Գերմանացի գիտնականը բացատրեց Բրաունյան շարժումը: Բրաունյան շարժում. սահմանում. Բրոունյան շարժում - ինչ է դա: Թիմ և զանգված

Շոտլանդացի բուսաբան Ռոբերտ Բրաունը (երբեմն նրա ազգանունը տառադարձվում է որպես Բրաուն) իր կյանքի ընթացքում, որպես բույսերի լավագույն փորձագետ, ստացել է «Բուսաբանների արքայազն» կոչումը։ Նա շատ հրաշալի բացահայտումներ արեց։ 1805 թվականին Ավստրալիա չորս տարվա արշավանքից հետո նա Անգլիա բերեց գիտնականներին անհայտ ավստրալական բույսերի մոտ 4000 տեսակ և երկար տարիներ անցկացրեց դրանք ուսումնասիրելու վրա։ Նկարագրված է Ինդոնեզիայից և Կենտրոնական Աֆրիկայից բերված բույսերը։ Նա ուսումնասիրել է բույսերի ֆիզիոլոգիան և առաջին անգամ մանրամասն նկարագրել բույսերի բջջի միջուկը։ Պետերբուրգի գիտությունների ակադեմիան նրան դարձրեց պատվավոր անդամ։ Սակայն գիտնականի անունը այժմ լայնորեն հայտնի է ոչ այս աշխատանքների պատճառով։

1827 թվականին Բրաունը հետազոտություն է անցկացրել բույսերի ծաղկափոշու վերաբերյալ։ Նրան մասնավորապես հետաքրքրում էր, թե ինչպես է ծաղկափոշին մասնակցում բեղմնավորման գործընթացին։ Մի անգամ նա մանրադիտակի տակ նայեց հյուսիսամերիկյան բույսի ծաղկափոշու բջիջներին: Clarkia pulchella(բավականին կլարկիա) երկարաձգված ցիտոպլազմային հատիկներ՝ կախված ջրի մեջ: Հանկարծ Բրաունը տեսավ, որ ամենափոքր պինդ հատիկները, որոնք հազիվ էին երևում մի կաթիլ ջրի մեջ, անընդհատ դողում էին և տեղից տեղ շարժվում։ Նա պարզել է, որ այդ շարժումները, իր խոսքերով, «կապված չեն ոչ հեղուկի հոսքերի, ոչ էլ դրա աստիճանական գոլորշիացման հետ, այլ բնորոշ են հենց մասնիկներին»։

Բրաունի դիտարկումը հաստատել են այլ գիտնականներ։ Ամենափոքր մասնիկները իրենց պահում էին այնպես, ասես կենդանի են, և մասնիկների «պարը» արագանում էր ջերմաստիճանի բարձրացման և մասնիկների չափի նվազման հետ և ակնհայտորեն դանդաղում էր, երբ ջուրը փոխարինում էին ավելի մածուցիկ միջավայրով: Այս զարմանահրաշ երևույթը երբեք չի դադարել. այն կարելի է դիտարկել այնքան ժամանակ, որքան ցանկանաք: Սկզբում Բրաունը նույնիսկ կարծում էր, որ կենդանի էակները իրականում ընկել են մանրադիտակի դաշտը, մանավանդ, որ ծաղկափոշին բույսերի տղամարդու վերարտադրողական բջիջներն են, բայց կային նաև մեռած բույսերի մասնիկներ, նույնիսկ հարյուր տարի առաջ հերբարիումներում չորացածներից: Այնուհետև Բրաունը մտածեց, թե արդյոք դրանք «կենդանի էակների տարրական մոլեկուլներ են», ինչի մասին խոսեց հայտնի ֆրանսիացի բնագետ Ժորժ Բուֆոնը (1707–1788), 36 հատորանոց գրքի հեղինակ։ Բնական պատմություն. Այս ենթադրությունն անհետացավ, երբ Բրաունը սկսեց զննել ակնհայտորեն անշունչ առարկաները. սկզբում դա ածուխի շատ փոքր մասնիկներ էր, ինչպես նաև լոնդոնյան օդի մուր և փոշի, հետո մանր աղացած անօրգանական նյութեր՝ ապակի, բազմաթիվ տարբեր հանքանյութեր: «Ակտիվ մոլեկուլներ» կային ամենուր. «Յուրաքանչյուր միներալում,- գրում է Բրաունը,- որը ինձ հաջողվել է այնպես փոշիացնել, որ այն կարող է որոշ ժամանակ կասեցվել ջրի մեջ, ես գտել եմ այս մոլեկուլները մեծ թե փոքր քանակությամբ: »:

Պետք է ասել, որ Բրաունը չի ունեցել նորագույն մանրադիտակներ։ Իր հոդվածում նա հատուկ ընդգծում է, որ ունեցել է սովորական երկուռուցիկ ոսպնյակներ, որոնք օգտագործել է մի քանի տարի։ Եվ նա շարունակում է. «Ողջ ուսումնասիրության ընթացքում ես շարունակեցի օգտագործել նույն ոսպնյակները, որոնցով սկսեցի աշխատանքը՝ իմ հայտարարություններին ավելի վստահելի դարձնելու և դրանք սովորական դիտարկումներին հնարավորինս հասանելի դարձնելու համար»։

Այժմ, կրկնելու համար Բրաունի դիտարկումը, բավական է ունենալ ոչ շատ ուժեղ մանրադիտակ և օգտագործել այն՝ ուսումնասիրելու ծուխը սևացած տուփի մեջ, որը լուսավորված է ինտենսիվ լույսի ճառագայթով կողային անցքի միջով։ Գազի մեջ երևույթը շատ ավելի պարզ է դրսևորվում, քան հեղուկում. մոխրի կամ մուրի փոքր կտորները (կախված ծխի աղբյուրից) տեսանելի են, ցրում են լույսը և անընդհատ ցատկում ետ ու առաջ։

Ինչպես հաճախ է պատահում գիտության մեջ, շատ տարիներ անց պատմաբանները պարզեցին, որ դեռևս 1670 թվականին մանրադիտակի գյուտարար, հոլանդացի Անտոնի Լեուվենհուկը, ըստ երևույթին, նկատեց նմանատիպ երևույթ, բայց մանրադիտակների հազվադեպությունն ու անկատարությունը, այդ ժամանակվա մոլեկուլային գիտության սաղմնային վիճակը։ ուշադրություն չգրավեց Լյուվենհուկի դիտարկմանը, հետևաբար հայտնագործությունը իրավամբ վերագրվում է Բրաունին, որն առաջինն էր, ով ուսումնասիրեց և մանրամասն նկարագրեց այն։

Բրաունի շարժումը և ատոմ-մոլեկուլային տեսությունը.

