A Brown-mozgás a részecskék véletlenszerű mozgása egy folyadékban, más atomokkal vagy molekulákkal való ütközésük miatt. A Brownian mozgást más néven ismert pedesis, amely a görög "ugrás" szóból származik. Annak ellenére, hogy egy részecske lehet nagy a szemcsemérethez viszonyítva Az atomok és a molekulák a környező közegben sokféle apró, gyorsan mozoghat az ütés révén tömegek. A Brown-mozgást egy részecskék makroszkopikus (látható) képének tekinthetjük, amelyet sok mikroszkópos véletlenszerű hatás befolyásol.
A Brownian motion nevét a skót botanikus, Robert Brown kapta, aki megfigyelte a pollenszemcséket véletlenszerűen mozgó vízben. 1827-ben leírta a mozgást, de nem tudta megmagyarázni. Míg a pedesis nevét Brown-tól kapta, nem ő volt az első, aki leírja. A római költő, Lucretius leírja a porrészecskék mozgását a 60 BC körül, amelyet atomok bizonyítékaként használt.
A szállítási jelenség magyarázat nélkül maradt 1905-ig, amikor Albert Einstein közzétett egy papírt, amely elmagyarázta, hogy a pollent a folyadékban lévő vízmolekulák mozgatják. Lucretiushoz hasonlóan, Einstein magyarázata közvetett bizonyítékként szolgált az atomok és molekulák létezéséhez. A 20. század fordulóján az ilyen apró anyagcsoportok létezése csak elmélet volt. 1908-ban Jean Perrin kísérletileg igazolta Einstein hipotézisét, amely Perrinnek az 1926-os fizikai Nobel-díjat nyerte el "az anyag megszakítás nélküli szerkezetével kapcsolatos munkája miatt".
A Brown-mozgás matematikai leírása egy viszonylag egyszerű valószínűség-számítás, amelynek nemcsak a fizikában és a kémiában van jelentősége, hanem más statisztikai jelenségek leírására is. N. Thorvald először javasolta a matematikai modellt a Brown-mozgáshoz. Thiele egy papírt a a legkevesebb négyzet módszer ezt 1880-ban tették közzé. A modern modell a Wiener-folyamat, amelyet Norbert Wiener tiszteletére neveztek el, aki leírja a folyamatos időtartamú sztochasztikus folyamat funkcióját. A Brown-mozgást Gauss-folyamatnak és Markov-folyamatnak tekintjük, amelynek folyamatos útja folyamatos időtartamon keresztül zajlik.
Mi az a Brownian Motion?
Mivel az atomok és a molekulák mozgása a folyadékban és a gázban véletlenszerű, idővel a nagyobb részecskék egyenletesen eloszlanak a közegben. Ha az anyag két szomszédos régiója van, és az A régió kétszer annyi részecskét tartalmaz, mint a B régió, akkor annak valószínűsége, hogy egy részecske elhagyja az A régiót a B régióba való belépéshez kétszer olyan nagy, mint egy valószínűség, hogy egy részecske elhagyja a B régiót A. Diffusion, a részecskék mozgása egy nagyobb és alacsonyabb koncentrációjú régióból, a barna mozgás makroszkopikus példájának tekinthető.
Bármely olyan tényező, amely befolyásolja a részecskék mozgását a folyadékban, befolyásolja a Brown-féle mozgás sebességét. Például megnövekedett hőmérséklet, megnövekedett részecskeszám, kis részecskeméret és alacsony viszkozitás növelje a mozgás sebességét.
Brownian Motion példák
A Brown-mozgás legtöbb példája a nagyobb áramok által befolyásolt szállítási folyamatok, amelyek ugyanakkor pedesist mutatnak.
Példák:
- A pollenszemcsék mozgása a csendes vizen
- A pormozgások mozgása a helyiségben (bár nagyrészt a légáramok befolyásolják)
- A szennyező anyagok diffúziója a levegőben
- A kalcium diffúziója a csontokon keresztül
- Az elektromos töltés "lyukainak" mozgatása a félvezetőkben
A Brownian Motion fontossága
A Brown-mozgás meghatározásának és leírásának kezdeti jelentősége az volt, hogy támogatja a modern atomelméletet.
Manapság a Brown-mozgást leíró matematikai modelleket a matematikában, a közgazdaságban, a mérnöki munkában, a fizikában, a biológiában, a kémiában és számos más tudományágban használják.
Brownian Motion versus motilitás
Nehéz lehet megkülönböztetni a Brown-mozgás miatti mozgást és az egyéb hatások miatti mozgást. Ban ben biológiapéldául egy megfigyelőnek képesnek kell lennie megmondani, hogy egy példány mozog-e, mert mozdulatlan (önmagában képes mozgatni, valószínűleg a ciliák vagy a hülye miatt), vagy mert Brown-féle van kitéve mozgás. Általában meg lehet különböztetni a folyamatokat, mert a Brown-féle mozgás ráncos, véletlenszerű vagy rezgésnek tűnik. A valódi mozgékonyság gyakran útvonalként jelenik meg, különben a mozgás egy adott irányba csavarodik vagy forog. A mikrobiológiában a mozgékonyság megerősíthető, ha a félszilárd tápközegbe oltott minta eltávolodik a szúrásvonaltól.
Forrás
"Jean Baptiste Perrin - Tények." NobelPrize.org, Nobel Media AB, 2019. július 6.