуновского движения и движение из-за других эффектов. В биологияНапример, наблюдатель должен быть в состоянии сказать, движется ли образец, потому что он подвижен (способный двигаться самостоятельно, возможно, из-за ресничек или жгутиков) или потому, что он подвержен броуновскому движение. Обычно можно различить процессы, потому что броуновское движение выглядит скачкообразным, случайным или похожим на вибрацию. Истинная подвижность часто проявляется в виде траектории, иначе движение крутится или поворачивается в определенном направлении. В микробиологии подвижность может быть подтверждена, если образец, инокулированный в полутвердой среде, мигрирует от линии удара.

«Жан Батист Перрен - Факты». NobelPrize.org, Nobel Media AB 2019, 6 июля 2019.