אם אתה מערבב דיו או צבע במים, ואז מסתכל על המים האלה במיקרוסקופ, אתה יכול לראות את התנועה המהירה של חלקיקי הפיח או הצבע הקטנים ביותר לכיוונים שונים. מה מעורר תנועות כאלה?
מי גילה ומתי
בשנת 1827, הביולוג האנגלי רוברט בראון ראה דרך מיקרוסקופ טיפת מים, שקיבלה בטעות כמות קטנה של אבקה. הוא ראה שחלקיקי האבקה הקטנים ביותר רוקדים, נעים בצורה כאוטית בנוזל. אז התגלתה התנועה הבראונית הקרויה על שם המדען הזה - התנועה של החלקיקים הקטנים ביותר המומסים בנוזל או בגז. לאחר שצפה בסוגי האבקה השונים באוסף שלו, הביולוג המיס את המינרלים האבקה במים.
כתוצאה מכך, בראון היה משוכנע שתנועה כאוטית כזו נגרמת לא מהנוזל עצמו ולא מהשפעות חיצוניות על הנוזל, אלא ישירות מהתנועה הפנימית של החלקיק הקטן ביותר. חלקיק זה, באנלוגיה לתנועה הנצפית, כונה "החלקיק החום".
פיתוח התיאוריה, העוקבים שלה
מאוחר יותר, התגלית של בראון אושרה, הורחבה וצוינה, בהתבסס על התיאוריה הקינטית המולקולרית, על ידי א' איינשטיין ומ' סמולוצ'ובסקי. והפיזיקאי הצרפתי פרין, עשרים שנה מאוחר יותר, הודות לשיפור המיקרוסקופים בתהליך חקר התנועה האקראית של חלקיק בראוני, אישר את קיומן של מולקולות. התבוננות בתנועה בראונית אפשרה לפרין לחשב את מספר המולקולות במול 1 של כל גז ולגזור את הנוסחה הברומטרית.
גילוי התנועה של חלקיק בראוני שימש הוכחה לקיומם של חלקיקים הרבה יותר קטנים, שאפילו לא נראים במיקרוסקופ - מולקולות של נוזל וכל חומר אחר. המולקולות הן שעם תנועתן המתמדת מאלצות חלקיקי אבקה, פיח או צבע לנוע.
הגדרה וגודל
אם תסתכלו על חלקיקי הפגר התלויים במים דרך מיקרוסקופ, תבחינו שגרגרים בגדלים שונים מתנהגים אחרת. חלקיקים נפחיים יחסית, החווים את אותו מספר זעזועים מכל הצדדים במשך פרק זמן מסוים, אינם מתחילים לזוז. וחלקיקים קטנים באותו מרווח זמן מקבלים פגיעות חד-צדדיות ללא פיצוי, דוחפים אותם הצידה וזזים.
מה גודלו של חלקיק בראוני שנחשף למולקולות? הוכח אמפירית שגרגרי אבקה ציטופלזמיים שאינם גדולים מ-3 מיקרומטר (µm), או 10-6 מטר, או 10-3מִילִימֶטֶר. חלקיקים גדולים יותר אינם הופכים למשתתפים בתנועה המתמדת שגילה בראון.
אז, בואו נענה על השאלה "מהו חלקיק בראוני". אלו הם הגרגרים הקטנים ביותר של חומר בגודל של לא יותר מ-3 מיקרון, התלויים בנוזל או בגז, ועושים תנועה כאוטית מתמדת בהשפעת המולקולות של המדיום שבו הם נמצאים.
תיאוריה קינטית מולקולרית
תנועה בראון לא נפסקת, לא מאטה בזמן. זה מסביר את הרעיון של תיאוריה קינטית מולקולרית, האומרת שהמולקולות של כל חומר נמצאות בתנועה תרמית מתמדת. עם עלייה בטמפרטורת המדיום, מהירות התנועה של מולקולות עולה, ובהתאם לכך מואץ גם החלקיק הבראוני, הנתון להשפעות מולקולריות.
בנוסף לטמפרטורת החומר, מהירות התנועה הבראונית תלויה גם בצמיגות המדיום ובגודל החלקיק התלוי. התנועה תגיע למהירות המרבית שלה כאשר טמפרטורת החומר המקיף את החלקיק גבוהה, החומר עצמו לא יהיה צמיג וחלקיקי האבק יהיו הקטנים ביותר.
מולקולות של חומר שבהן נמצאים החלקיקים הקטנים ביותר, מתנגשות באקראי, מפעילות כוח כתוצאה מכך (יוצרות דחיפה), וגורמות לשינוי בכיוון תנועת האבקה. אבל תנודות כאלה הן קצרות מאוד בזמן, וכמעט מיד משתנה כיוון הכוח המופעל, מה שמוביל לשינוי בכיוון התנועה.
הדוגמה הפשוטה והברורה ביותר שמאפשרת להבין מהו חלקיק בראוניאני היא תנועת חלקיקי אבק, הנראים בקרן שמש אלכסונית. בעוד 99-55 שנים. לִפנֵי הַסְפִירָה ה. המשורר הרומי הקדום לוקרטיוס הסביר במדויק את הסיבה לתנועה המשתפרת בשיר הפילוסופי "על טבע הדברים".
תראה כאן: בכל פעם שאור השמש חודר
למעונותינו והחושך חודר בקרניה, גופות קטנות רבות בריק, אתה תראה, מרצד, מהר קדימה ואחורה בזוהר זוהר של אור.
האם אתה יכול להבין מכאן עד כמה ללא לאות
תחילת הדברים בריק העצום הם חסרי מנוחה.
אז בקשר לדברים נהדרים עזרו להבין
דברים קטנים, מתווים את הדרך להבנתם.
חוץ מזה, כי אתה צריך לשים לב
לסערה בגופים המרצדים באור השמש
מה אתה יודע מזה עניין ותנועה, מה קורה בו בחשאי ונסתר מהעין.
כדי שתראה שם כמה חלקיקי אבק משתנים
הדרך מהזעזועים הנסתרים ועפו חזרה שוב, לנצח קדימה ואחורה רצים לכל הכיוונים.
הרבה לפני הופעתה של טכנולוגיית ההגדלה המודרנית, לוקרטיוס, שצפה באנלוגיה לתנועה שראה בראון, הגיע למסקנה שקיימים חלקיקי החומר הקטנים ביותר. בראון אישר זאת בכך שעשה את אחת התגליות המדעיות החשובות ביותר.