Բրաունի նկատած ֆենոմենը շատ արագ լայնորեն հայտնի դարձավ։ Նա ինքն է ցույց տվել իր փորձերը բազմաթիվ գործընկերների (Բրաունը թվարկում է երկու տասնյակ անուն): Բայց ոչ ինքը Բրաունը, ոչ էլ շատ այլ գիտնականներ երկար տարիներ չէին կարող բացատրել այս առեղծվածային երևույթը, որը կոչվում էր «Բրաունյան շարժում»: Մասնիկների շարժումները միանգամայն պատահական էին. նրանց դիրքերի էսքիզները, որոնք արված էին ժամանակի տարբեր կետերում (օրինակ՝ ամեն րոպե) առաջին հայացքից հնարավորություն չտվեցին գտնել որևէ օրինաչափություն այդ շարժումներում:

Բրոունյան շարժման (ինչպես կոչվում էր այս երևույթը) անտեսանելի մոլեկուլների շարժման բացատրությունը տրվեց միայն 19-րդ դարի վերջին քառորդում, բայց անմիջապես չընդունվեց բոլոր գիտնականների կողմից։ 1863 թվականին Կարլսրուեից (Գերմանիա) նկարագրական երկրաչափության ուսուցիչ Լյուդվիգ Քրիստիան Վիները (1826–1896) ենթադրեց, որ այդ երեւույթը կապված է անտեսանելի ատոմների տատանողական շարժումների հետ։ Սա Բրոունյան շարժման առաջին, թեև շատ հեռու ժամանակակից բացատրությունն էր հենց ատոմների և մոլեկուլների հատկություններով։ Կարեւոր է, որ Վիները հնարավորություն տեսավ օգտագործելու այս երեւույթը նյութի կառուցվածքի գաղտնիքները թափանցելու համար։ Նա առաջինն էր, ով փորձեց չափել Բրոունյան մասնիկների շարժման արագությունը և դրանց չափից կախվածությունը։ Հետաքրքիր է, որ 1921 թ ԱՄՆ Գիտությունների ազգային ակադեմիայի զեկույցներըՄեկ այլ Վիների՝ կիբեռնետիկայի հայտնի հիմնադիր Նորբերտի Բրոունյան շարժման վերաբերյալ աշխատություն է հրատարակվել։

Լ.Կ. Վիների գաղափարներն ընդունվել և մշակվել են մի շարք գիտնականների կողմից՝ Զիգմունդ Էքսները Ավստրիայում (և 33 տարի անց՝ նրա որդին՝ Ֆելիքսը), Ջովանի Կանտոնին Իտալիայում, Կարլ Վիլհելմ Նեգելին Գերմանիայում, Լուի Ժորժ Գույը Ֆրանսիայում, երեք բելգիացի քահանաներ։ - ճիզվիտներ Կարբոնելին, Դելսոն և Տիրիոնը և ուրիշներ։ Այդ գիտնականների թվում էր հետագայում հայտնի անգլիացի ֆիզիկոս և քիմիկոս Ուիլյամ Ռեմզեյը։ Աստիճանաբար պարզ դարձավ, որ նյութի ամենափոքր հատիկները բոլոր կողմերից հարվածում են նույնիսկ ավելի փոքր մասնիկներին, որոնք այլևս տեսանելի չէին մանրադիտակի միջոցով, ինչպես որ հեռավոր նավը ցնցող ալիքները տեսանելի չեն ափից, մինչդեռ նավակի շարժումները: ինքնին բավականին հստակ տեսանելի են: Ինչպես նրանք գրել են 1877 թվականի հոդվածներից մեկում, «...մեծ թվերի օրենքը այլևս չի նվազեցնում բախումների ազդեցությունը մինչև միջին միատեսակ ճնշում, դրանց արդյունքն այլևս հավասար չի լինի զրոյի, այլ շարունակաբար կփոխի իր ուղղությունը և մեծությունը»:

Որակապես պատկերը բավականին հավանական էր և նույնիսկ տեսողական։ Փոքր ոստը կամ վրիպակը պետք է շարժվի մոտավորապես նույն կերպ՝ բազմաթիվ մրջյունների կողմից հրելով (կամ քաշելով) տարբեր ուղղություններով: Այս փոքր մասնիկները իրականում եղել են գիտնականների բառապաշարում, բայց ոչ ոք երբեք չի տեսել դրանք: Նրանք կոչվում էին մոլեկուլներ; Լատիներենից թարգմանված այս բառը նշանակում է «փոքր զանգված»։ Զարմանալի է, բայց հենց այսպիսի երևույթի բացատրությունն է տվել հռոմեացի փիլիսոփա Տիտոս Լուկրեցիոս Կարուսը (մոտ մ.թ.ա. 99–55) իր հայտնի պոեմում։ Իրերի բնույթի մասին. Դրանում նա աչքի համար անտեսանելի ամենափոքր մասնիկներին անվանում է իրերի «նախնական սկզբունքներ»։

Իրերի սկզբունքները նախ իրենք են շարժվում,
Նրանց հետևում են մարմիններն իրենց ամենափոքր համակցությունից,
Մոտ, ասես, ուժով առաջնային սկզբունքներին,
Նրանցից թաքնված, ցնցումներ ստանալով, նրանք սկսում են ձգտել,
Իրենք շարժվել, ապա խրախուսել ավելի մեծ մարմինները:
Ուրեմն սկզբից սկսած շարժումը քիչ-քիչ
Այն դիպչում է մեր զգացմունքներին և նույնպես տեսանելի է դառնում
Մեզ և փոշու բծերի մեջ, որոնք շարժվում են արևի լույսի ներքո,
Թեև ցնցումները, որոնցից այն տեղի է ունենում, աննկատ են...

Հետագայում պարզվեց, որ Լուկրեցիուսը սխալ էր. անհնար է դիտարկել Բրաունի շարժումը անզեն աչքով, և փոշու մասնիկները արևի ճառագայթում, որը մութ սենյակ ներթափանցեց օդի պտտվող շարժումների պատճառով: Բայց արտաքուստ երկու երևույթներն էլ որոշ նմանություններ ունեն։ Եվ միայն 19-րդ դ. Շատ գիտնականների համար ակնհայտ դարձավ, որ բրոունյան մասնիկների շարժումը պայմանավորված է միջավայրի մոլեկուլների պատահական ազդեցությամբ: Շարժվող մոլեկուլները բախվում են փոշու և այլ պինդ մասնիկների հետ, որոնք գտնվում են ջրի մեջ: Որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան ավելի արագ է շարժումը: Եթե ​​փոշու մի մասնիկը մեծ է, օրինակ, ունի 0,1 մմ չափս (տրամագիծը միլիոն անգամ ավելի մեծ է, քան ջրի մոլեկուլը), ապա դրա վրա բոլոր կողմերից բազմաթիվ միաժամանակյա ներգործություններ փոխադարձաբար հավասարակշռված են, և այն գործնականում չի գործում: «Զգացեք» դրանք. մոտավորապես նույնը, ինչ ափսեի չափ փայտի կտորը չի «զգա» շատ մրջյունների ջանքերը, որոնք այն կքաշեն կամ հրում են տարբեր ուղղություններով: Եթե ​​փոշու մասնիկը համեմատաբար փոքր է, այն կշարժվի այս կամ այն ​​ուղղությամբ շրջակա մոլեկուլների ազդեցության տակ:

