Įvadas į „Brownian Motion“

Brownian judėjimas yra atsitiktinis dalelių judėjimas skystyje dėl jų susidūrimo su kitais atomais ar molekulėmis. Brownian judėjimas taip pat žinomas kaip pedesis, kilęs iš graikų kalbos žodžio „šuolis“. Nors dalelė gali būti didelė, palyginti su Atomų ir molekulių, esančių aplinkinėje terpėje, smūgį jis gali perkelti su daugybe mažyčių, greitai judančių mišių. Browniano judesį galima laikyti makroskopiniu (matomu) dalelės paveikslu, kuriam daro įtaką daugybė mikroskopinių atsitiktinių efektų.

Brownian judesys pavadintas škotų botaniko Roberto Browno, kuris stebėjo, kaip žiedadulkių grūdai atsitiktinai juda vandenyje. Jis aprašė 1827 m. Pasiūlymą, bet negalėjo jo paaiškinti. Nors pedesis savo vardą kildina iš Brown, jis nebuvo pirmasis asmuo, kuris jį apibūdino. Romėnų poetas Lukrecijus aprašė dulkių dalelių judėjimą maždaug 60 metų epochoje, kurį jis panaudojo kaip atomų įrodymą.

Transporto reiškinys liko nepaaiškinamas iki 1905 m., Kai Albertas Einšteinas paskelbė dokumentą, kuriame paaiškinta, kad žiedadulkes judino skystyje esančios vandens molekulės. Kaip ir Lukrecijaus atveju, Einšteino paaiškinimas buvo netiesioginis atomų ir molekulių egzistavimo įrodymas. XX amžiaus sandūroje tokių mažų materijos vienetų egzistavimas buvo tik teorija. 1908 m. Jeanas Perrinas eksperimentiškai patikrino Einšteino hipotezę, už kurią Perrinas pelnė 1926 m. Nobelio fizikos premiją „už savo darbą prie nenutrūkstamos materijos struktūros“.

Matematinis Brauno judėjimo aprašymas yra gana paprastas tikimybės apskaičiavimas, svarbus ne tik fizikoje ir chemijoje, bet ir norint apibūdinti kitus statistinius reiškinius. Pirmasis asmuo, pasiūlęs Brownian judėjimo matematinį modelį, buvo Thorvald N. Thiele popieriuje ant mažiausių kvadratų metodas kuris buvo paskelbtas 1880 m. Šiuolaikinis modelis yra Wienerio procesas, pavadintas garbei Norbertui Wieneriui, kuris apibūdino nenutrūkstamo laiko stochastinio proceso funkciją. Browniano judesys laikomas Gauso procesu ir Markovo procesu, kurio tęstinis kelias vyksta ištisinį laiką.

Kadangi atomų ir molekulių judesiai skysčiuose ir dujose yra atsitiktiniai, laikui bėgant didesnės dalelės pasiskirstys tolygiai visoje terpėje. Jei yra du gretimi materijos regionai, o A regione yra dvigubai daugiau dalelių nei B regione, tikimybė, kad dalelė paliks A regioną, kad patektų į B regioną, yra dvigubai didesnė, nei tikimybė, kad dalelė paliks B regioną A. Difuzija, dalelių judėjimas iš didesnės ar mažesnės koncentracijos regiono, gali būti laikomas makroskopiniu Browniano judesio pavyzdžiu.

Bet koks veiksnys, darantis įtaką dalelių judėjimui skystyje, turi įtakos Brownian judėjimo greičiui. Pavyzdžiui, padidėjusi temperatūra, padidėjęs dalelių skaičius, mažas dalelių dydis ir mažas klampumas padidinti judesio greitį.

Dauguma Brownian judėjimo pavyzdžių yra transporto procesai, kuriuos paveikia didesnės srovės, tačiau jie taip pat pasižymi pedeze.

Pavyzdžiai:

• Žiedadulkių grūdelių judėjimas ant nejudančio vandens
• Dulkių motyvų judėjimas kambaryje (nors tam didelę įtaką daro oro srovės)
• Teršalų sklaida ore
• Kalcio difuzija per kaulus
• Puslaidininkių elektros krūvio „skylių“ judėjimas

Pradinė Browno judesio apibrėžimo ir aprašymo svarba buvo ta, kad jis palaikė šiuolaikinę atominę teoriją.

Šiandien matematikos modeliai, apibūdinantys Brauno judėjimą, naudojami matematikos, ekonomikos, inžinerijos, fizikos, biologijos, chemijos ir daugelyje kitų disciplinų.

Gali būti sunku atskirti judesį dėl Brauno judesio ir judesį dėl kitų padarinių. Į biologijapvz., stebėtojas turi mokėti pasakyti, ar pavyzdys juda, nes jis judrus (gali judėti savarankiškai, galbūt dėl ​​blauzdų ar žvynelių) arba dėl to, kad yra pakenktas Brownian judesys. Paprastai galima atskirti procesus, nes Browno judesys atrodo trūkčiojantis, atsitiktinis ar panašus į vibraciją. Tikrasis judrumas dažnai pasirodo kaip kelias, kitaip judesys sukasi ar pasisuka tam tikra kryptimi. Mikrobiologijoje judrumas gali būti patvirtintas, jei pusiau kietoje terpėje pasėtas mėginys migruoja toliau nuo dūrio linijos.

„Jean Baptiste Perrin - faktai“. „NobelPrize.org“, AB „Nobel Media 2019“, 2019 m. Liepos 6 d.