Brauno judejimas

Brauno judėjimo atradimo istorija

Bandymams, patvirtinantiems molekulinę teoriją, priskiriamas reiškinys, kurį pirmą kartą pastebėjo anglų botanikas Robertas Braunas, pro mikroskopą stebėdamas augalų žiedadulkes.

.Ši istorija prasidėjo 1827 metais. Gerbiamas Britų muziejaus, botanikos skyriaus vadovas misteris Robertas Braunas pakėlė akis nuo mikroskopo okuliaro ir lyg su apmaudu, su pasitenkinimu konstatavo: „Ir vėl tas pats!“ Ryškiai apšviestame prietaiso regėjimo lauke pirmyn ir atgal zujo tamsūs taškeliai. Stambesni judėjo lėčiau, neskubėdami keitė kryptį. Smulkesni šokinėjo netvarkingai, atsitiktinai, blaškydamiesi į šalis.

Mokslininkas bbotanikas susimąstė: „Kodėl?“ Tik prieš valandą jis paskutinį kartą surinko nuo gelių žiedadulkes, išmaišė jas vandenyje ir užlašino lašą ant mikroskopo stiklelio. Bet valanda – šešiasdešimt minučių. 3600 sekundžių – pakankamai laiko, kad dalelės nurimtų. O jos, kaip ir anksčiau, blaškosi lyg įgeltos. „Kodėl? O jeigu.“ Šaltakraujis škotas susijaudinęs pakyla iš už stalo ir pradeda vaikščioti po erdvų kabinetą. Kur dingo jo šaltakraujiškumas? „O jeigu. O jeigu jos gyvos?..“

Bet kaip tuo įsitikinti? Net ir pro geriausią mikroskopą negalima pamatyti žžiedadulkės dalelės sandaros smulkmenų. Ir staiga jam dingteli idėja. Paprasta, kaip ir visa, kas genealu. Gerbiamas mokslininkas galvotrukčiais išdumia iš kabineto.

.Sugniaužęs kumštyje molio gumulėlius ir visą kelią kartodamas eksperimento sąlygas, jis skuba atgal. „Molis negyvas! Negyvas! Tuo neabejoja niekas! VVadinasi, jo dalelės išmaišytos vandenyje, taip pat bus negyvos. Ir jeigu jos nejudės, žiūrint pro mikroskopą.“ Susijaudinęs jis skuba į kabinetą!..

Brauno rankos dreba iš nekantrumo, kol pirštai suka mikrometro sraigtą. Štai iš pradžių pasirodė dalelių šešėliai.Yra!

„Ryškiai apšviestame prietaiso regėjimo lauke pirmyn ir atgal zujo tamsūs taškeliai. Stambesni judėjo lėčiau, neskubėdami keitė kryptį. Smulkesni šokinėjo netvarkingai, atsitiktinai, blaškydamiesi į šalis.“

Šis reiškinys pasikartojo taip pat, kaip ir praeitą kartą. Negyvo molio dalelės gyvumu nenusileido žiedadulkėms. Ir vėl tas pats klausimas: „Kodėl? Kodėl jos juda?“

Braunas buvo tikras mokslininkas ir, susidūręs su nesuprastu reiškiniu, ėmėsi kruopščiai jį tirinėti. Jis nustatė, kad karštame vandenyje dalelytės blaškosi greičiau nei šaltame. Įsitikino, kad jos juda visiškai atsitiktinais keliais, kurie nepriklauso nuo Londono karietų, ttrinksinčiu grindiniu. Norėdamas tuo įsitikinti, jis sugaišo daug laiko stebėdamas tą patį vaizda kaimo tyloje. Braunas padarė viską, ką galėjo, ir greitai ramia sąžine vėl ėmė tyrinėti augalų ląsteles. Tai jam buvo kur kas įdomiau.

Visą gyvenimą Robertas Braunas buvo tikras, kad istorijoje jo vardas išliks dėl nuopelnų botanikai. Bet. tai bene vienintelis botanikas, įėjęs į fizikos istoriją.

Brauno judesys

Brauno judesys netvarkingas pakibusios skystyje ar dujose mikroskopiškos dalelės judesys. Judesys yra tuo intensyvesnis, kuo aukštesnė 1-ra, mažesnis skysčio (dujų) klampumas iir dalelių matmenys. Dėl nevienodų skysčio (dujų) molekulių greičių dalelės iš įvairių pusių gauna skirtingą jegos impulsą ir juda atstojamosios jėgos veikimo kryptimi. Dalelių judėjimo kryptis keičiasi 1014 kartų per sekundę, pav.: A. Einšteinas nustatė, kad dalelės proslinkio kvadrato vidurkis X-2 – 2Dt; D – difuzijos koeficientas, t – stebėjimo laikas. A. Einšteinas ir M. Smoliuchovskis (Lenkija) nustatė, kad rutulinių dalelių difuzijos koeficientas D=RT/6NA II r;

R – universalioji dujų konstanta, T – abs. 1-ra, Na – avogadro skaicius, – dinaminis klampanas, r – dalelės radiusas. Šiuos saryšius eksperimentais patvirtino Z. Pereno (Prancūzija) ir T. Švedbergas (Švedija). – riboja kai kuriu matavimo prietaisų (laikrodžių, galvanometrų) tikslumą, sukelia triukšmus elektrinėse grandinėse. – eksperimentiškai 1827 metais ištyrė R. Braunas (Anglija). Teoriškai paaiškino 1905 – 06 Einšteinas ir Smoliuchovskis.

Brauno judėjimo tyrinėjimas ir aiškinimas

Brauno atrastą reiškinį išsamiai paaiškino prancūzų fizikas Žanas Perenas.

