Rieth József: Anyagvilág - Háttérismeret

Brown-mozgás

Tartalomjegyzékhez Világképem <  (Kvark-időszak, Hadron-időszak)     

A Brown-mozgás a gázokban és folyadékokban lebegő (szuszpendált) részecskék szüntelenül zajló, véletlenszerű mozgása, amelyet Robert Brown angol botanikus fedezett fel vízben elkevert virágporszemcsék vizsgálata során. Einstein magyarázata szerint a jelenség azért következik be, mert az oldószer molekulái megfigyelhetetlen, de állandó hőmozgásuk következtében a szuszpendált részecskéket véletlenszerűen ide-oda lökdösik. A Brown-mozgás az anyag atomos szerkezetének bizonyítékául szolgált.

A káoszelméletben szereplő globális keveredés egyik jó példája, mely szerint tipikus kezdőfeltételekkel indítva hosszú idő alatt az összes lehetséges állapothoz közel kerül a rendszer.

"Amikor egy egyensúlyban lévő fluid tömeget, például egy pohár vizet tekintünk, a tömeg minden része teljesen mozdulatlannak tűnik számunkra. Ha egy nagyobb sűrűségű tárgyat helyezünk bele, a tárgy esik benne, és ha gömb alakú, pontosan függőlegesen esik. Igaz, hogy az esés annál lassabb, minél kisebb a tárgy, de amennyire látható, a tárgy esik, és ez mindig azzal ér véget, hogy eléri az edény alját.

Aligha vizsgálhatnánk sokáig a preparátumokat egy folyékony közegben anélkül, hogy meg ne figyelnénk: a folyadékban lévő részecskék a sűrűségüknek megfelelő szabályos esés vagy emelkedés helyett tökéletesen szabálytalan mozgást végeznek. Jönnek-mennek, megállnak, újraindulnak, felemelkednek, süllyednek, újra felemelkednek anélkül, hogy a legkisebb mértékben törekednének a mozdulatlanságra. Ez a Brown-mozgás, amelyet a természetbúvár Brown emlékére neveztek el. Brown 1827-ben írta le ezt a mozgást.

Adott területű felület esetében a folyadék molekuláris ütközései, amelyek a nyomást okozzák, a szuszpendált részecskék semmilyen perturbációját nem idézik elő, mert ezek, összességükben, minden irányban egyformán ösztökélik a részecskéket. De ha ennek a felületnek a területe kisebb, mint amekkora a szabálytalanságok kiegyenlítéséhez szükséges, semmilyen alap nincs az átlagos nyomás megállapítására; fel kell ismerni, hogy az egyenlőtlen nyomás helyről helyre változik, mert a nagy számok törvénye nem vezet már egyenletességhez, s az eredő most nem zérus lesz, hanem irányát és nagyságát tekintve is állandóan változik. Minél kisebb testet tételezünk fel, az egyenlőtlenségek annál nyilvánvalóbbá válnak, és emiatt az oszcillációk is egyre élénkebbek lesznek.

Abból, hogy egy fluidumban a mozgás szétoszlása nem folyik a végtelenségig, és spontán rekoordináció korlátozza, az következik, hogy a fluidumok maguk is szemcsékből vagy molekulákból állnak, amelyek egymáshoz képest minden lehetséges mozgást felvehetnek, de amelyek belsejében a mozgás szétoszlása nem lehetséges. Ha ezek a molekulák nem léteznének, nem világos, hogy miként korlátozhatnák bármennyire is a mozgás dekoordinálódását.

Ezzel szemben, ha ezek a molekulák léteznek, szüntelenül részleges újrakoordinálódás játszódik le; ha egymás közelében haladnak el, befolyásolják az újrakoordinálódást (ütközéssel vagy bármely más módon), a molekulák sebességégének nagysága és iránya folyton módosul, és ezek a változások néha odavezetnek, hogy a szomszédos molekulák egyező mozgást végeznek. Sőt anélkül, hogy ez az abszolút megegyezés szükségessé válna, elég gyakran előfordul, hogy egy jelzőrészecske tartományában a molekulák egy bizonyos irányban annyi többletmozgást vesznek fel, amennyi elegendő ahhoz, hogy ezt a részecskét ebbe az irányba mozgassák.

A Brown-mozgás állandó hőmérsékleten állandó: ez kísérleti tény. Tehát a molekuláris mozgás, amelyet ez alapján elképzelünk, szintén állandó. Ha ezek a molekulák úgy ütköznek, mint a billiárdgolyók – hozzá kell tennünk, hogy a molekulák tökéletesen rugalmasak –, ez a kijelentés azt mutatja, hogy egy termikusan szigetelt rendszer molekuláris ütközései során a mozgási energiák összege állandó marad.

Röviden, a Brown-mozgás vizsgálata önmagában elegendő ahhoz a feltevéshez, hogy minden fluidum rugalmas molekulákból áll, amelyek állandó mozgásban vannak.

A Brown-mozgás molekuláris elmélete kísérleti igazolást nyert, és ugyanakkor igen nehézzé vált a molekulák objektív valóságának tagadása." [Jean Perrin (1870-1942) Brown-mozgás és molekuláris valóság (Részletek)]

Tartalomjegyzékhez Világképem <  Kvark-időszak     

------------------

http://hu.wikipedia.org/wiki/Brown-mozg%C3%A1s

http://www.kfki.hu/~cheminfo/hun/olvaso/histchem/mol/perrin.html