Բրաունյան մասնիկները ունեն 0,1–1 մկմ կարգի չափ, այսինքն. հազարերորդից մինչև միլիմետրի տասնհազարերորդականը, այդ իսկ պատճառով Բրաունը կարողացավ նկատել նրանց շարժումը, քանի որ նա նայում էր փոքրիկ ցիտոպլազմիկ հատիկներին, և ոչ թե բուն ծաղկափոշին (որի մասին հաճախ սխալմամբ գրվում է): Խնդիրն այն է, որ ծաղկափոշու բջիջները չափազանց մեծ են: Այսպիսով, մարգագետնային խոտի ծաղկափոշու մեջ, որը կրում է քամին և առաջացնում է ալերգիկ հիվանդություններ մարդկանց մոտ (խոտի տենդ), բջջի չափը սովորաբար տատանվում է 20-50 մկմ-ի սահմաններում, այսինքն. դրանք չափազանց մեծ են Բրաունյան շարժումը դիտարկելու համար: Կարևոր է նաև նշել, որ բրոունյան մասնիկի առանձին շարժումները տեղի են ունենում շատ հաճախ և շատ կարճ հեռավորությունների վրա, այնպես որ անհնար է դրանք տեսնել, բայց մանրադիտակի տակ տեսանելի են որոշակի ժամանակահատվածում տեղի ունեցած շարժումները:

Թվում է, թե բրոունյան շարժման գոյության փաստը միանշանակորեն ապացուցում է նյութի մոլեկուլային կառուցվածքը, բայց նույնիսկ 20-րդ դարի սկզբին։ Կային գիտնականներ, այդ թվում՝ ֆիզիկոսներ և քիմիկոսներ, ովքեր չէին հավատում մոլեկուլների գոյությանը։ Ատոմ-մոլեկուլային տեսությունը միայն դանդաղ ու դժվարությամբ ձեռք բերեց ճանաչում։ Այսպիսով, ֆրանսիացի առաջատար օրգանական քիմիկոս Մարսելին Բերթելոն (1827–1907) գրել է. «Մոլեկուլի հայեցակարգը, մեր գիտելիքների տեսանկյունից, անորոշ է, մինչդեռ մեկ այլ հասկացություն՝ ատոմ, զուտ հիպոթետիկ է»։ Հայտնի ֆրանսիացի քիմիկոս Ա. Սեն-Կլեր Դևիլը (1818–1881) էլ ավելի պարզ խոսեց. «Ես չեմ ընդունում Ավոգադրոյի օրենքը, ոչ ատոմը, ոչ մոլեկուլը, որովհետև ես հրաժարվում եմ հավատալ նրան, ինչին չեմ տեսնում և չեմ տեսնում: » Իսկ գերմանացի ֆիզիկաքիմիկոս Վիլհելմ Օստվալդը (1853–1932), Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր, ֆիզիկական քիմիայի հիմնադիրներից մեկը, դեռևս 20-րդ դարի սկզբին։ վճռականորեն հերքել է ատոմների գոյությունը։ Նրան հաջողվել է գրել քիմիայի եռահատոր դասագիրք, որտեղ «ատոմ» բառն անգամ չի հիշատակվում։ Ելույթ ունենալով 1904 թվականի ապրիլի 19-ին Թագավորական հաստատությունում Անգլիական քիմիական ընկերության անդամներին ուղղված մեծ զեկույցով Օստվալդը փորձեց ապացուցել, որ ատոմները գոյություն չունեն, և «այն, ինչ մենք անվանում ենք նյութ, միայն էներգիաների հավաքածու է, որոնք հավաքվում են որոշակի ժամանակ։ տեղ»։

Բայց նույնիսկ այն ֆիզիկոսները, ովքեր ընդունում էին մոլեկուլային տեսությունը, չէին կարող հավատալ, որ ատոմային-մոլեկուլային տեսության վավերականությունն ապացուցված է այսքան պարզ ձևով, ուստի տարբեր այլընտրանքային պատճառներ են առաջ քաշվել՝ այդ երևույթը բացատրելու համար: Եվ սա միանգամայն գիտության ոգով է. քանի դեռ որևէ երևույթի պատճառը միանշանակ չի հայտնաբերվել, կարելի է (և նույնիսկ անհրաժեշտ) ենթադրել տարբեր վարկածներ, որոնք հնարավորության դեպքում պետք է փորձարկվեն կամ տեսականորեն: Այսպիսով, դեռ 1905 թվականին Բրոքհաուսի և Էֆրոնի հանրագիտարանային բառարանում տպագրվեց Սանկտ Պետերբուրգի ֆիզիկայի պրոֆեսոր Ն.Ա. Գեսեհուսը գրել է, որ, ըստ որոշ գիտնականների, Բրոունյան շարժումը պայմանավորված է «լույսի կամ ջերմային ճառագայթների միջոցով, որոնք անցնում են հեղուկով», և վերածվում է «պարզ հոսքերի հեղուկի ներսում, որոնք կապ չունեն մոլեկուլների շարժման հետ», և այդ հոսքերը: կարող է առաջանալ «գոլորշիացման, դիֆուզիայի և այլ պատճառներով»: Ի վերջո, արդեն հայտնի էր, որ օդում փոշու մասնիկների շատ նման շարժումը պայմանավորված է հենց հորձանուտային հոսքերով: Բայց Գեսեհուսի տված բացատրությունը հեշտությամբ կարելի է հերքել փորձնականորեն. եթե ուժեղ մանրադիտակի միջոցով նայեք միմյանց շատ մոտ գտնվող երկու Բրաունի մասնիկներին, ապա նրանց շարժումները լիովին անկախ կլինեն: Եթե ​​այդ շարժումները առաջանային հեղուկի մեջ որևէ հոսքի հետևանքով, ապա նման հարևան մասնիկները կշարժվեին համահունչ:

Բրոունյան շարժման տեսություն.