Molekulių judėjimas taip pat neprieinamas mūsų betarpiškam suvokimui kaip lengvas jūros paviršiaus drebėjimas labai toli esančiam stebėtojui. Tačiau jeigu to paties stebėtojo regėjimo lauke matyti valtis, jis pastebės, kad ji siūbuoja; iš to galima spręsti, kad jūra truputį banguoja (anksčiau jis to nė neįtarė). Ar negalima tikėtis, jog kokios nors mažos skystyje esančios dalelytės, matomos tik pro mikroskopa, bus tokios smulkutės, kad mmes pastebėsime jų judejimą, įgytą nuo molekulių smūgio?

Šie samprotavimai padėjo atrasti nuostabų pro mikroskopą stebimą reiškinį, o kartu ir giliau suvokti skystos būsenos savybes.

Paprastai, stebėdami skystį, matome, kad visos jo dalys yra pusiausviros. Į skystį įmestas daiktas skęsta, kai jo tankis būna didesnis už jo skysčio tankį; rutulio formos daiktas į skystį grimsta visai vertikaliai ir, nusileidęs ant indo dugno, jis ten guli, nesistengdamas pakilti į viršų.

Prie šių vaizdinių visiškai pripratome. Ir vis dėl to jie teisingi tik tol, kol pasitaiko mūsų jutimo organams įprasti dydžiai. Pakanka žvilgterėti pro mikroskopą į mažytes daleles, „pakibusias“ vandenyje, ir pamatysime, kad jos krinta ne vertikaliai, o juda labai guviai ir netvarkingai. Tokia dalelė juda tai šen, tai ten, sukasi, pakyla, nusileidžia, vėl pakyla, net nebandydama nurimti. Tai ir yra Brauno judėjimas, pavadintas anglų botaniko Brauno, kuris pirmasis pastebėjo tokį judėjimą, garbei.

Šiuo puikiu atradimu tuo metu mažai kas domėjosi. Galima manyti, kad fizikai, girdėje apie šį judėjimą, sutapatino jį su paprasta akimi matomu dulkelių šokinėjimu saulės spinduliuose, veikiant oro srovėms, kurios atsiranda dėl nedidelio temperatūros ir slėgio neatitikimo. Tačiau šiuo atveju gretimos dalelės juda viena kryptimi ir iš esmės tarsi pavaizduoja šių oro srovių formą. Priešingai, bent keletą minučių sstebint Brauno judėjimą, negalima nepastebėti, kad dvi dalelės juda visiškai nepriklausomai viena nuo kitos.

Šio judėjimo negali sukelti ir paties stiklo, ant kurio yra stebimas lašelis svyravimai. Stuktelėję stiklą pastebėsime ištisas dalelių sroves, kurias tuoj galima atskirti ir kurios neturi įtakos netvarkingam dalelių judėjimui. Brauno judėjimas vyksta vienodai tiek ant nejudančio padėklo naktį, tiek dieną mieste ant stalo, kuris nuolatos virpa nuo pravažiuojančių sunkių ekipažų trinksėjimo.

Aprašytą reiškinį galima pastebėti ne tik vandenyje, bet ir kituose skysčiuose; be to, tas judejimas tuo gyvesnis, kuo mažesnis skysčio klampumas. Pavyzdžiui jį labai sunku pastebėti glicerine, o dujose, atvirkščiai, jis vyksta nepaprastai guviai.

Judėjimas kuriame nors skystyje labai priklauso nuo pakibusių jame kruopelyčių didumo: jis tuo greitesnis, kuo mažesnės kruopelytės. Šią ypatybę pastebėjo ir Braunas beveik pirmąjį atradimo momentą. Kruopelyčių kilme (tai, iš ko sudaryta kruopelytė) turi labai mažai įtakos, jeigu apskritai jos turi. Dvi vienodo dydžio kruopelytės tame pačiame skystyje juda visiškai vienodai; nei medžiagos kilmė, nei jos tankis neturi jokios reikšmės.

Brauno judėjimas niekada nesiliauja. Tai itin keista ir neįprasta reiškinio savybė. Visiškai uždaroje kiuvetėje (kad neišgaruotų) jį galima stebėti daug dienų, mėnesių, metų. Tūkstančius metų išgulėjusiuose kvarco gabaluose pasitaiko įstrigusių vandens lašelių, kuriuose taip pat pastebimas Brauno judėjimas. Jis

amžinas ir savaiminis.

Šios aplinkybės privertė fizikus pripažinti, kad judėjimo priežasčių nereikia ieškoti nei pačiose dalelėse, nei išorinėse jėgose, veikiančiose skystį. Tai vidinis judesys, ir jis tuo aktyvesnis, kuo mažesnės dalelės.

Tariama ramybė – tai tik iliuzija, kurią sukelia netobuli mūsų jutimo organai, o ištikrūjų yra tam tikras susiformavęs greitų ir betvarkių judesių rėžimas.

Tokia molekulinės hipotezės išvada. Brauno judėjimas, kaip ir laukėme, galutinai ją patvirtina. Bet kurią skystyje esančią medžiagos dalelę nuolat smūgiuoja skysčio molekulės; apskritai tie smūgiai tarpusavyje yyra ne visiškai suderinti, todėl dalelė netvarkingai juda tai šen, tai ten.

Tirdamas Brauno judėjimą, Žanas Perenas ne tik kokybiškai paaiškino ši reiškinį, bet ir kiekybiškai jį apskaičiavo. Be kitako, jis apskaičiavo molekulės matmenis. Pereno gauti rezultatai sutapo su molekulių matmenų apskaičiavimais, gautais kitais būdais. Tai galutinai patvirtino, kad molekulės egzistuoja ir juda.