ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Броуновское движение из "Курс коллоидной химии 1995" Казалось бы, из работ Грэма и его современников, не обнаруживших заметной диффузии и осмотического давления в коллоидных растворах и считавших такие свойства одним из отличительных признаков коллоидов, следует отрицательный ответ на этот вопрос. Однако дальнейшие исследования привели к положительному ответу. Более того, оказалось возможным движение коллоидных частиц, в отличие от молекул, наблюдать непосредственно. Удалось вывести основные законы, общие для молекул и коллоидных частиц. Экспериментальное их подтверждение явилось на рубеже XIX—XX вв. триумфом молекулярно-кинетической теории, завоевавшей всеобщее признание. Эти экспериментальные факты в значительной степени связаны с броуновским движением, долгое время остававшимся загадкой. [c.29] Этому явлению долгое время не придавали особого значения, объясняя его внешними причинами дрожанием аппаратуры, конвективными тепловыми потоками в жидкости и т. п. [c.30] Во второй половине XIX в. тщательными исследованиями было установлено, что, какие бы меры ни принимались для соблюдения точного механического и термического равновесия, движение проявляется всегда одинаковым образом, оно безостановочно, неизменно во времени, вечно. Крупные частицы смещаются незначительно, для более мелких характерно поступательное, беспорядочное по направлению движение по весьма сложным траекториям (рис. 111.1). Позже было обнаружено и вращательное броуновское движение (представляющее собой вращение частиц вокруг собственной оси). Весь этот экспериментальный материал привел в 80-х гг. к заключению, что источником броуновского движения являются не внешние причины, а внутренние, присущие системе. [c.30] Иными словами, движение вызвано столкновениями молекул среды (жидкости или газа) со взвешенными в ней частицами. Если частица велика, то импульсы, обусловленные ударами молекул об ее поверхность, взаимно компенсируются. Однако, если размеры ее незначительны, то статистически всегда возможно, что за время (11 число ударов молекул или их интенсивность (поскольку в большой совокупности молекул всегда имеются более горячие , скорость которых превышает среднюю) с одной стороны будут большими, чем с другой результирующая сила вызовет смещение частицы. [c.30] Доказательство этой гипотезы имело исключительно важное теоретическое значение в те времена, когда некоторые ученые (школа энергетиков во главе с Махом и Оствальдом) высказывали сомнение в реальности существования молекул. Более того, эти новые представления привели к доказательству статистического характера как теплового равновесия в системе, так и второго начала термодинамики. [c.30] Еще более существенное значение имеет броуновское движение для понимания второго начала термодинамики. Когда коллоидная частица самопроизвольно поднимается в броуновском движении, потенциальная энергия системы возрастает, и, следовательно, теплота окружающей среды превращается в механическую работу в отсутствие начальной разности температур. Таким образом, второе начало термодинамики неприменимо к отдельной частице, поскольку оно является вероятностным законом. [c.31] Неудивительно поэтому, что на рубеже XIX—XX вв. исследование броуновского движения приобрело огромное теоретическое значение и привлекло внимание выдающихся физиков Зйнштейна и Смолуховского. Созданная ими в 1905—1906 гг. статистическая теория броуновского движения в качестве основного постулата исходит из предположения о совершенной хаотичности движения, т. е. полной равноправности всех направлений. [c.31] Статистическая теория, приводящая к уравнению (П1.3), получила многочисленные и неоспоримые экспериментальные доказательства. [c.32] Перрен и другие исследователи в опытах использовали сферические частицы гуммигута, мастики, камеди с точно известным радиусом, равным 1 мкм. Путем серии последовательных фотоснимков одной частицы через равные промежутки времени можно было построить траекторию движения. Пример такой траектории приведен на рис. И 1.1, где прямыми линиями соединены координаты частицы камеди (в горизонтальной проекции) через каждые 30 с. Такая картина представляет собой, по выражению Оствальда, зримый отблеск мира молекулярного хаоса . [c.32] Если все эти прямые отрезки перенести параллельно сами1 1 себе так, чтобы их начальные точки совпадали, мы получи для конечных точек картину распределения (рис. П1.2), аналогичного вероятностному распределению пуль при стрельбе в мишень. Это подтверждает основной постулат статистическои теории броуновского движения — совершенную его хаотичность. [c.32] Вернуться к основной статье