20-րդ դարի սկզբին։ Գիտնականների մեծամասնությունը հասկանում էր Բրոունյան շարժման մոլեկուլային բնույթը: Բայց բոլոր բացատրությունները մնացին զուտ որակական, ոչ մի քանակական տեսություն չէր դիմանում փորձարարական փորձարկմանը: Բացի այդ, փորձարարական արդյունքներն իրենք պարզ չէին. անդադար շտապող մասնիկների ֆանտաստիկ տեսարանը հիպնոսացնում էր փորձարարներին, և նրանք չգիտեին, թե այդ երևույթի որ բնութագրիչները պետք է չափվեն:

Չնայած թվացյալ ամբողջական անկարգությանը, դեռևս հնարավոր էր նկարագրել Բրաունի մասնիկների պատահական շարժումները մաթեմատիկական հարաբերությամբ։ Առաջին անգամ Բրոունյան շարժման խիստ բացատրությունը տվել է 1904 թվականին լեհ ֆիզիկոս Մարիան Սմոլուչովսկին (1872–1917), ով այդ տարիներին աշխատել է Լվովի համալսարանում։ Միևնույն ժամանակ, այս երևույթի տեսությունը մշակել է Ալբերտ Էյնշտեյնը (1879–1955), որն այն ժամանակ քիչ հայտնի 2-րդ կարգի փորձագետ էր Շվեյցարիայի Բեռն քաղաքի արտոնագրային գրասենյակում։ Նրա հոդվածը, որը տպագրվել է 1905 թվականի մայիսին գերմանական Annalen der Physik ամսագրում, վերնագրված էր. Հանգիստ վիճակում գտնվող հեղուկի մեջ կախված մասնիկների շարժման մասին, որը պահանջվում է ջերմության մոլեկուլային կինետիկ տեսությամբ. Այս անունով Էյնշտեյնը ցանկանում էր ցույց տալ, որ նյութի կառուցվածքի մոլեկուլային կինետիկ տեսությունը անպայմանորեն ենթադրում է հեղուկների մեջ ամենափոքր պինդ մասնիկների պատահական շարժման առկայությունը։

Հետաքրքիր է, որ այս հոդվածի հենց սկզբում Էյնշտեյնը գրում է, որ ինքը ծանոթ է այդ երևույթին, թեև մակերեսորեն. վերջիններիս վերաբերյալ ինձ համար այնքան անճշտություն է, որ ես չկարողացա ձևակերպել, որ սա միանշանակ կարծիք է»։ Եվ տասնամյակներ անց, արդեն իր վերջին կյանքի ընթացքում, Էյնշտեյնն իր հուշերում այլ բան գրեց. որ նա ընդհանրապես չգիտեր Բրաունյան շարժման մասին և իրականում «վերագտավ» այն զուտ տեսականորեն. Հայտնի է, որ ես հայտնաբերեցի, որ ատոմային տեսությունը հանգեցնում է միկրոսկոպիկ կասեցված մասնիկների դիտելի շարժման գոյությանը»: Ինչևէ, Էյնշտեյնի տեսական հոդվածն ավարտվեց փորձարարներին ուղղակի կոչով, որպեսզի փորձարկեն իր եզրակացությունները. «Եթե որևէ հետազոտող շուտով կարողանա պատասխանել. այստեղ բարձրացված հարցերը հարցեր են»: – Նա իր հոդվածն ավարտում է այսպիսի արտասովոր բացականչությամբ.

Էյնշտեյնի կրքոտ կոչի պատասխանը չուշացավ։

Ըստ Սմոլուչովսկի-Էյնշտեյնի տեսության՝ Բրոունյան մասնիկի քառակուսի տեղաշարժի միջին արժեքը ( ս 2) ժամանակի համար տուղիղ համեմատական ​​է ջերմաստիճանին Տև հակադարձ համեմատական ​​հեղուկի մածուցիկությանը h, մասնիկի չափը rիսկ Ավոգադրոյի հաստատունը

Ն A: ս 2 = 2RTt/6փ rNԱ,

Որտեղ Ռ- գազի մշտական. Այսպիսով, եթե 1 րոպեում 1 մկմ տրամագծով մասնիկը շարժվում է 10 մկմ-ով, ապա 9 րոպեում՝ 10=30 մկմ-ով, 25 րոպեում՝ 10=50 մկմ-ով և այլն։ Նմանատիպ պայմաններում 0,25 մկմ տրամագծով մասնիկը նույն ժամանակահատվածներում (1, 9 և 25 րոպե) կտեղափոխվի համապատասխանաբար 20, 60 և 100 մկմ, քանի որ = 2: Կարևոր է, որ վերը նշված բանաձևը ներառի. Ավոգադրոյի հաստատունը, որն, այսպիսով, կարող է որոշվել բրոունյան մասնիկի շարժման քանակական չափումներով, որն արել է ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ժան Բատիստ Պերինը (1870–1942):

1908 թվականին Փերինը սկսեց մանրադիտակի տակ բրոունյան մասնիկների շարժման քանակական դիտարկումները։ Նա օգտագործեց 1902 թվականին հայտնագործված ուլտրամանրադիտակը, որը հնարավորություն տվեց հայտնաբերել ամենափոքր մասնիկները՝ դրանց վրա լույս ցրելով հզոր կողային լուսավորիչից։ Փերինը գրեթե գնդաձև և մոտավորապես նույն չափի փոքրիկ գնդիկներ էր ստանում արևադարձային որոշ ծառերի խտացրած հյութից (այն օգտագործվում է նաև որպես դեղին ջրաներկի ներկ): Այս փոքրիկ ուլունքները կասեցվել են 12% ջուր պարունակող գլիցերինի մեջ; մածուցիկ հեղուկը կանխում էր դրա մեջ ներքին հոսքերի առաջացումը, որոնք կպղտորեին պատկերը: Վայրկյանաչափով զինված Փերինը գծագրված թղթի վրա (իհարկե, շատ մեծ մասշտաբով) գծագրեց մասնիկների դիրքը կանոնավոր ընդմիջումներով, օրինակ՝ յուրաքանչյուր կես րոպեն մեկ: Ստացված կետերը ուղիղ գծերով միացնելով՝ նա ստացավ բարդ հետագծեր, որոնցից մի քանիսը ներկայացված են նկարում (դրանք վերցված են Պերինի գրքից։ Ատոմներ, հրատարակվել է 1920 թվականին Փարիզում)։ Մասնիկների նման քաոսային, անկանոն շարժումը հանգեցնում է նրան, որ դրանք տարածության մեջ բավականին դանդաղ են շարժվում. հատվածների գումարը շատ ավելի մեծ է, քան մասնիկի տեղաշարժը առաջին կետից մինչև վերջինը:

Բրոունյան երեք մասնիկների՝ մաստակի գնդիկների հաջորդական դիրքերը յուրաքանչյուր 30 վայրկյանը մեկ՝ մոտ 1 միկրոն չափով: Մեկ բջիջը համապատասխանում է 3 մկմ հեռավորությանը: Եթե ​​Փերինը կարողանար որոշել բրոունյան մասնիկների դիրքը ոչ թե 30, այլ 3 վայրկյան հետո, ապա յուրաքանչյուր հարևան կետերի միջև ուղիղ գծերը կվերածվեին նույն բարդ զիգզագաձեւ կոտրված գծի, միայն ավելի փոքր մասշտաբով։

Օգտագործելով տեսական բանաձևը և նրա արդյունքները, Փերինը ստացավ Ավոգադրոյի թվի արժեքը, որն այն ժամանակ բավականին ճշգրիտ էր. 6,8: . 10 23 . Պերինը նաև մանրադիտակ է օգտագործել՝ ուսումնասիրելու բրոունյան մասնիկների ուղղահայաց բաշխումը ( սմ. ԱՎՈԳԱԴՐՈԻ ՕՐԵՆՔԸ) և ցույց տվեց, որ չնայած ձգողականության գործողությանը, դրանք մնում են կասեցված լուծույթում։ Պերինին են պատկանում նաև այլ կարևոր գործեր։ 1895 թվականին նա ապացուցեց, որ կաթոդային ճառագայթները բացասական էլեկտրական լիցքեր են (էլեկտրոններ), իսկ 1901 թվականին նա առաջին անգամ առաջարկեց ատոմի մոլորակային մոդելը։ 1926 թվականին արժանացել է ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի։

Պերինի ստացած արդյունքները հաստատեցին Էյնշտեյնի տեսական եզրակացությունները։ Դա ուժեղ տպավորություն թողեց։ Ինչպես շատ տարիներ անց գրել է ամերիկացի ֆիզիկոս Ա. Պաիսը, «դուք երբեք չեք դադարում զարմանալ այս պարզ ձևով ստացված արդյունքի վրա. բավական է պատրաստել գնդերի կախոց, որոնց չափը մեծ է չափի համեմատ. պարզ մոլեկուլներից վերցրեք վայրկյանաչափ և մանրադիտակ և կարող եք որոշել Ավոգադրոյի հաստատունը»։ Կարելի է նաև զարմանալ. Բրաունյան շարժման վերաբերյալ նոր փորձերի նկարագրությունները դեռևս ժամանակ առ ժամանակ հայտնվում են գիտական ​​ամսագրերում (Nature, Science, Journal of Chemical Education): Պերինի արդյունքների հրապարակումից հետո ատոմիզմի նախկին հակառակորդ Օստվալդը խոստովանեց, որ «Բրաունյան շարժման համընկնումը կինետիկ հիպոթեզի պահանջների հետ... այժմ ամենազգույշ գիտնականին իրավունք է տալիս խոսել ատոմային տեսության փորձարարական ապացույցների մասին։ նյութի. Այսպիսով, ատոմային տեսությունը բարձրացվել է գիտական, հիմնավոր տեսության աստիճանի»։ Նրան կրկնում է ֆրանսիացի մաթեմատիկոս և ֆիզիկոս Անրի Պուանկարեն. «Պերինի կողմից ատոմների թվի փայլուն որոշումը ավարտեց ատոմիզմի հաղթանակը... Քիմիկոսների ատոմն այժմ իրականություն է դարձել»:

Բրաունյան շարժում և դիֆուզիոն:

Բրաունյան մասնիկների շարժումն իր արտաքին տեսքով շատ նման է առանձին մոլեկուլների շարժմանը նրանց ջերմային շարժման արդյունքում։ Այս շարժումը կոչվում է դիֆուզիոն: Դեռ Սմոլուչովսկու և Էյնշտեյնի աշխատանքից առաջ մոլեկուլային շարժման օրենքները հաստատվել են նյութի գազային վիճակի ամենապարզ դեպքում։ Պարզվեց, որ գազերի մոլեկուլները շատ արագ են շարժվում՝ փամփուշտի արագությամբ, բայց նրանք չեն կարող հեռու թռչել, քանի որ շատ հաճախ բախվում են այլ մոլեկուլների հետ։ Օրինակ՝ օդում գտնվող թթվածնի և ազոտի մոլեկուլները, որոնք շարժվում են մոտավորապես 500 մ/վ միջին արագությամբ, ամեն վայրկյան ունենում են ավելի քան մեկ միլիարդ բախումներ։ Հետևաբար, մոլեկուլի ճանապարհը, եթե հնարավոր լիներ հետևել դրան, կլիներ բարդ կոտրված գիծ։ Բրաունյան մասնիկները նույնպես նկարագրում են նմանատիպ հետագիծ, եթե նրանց դիրքը գրանցվում է որոշակի ժամանակային ընդմիջումներով: Ե՛վ դիֆուզիան, և՛ Բրոունյան շարժումը մոլեկուլների քաոսային ջերմային շարժման հետևանք են և, հետևաբար, նկարագրվում են նմանատիպ մաթեմատիկական հարաբերություններով։ Տարբերությունն այն է, որ գազերի մոլեկուլները շարժվում են ուղիղ գծով, մինչև բախվեն այլ մոլեկուլների հետ, որից հետո փոխում են ուղղությունը։ Բրոունյան մասնիկը, ի տարբերություն մոլեկուլի, չի կատարում որևէ «ազատ թռիչք», բայց ունենում է շատ հաճախակի փոքր և անկանոն «ցնցումներ», ինչի հետևանքով այն քաոսային տեղաշարժվում է այս կամ այն ​​ուղղությամբ: Հաշվարկները ցույց են տվել, որ 0,1 մկմ չափի մասնիկի համար մեկ շարժումը տեղի է ունենում վայրկյանի երեք միլիարդերորդում ընդամենը 0,5 նմ (1 նմ = 0,001 մկմ) հեռավորության վրա։ Ինչպես դիպուկ ասում է հեղինակներից մեկը, սա հիշեցնում է գարեջրի դատարկ տուփը տեղափոխելը հրապարակում, որտեղ հավաքվել է մարդկանց բազմություն։

Դիֆուզիան շատ ավելի հեշտ է դիտարկել, քան Բրոունյան շարժումը, քանի որ դրա համար մանրադիտակ չի պահանջվում. շարժումները դիտվում են ոչ թե առանձին մասնիկների, այլ դրանց հսկայական զանգվածների, պարզապես անհրաժեշտ է ապահովել, որ դիֆուզիան չվերածվի կոնվեկցիայի միջոցով՝ նյութի խառնումը որպես նյութ։ հորձանուտի հոսքերի արդյունք (նման հոսքերը հեշտ է նկատել՝ մի բաժակ տաք ջրի մեջ դնելով գունավոր լուծույթի մի կաթիլ, օրինակ՝ թանաքով):

Դիֆուզիան հարմար է դիտել հաստ գելերի մեջ։ Նման գել կարելի է պատրաստել, օրինակ, պենիցիլինի տարայի մեջ՝ դրա մեջ պատրաստելով 4–5% ժելատինի լուծույթ։ Ժելատինը նախ պետք է մի քանի ժամ ուռչի, իսկ հետո խառնելով ամբողջությամբ լուծվի՝ տարան տաք ջրի մեջ իջեցնելով։ Սառչելուց հետո ստացվում է չհոսող գել՝ թափանցիկ, թեթեւակի պղտոր զանգվածի տեսքով։ Եթե, օգտագործելով սուր պինցետ, դուք զգուշորեն մտցնեք կալիումի պերմանգանատի փոքր բյուրեղ («կալիումի պերմանգանատ») այս զանգվածի կենտրոնում, ապա բյուրեղը կախված կմնա այն տեղում, որտեղ այն մնացել է, քանի որ գելը թույլ չի տալիս ընկնել: Մի քանի րոպեի ընթացքում բյուրեղի շուրջը կսկսի աճել մանուշակագույն գունդը, որը ժամանակի ընթացքում ավելի ու ավելի մեծանում է այնքան ժամանակ, մինչև բանկայի պատերը խեղաթյուրեն դրա ձևը: Նույն արդյունքը կարելի է ստանալ՝ օգտագործելով պղնձի սուլֆատի բյուրեղը, միայն այս դեպքում գնդակը կստացվի ոչ թե մանուշակագույն, այլ կապույտ։

Պարզ է, թե ինչու է գնդակը դուրս եկել. MnO 4 – իոններ, որոնք առաջանում են բյուրեղը լուծվելիս, մտնում են լուծույթ (գելը հիմնականում ջուր է) և դիֆուզիայի արդյունքում հավասարաչափ շարժվում են բոլոր ուղղություններով, մինչդեռ գրավիտացիան գործնականում չի ազդում մարմնի վրա: դիֆուզիայի արագություն. Հեղուկի մեջ դիֆուզիան շատ դանդաղ է ընթանում. շատ ժամեր կպահանջվեն, որպեսզի գնդակը մի քանի սանտիմետր աճի: Գազերում դիֆուզիան շատ ավելի արագ է ընթանում, բայց այնուամենայնիվ, եթե օդը չխառնվեր, սենյակում ժամերով կտարածվեր օծանելիքի կամ ամոնիակի հոտը։

Բրոունյան շարժման տեսություն. պատահական քայլումներ.

Սմոլուչովսկի-Էյնշտեյնի տեսությունը բացատրում է ինչպես դիֆուզիայի, այնպես էլ Բրոունյան շարժման օրենքները։ Մենք կարող ենք դիտարկել այս օրինաչափությունները՝ օգտագործելով դիֆուզիայի օրինակը: Եթե ​​մոլեկուլի արագությունը u, ապա, շարժվելով ուղիղ գծով, ժամանակի մեջ տկանցնի հեռավորությունը Լ = ut, սակայն այլ մոլեկուլների հետ բախումների պատճառով այս մոլեկուլը չի ​​շարժվում ուղիղ գծով, այլ անընդհատ փոխում է իր շարժման ուղղությունը։ Եթե ​​հնարավոր լիներ ուրվագծել մոլեկուլի ուղին, ապա այն սկզբունքորեն չէր տարբերվի Փերինի ձեռք բերած գծագրերից։ Այս թվերից պարզ է դառնում, որ քաոսային շարժման պատճառով մոլեկուլը տեղաշարժվում է հեռավորության վրա ս, զգալիորեն պակաս, քան Լ. Այս քանակները կապված են հարաբերության հետ ս= , որտեղ l-ն այն հեռավորությունն է, որով մոլեկուլը թռչում է մի բախումից մյուսը, միջին ազատ ուղին: Չափումները ցույց են տվել, որ նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում օդի մոլեկուլների համար l~ 0,1 մկմ, ինչը նշանակում է, որ 500 մ/վ արագությամբ ազոտի կամ թթվածնի մոլեկուլը կանցնի հեռավորությունը 10000 վայրկյանում (երեք ժամից պակաս): Լ= 5000 կմ, և սկզբնական դիրքից կտեղափոխվի միայն ս= 0,7 մ (70 սմ), ինչի պատճառով նյութերը շատ դանդաղ են շարժվում դիֆուզիայի պատճառով նույնիսկ գազերում։

Դիֆուզիայի արդյունքում մոլեկուլի ուղին (կամ Բրոունյան մասնիկի ուղին) կոչվում է պատահական քայլք։ Սրամիտ ֆիզիկոսները այս արտահայտությունը վերաիմաստավորեցին որպես հարբեցողի քայլ՝ «հարբածի ճանապարհ»: Իրոք, մասնիկի շարժումը մի դիրքից մյուսը (կամ բազմաթիվ բախումների ենթարկվող մոլեկուլի ճանապարհը) նման է հարբած մարդու շարժմանը: Ավելին. Այս անալոգիան նաև թույլ է տալիս պարզորոշ եզրակացնել, որ նման գործընթացի հիմնական հավասարումը հիմնված է միաչափ շարժման օրինակի վրա, որը հեշտ է ընդհանրացնել եռաչափի:

Ենթադրենք, ուշ գիշերով պանդոկից մի նավաստու դուրս եկավ և շարժվեց փողոցով։ Քայլելով ճանապարհը l-ով մինչև մոտակա լապտերը, նա հանգստացավ և գնաց… կամ ավելի հեռու, դեպի հաջորդ լապտերը, կամ ետ, դեպի պանդոկ, ի վերջո, նա չի հիշում, թե որտեղից է եկել: Հարցն այն է, թե նա երբևէ կթողնի՞ ցուկկինին, թե՞ պարզապես կթափառի դրա շուրջը՝ հիմա հեռանալով, հիմա մոտենալով։ (Խնդիրի մեկ այլ տարբերակում ասվում է, որ փողոցի երկու ծայրերում կան կեղտոտ խրամատներ, որտեղ ավարտվում են փողոցի լույսերը, և հարցնում է, թե արդյոք նավաստիը կկարողանա խուսափել դրանցից մեկի մեջ ընկնելուց): Ինտուիտիվորեն թվում է, թե երկրորդ պատասխանը ճիշտ է։ Բայց դա սխալ է. պարզվում է, որ նավաստին աստիճանաբար ավելի ու ավելի կհեռանա զրոյական կետից, թեև շատ ավելի դանդաղ, քան եթե նա քայլեր միայն մեկ ուղղությամբ: Ահա թե ինչպես դա ապացուցել.

Առաջին անգամ անցնելով մոտակա լամպին (աջ կամ ձախ), նավաստիը կլինի հեռավորության վրա. ս 1 = ± լ մեկնարկային կետից: Քանի որ մեզ հետաքրքրում է միայն դրա հեռավորությունը այս կետից, բայց ոչ ուղղությունը, մենք կազատվենք նշաններից՝ քառակուսի դնելով այս արտահայտությունը. ս 1 2 = լ 2. Որոշ ժամանակ անց նավաստին, արդեն ավարտելով Ն«թափառող», կլինի հեռավորության վրա

ս Ն= սկզբից. Եվ նորից քայլելով (մեկ ուղղությամբ) դեպի մոտակա լապտերը՝ հեռավորության վրա ս Ն+1 = ս Ն± l, կամ օգտագործելով տեղաշարժի քառակուսին, ս 2 Ն+1 = ս 2 Ն± 2 ս Ն l + l 2. Եթե նավաստիը կրկնում է այս շարժումը բազմիցս (ից Ննախքան Ն+ 1), ապա միջինացման արդյունքում (այն անցնում է հավասար հավանականությամբ Ն-րդ քայլը դեպի աջ կամ ձախ), ժամկետ ± 2 ս ՆԵս կչեղարկեմ, ուստի s 2 Ն+1 = s2 Ն+ l 2> (անկյունային փակագծերը ցույց են տալիս միջին արժեքը) L = 3600 մ = 3,6 կմ, մինչդեռ զրոյական կետից տեղաշարժը նույն ժամանակ հավասար կլինի միայն. ս= = 190 մ Երեք ժամից կանցնի Լ= 10,8 կմ, և կշարժվի ս= 330 մ և այլն:

Աշխատանք u l-ն ստացված բանաձևում կարելի է համեմատել դիֆուզիոն գործակցի հետ, որը, ինչպես ցույց է տվել իռլանդացի ֆիզիկոս և մաթեմատիկոս Ջորջ Գաբրիել Սթոքսը (1819–1903), կախված է մասնիկների չափից և միջավայրի մածուցիկությունից։ Նմանատիպ նկատառումների հիման վրա Էյնշտեյնը դուրս բերեց իր հավասարումը.

Բրոունյան շարժման տեսությունը իրական կյանքում.

Պատահական զբոսանքների տեսությունը կարևոր գործնական կիրառություններ ունի։ Նրանք ասում են, որ տեսարժան վայրերի բացակայության դեպքում (արև, աստղեր, մայրուղու կամ երկաթուղու աղմուկ և այլն), մարդը թափառում է անտառում, դաշտի միջով ձնաբքի կամ թանձր մառախուղի մեջ՝ շրջանակների մեջ՝ միշտ վերադառնալով իր մոտ։ օրիգինալ վայր. Իրականում նա շրջանագծով չի քայլում, այլ մոտավորապես նույն կերպ են շարժվում մոլեկուլները կամ Բրոունյան մասնիկները։ Նա կարող է վերադառնալ իր սկզբնական տեղը, բայց միայն պատահաբար։ Բայց նա բազմիցս է հատում իր ճանապարհը։ Նրանք նաև ասում են, որ ձնաբքի ժամանակ սառած մարդկանց գտել են մոտակա բնակավայրից կամ ճանապարհից «մի քանի կիլոմետր» հեռավորության վրա, բայց իրականում մարդը այս կիլոմետրը քայլելու հնարավորություն չուներ, և ահա թե ինչու։

Հաշվարկելու համար, թե պատահական զբոսանքների արդյունքում մարդ որքան կշարժվի, պետք է իմանալ l-ի արժեքը, այսինքն. հեռավորությունը, որը մարդը կարող է քայլել ուղիղ գծով, առանց որևէ ուղենիշի: Այս արժեքը չափել է երկրաբանական և հանքաբանական գիտությունների դոկտոր Բ.Ս. Գորոբեցը՝ ուսանող կամավորների օգնությամբ: Նա, իհարկե, նրանց չթողեց խիտ անտառում կամ ձյունածածկ դաշտում, ամեն ինչ ավելի պարզ էր. ուսանողին դրեցին դատարկ մարզադաշտի կենտրոնում, աչքերը կապեցին և խնդրեցին քայլել մինչև ֆուտբոլի դաշտի վերջը: լիակատար լռություն (ձայնային կողմնորոշումը բացառելու համար): Պարզվել է, որ միջինում ուսանողը ուղիղ գծով քայլել է ընդամենը մոտ 20 մետր (իդեալական ուղիղ գծից շեղումը չի գերազանցել 5°-ը), իսկ հետո սկսել է ավելի ու ավելի շեղվել սկզբնական ուղղությունից։ Ի վերջո նա կանգ առավ՝ հեռու եզրին հասնելուց։

Թող հիմա մարդը անտառում քայլի (ավելի ճիշտ՝ թափառի) ժամում 2 կիլոմետր արագությամբ (ճանապարհի համար սա շատ դանդաղ է, իսկ խիտ անտառի համար՝ շատ արագ), ապա եթե l-ի արժեքը 20 է։ մետր, ապա մեկ ժամում նա կանցնի 2 կմ, բայց կշարժվի ընդամենը 200 մ, երկու ժամում՝ մոտ 280 մ, երեք ժամում՝ 350 մ, 4 ժամում՝ 400 մ և այլն։ Իսկ ուղիղ գծով շարժվելով ժ. Նման արագությամբ մարդը 4 ժամում կքայլեր 8 կիլոմետր, հետևաբար դաշտային աշխատանքի անվտանգության հրահանգներում կա հետևյալ կանոնը. եթե տեսարժան վայրերը կորչեն, պետք է մնալ տեղում, ապաստարան ստեղծել և սպասել ավարտին։ վատ եղանակի (արևը կարող է դուրս գալ) կամ օգնության համար: Անտառում ուղենիշները՝ ծառերը կամ թփերը, կօգնեն ձեզ շարժվել ուղիղ գծով, և ամեն անգամ, երբ դուք պետք է հավատարիմ մնաք այդպիսի երկու նշաձողին՝ մեկը առջևում, մյուսը՝ հետևում: Բայց, իհարկե, ավելի լավ է ձեզ հետ կողմնացույց վերցնել...

Իլյա Լինսոն

Գրականություն:

Մարիո Լիոցի. Ֆիզիկայի պատմություն. Մ., Միր, 1970
Կերկեր Մ. Բրոունյան շարժումները և մոլեկուլային իրականությունը մինչև 1900 թ. Journal of Chemical Education, 1974, vol. 51, թիվ 12
Լինսոն Ի.Ա. Քիմիական ռեակցիաներ. Մ., Աստրել, 2002

Մոլեկուլների փոխազդեցության ուժերը………………………4

Ինչու՞ է այրվել Ջորդանո Բրունոն ...................................... 7

Արդյո՞ք Գալիլեո Գալիլեյը հրաժարվեց իր գիտական ​​հայացքներից: .......................................... .. .....9

Մատենագիտություն……………………………………………………………………………………….. ..13

Բրաունյան շարժում
Բրաունյան շարժում, հեղուկի կամ գազի մեջ կասեցված փոքր մասնիկների պատահական շարժում, որը տեղի է ունենում շրջակա միջավայրի մոլեկուլների ցնցումների ազդեցության տակ։ Բացել է ՌոբերտըՇագանակագույն 1827 թվականին Կախված մասնիկները, որոնք տեսանելի են միայն մանրադիտակի տակ, շարժվում են միմյանցից անկախ և նկարագրում են բարդ զիգզագային հետագծեր։ Բրաունյան շարժումը ժամանակի ընթացքում չի թուլանում և կախված չէ միջավայրի քիմիական հատկություններից։ Բրոունյան շարժման ինտենսիվությունը մեծանում է միջավայրի ջերմաստիճանի բարձրացմամբ և նրա մածուցիկության և մասնիկների չափի նվազմամբ։
Բրաունյան շարժումը դիտարկելիս մասնիկի դիրքը գրանցվում է կանոնավոր ընդմիջումներով։ Իհարկե, դիտարկումների միջև մասնիկը չի շարժվում ուղղագիծ, բայց իրար հաջորդող դիրքերը ուղիղ գծերով միացնելը տալիս է շարժման պայմանական պատկերը։
Բրոունյան շարժման տեսությունը բացատրում է մասնիկի պատահական շարժումները մոլեկուլներից և շփման ուժերի պատահական ուժերի ազդեցությամբ։ Ուժի պատահական բնույթը նշանակում է, որ t 1 ժամանակային միջակայքում նրա գործողությունը լիովին անկախ է t 2 միջակայքի գործողությունից, եթե այդ միջակայքերը չեն համընկնում: Բավական երկար ժամանակի միջին ուժը զրո է, և Բրոունյան մասնիկի միջին տեղաշարժը նույնպես զրո է:
Բրոունյան շարժման տեսությունը կարևոր դեր է խաղացել վիճակագրական մեխանիկայի հիմքում։ Բացի այդ, այն ունի նաև գործնական նշանակություն։ Առաջին հերթին, Բրոունյան շարժումը սահմանափակում է չափիչ գործիքների ճշգրտությունը։ Օրինակ, հայելային գալվանոմետրի ընթերցումների ճշգրտության սահմանը որոշվում է հայելու թրթռումով, ինչպես օդի մոլեկուլներով ռմբակոծված Բրոունյան մասնիկը։ Բրոունյան շարժման օրենքները որոշում են էլեկտրոնների պատահական շարժումը՝ առաջացնելովաղմուկներ էլեկտրական սխեմաներում. Դիէլեկտրիկի կորուստներըդիէլեկտրիկներ բացատրվում են դիէլեկտրիկը կազմող դիպոլային մոլեկուլների պատահական շարժումներով։ Էլեկտրոլիտային լուծույթներում իոնների պատահական շարժումները մեծացնում են նրանց էլեկտրական դիմադրությունը։
Մոլեկուլների փոխազդեցության ուժերը

Միջմոլեկուլային փոխազդեցությունը էլեկտրական չեզոք փոխազդեցությունն էմոլեկուլներ կամ ատոմներ . Առաջին անգամ հաշվի են առնվել միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերըJ. D. վան դեր Վալս (1873 ) բացատրել իրական գազերի և հեղուկների հատկությունները.
Կողմնորոշիչ ուժերգործում են բևեռային մոլեկուլների, այսինքն՝ ունեցողների միջևէլեկտրական դիպոլային պահեր. Երկու բևեռային մոլեկուլների միջև ձգողական ուժն ամենամեծն է, երբ նրանց դիպոլային մոմենտները հավասարեցված են նույն գծի երկայնքով: Այս ուժն առաջանում է այն պատճառով, որ տարբերվող լիցքերի միջև հեռավորությունները մի փոքր ավելի փոքր են, քան նմանների միջև: Արդյունքում դիպոլների ձգողականությունը գերազանցում է նրանց վանողությունը։ Դիպոլների փոխազդեցությունը կախված է նրանց փոխադարձ կողմնորոշումից, ուստի դիպոլների փոխազդեցության ուժերը կոչվում են. կողմնորոշիչ. Քաոսային ջերմային շարժումը անընդհատ փոխում է բևեռային մոլեկուլների կողմնորոշումը, բայց, ինչպես ցույց են տալիս հաշվարկները, բոլոր հնարավոր կողմնորոշումների վրա ուժի միջին արժեքը ունի որոշակի արժեք, որը հավասար չէ զրոյի:

Ինդուկտիվ (կամ բևեռացման) ուժերգործում է բևեռային և ոչ բևեռ մոլեկուլների միջև: Ստեղծվում է բևեռային մոլեկուլէլեկտրական դաշտ, որը բևեռացնում է մոլեկուլը ամբողջ ծավալով հավասարաչափ բաշխված էլեկտրական լիցքերով։ Դրական լիցքերը տեղաշարժվում են էլեկտրական դաշտի ուղղությամբ (այսինքն՝ դրական բևեռից հեռու), իսկ բացասական լիցքերը՝ դեմ (դեպի դրական բևեռ): Արդյունքում ոչ բևեռային մոլեկուլում առաջանում է դիպոլային մոմենտ։
Այս էներգիան կոչվում է ինդուկցիա, քանի որ այն առաջանում է մոլեկուլների բևեռացման պատճառով, որն առաջացել էէլեկտրաստատիկ ինդուկցիա. Ինդուկտիվ ուժեր ( Ֆ արդ ?r? 7) գործում են նաև բևեռային մոլեկուլների միջև.
Գործում է ոչ բևեռ մոլեկուլների միջև ցրված միջմոլեկուլային փոխազդեցություն. Այս փոխազդեցության բնույթը լիովին պարզվեց միայն ստեղծումից հետոքվանտային մեխանիկա. Ատոմներում և մոլեկուլներումէլեկտրոններ շրջել միջուկների շուրջը բարդ ձևով. Միջին հաշվով ժամանակի ընթացքում ոչ բևեռային մոլեկուլների դիպոլային մոմենտները զրո են: Բայց ամեն պահի էլեկտրոնները ինչ-որ դիրք են զբաղեցնում։ Հետեւաբար, դիպոլային պահի ակնթարթային արժեքը (օրինակ, ջրածնի ատոմի համար) տարբերվում է զրոյից։ Ակնթարթային դիպոլը ստեղծում է էլեկտրական դաշտ, որը բևեռացնում է հարևան մոլեկուլները: Արդյունքը փոխազդեցություն է ակնթարթային դիպոլներ. Ոչ բևեռային մոլեկուլների միջև փոխազդեցության էներգիան բոլոր հնարավոր ակնթարթային դիպոլների փոխազդեցության միջին արդյունքն է այն դիպոլային մոմենտների հետ, որոնք նրանք առաջացնում են հարևան մոլեկուլներում ինդուկցիայի շնորհիվ:
Այս տեսակի միջմոլեկուլային փոխազդեցությունը կոչվում է ցրողորովհետեւլույսի ցրում մի նյութում որոշվում է մոլեկուլների նույն հատկություններով, ինչ այս փոխազդեցությունը: Դիսպերսիոն ուժերը գործում են բոլոր ատոմների և մոլեկուլների միջև, քանի որ դրանց տեսքի մեխանիզմը կախված չէ նրանից, թե մոլեկուլները (ատոմները) ունեն մշտական ​​դիպոլային մոմենտներ, թե ոչ։ Սովորաբար այդ ուժերը մեծությամբ գերազանցում են ինչպես կողմնորոշիչին, այնպես էլ ինդուկտիվին: Միայն մոլեկուլների փոխազդեցության ժամանակ մեծ դիպոլային մոմենտների հետ, օրինակ՝ ջրի մոլեկուլների, Ֆ կամ > Ֆ դիսպ(3 անգամ ջրի մոլեկուլների համար): Երբ փոխազդում են այնպիսի բևեռային մոլեկուլների հետ, ինչպիսիք են CO, HI, HBr և մյուսները, ցրման ուժերը տասնյակ և հարյուրավոր անգամ ավելի մեծ են, քան մյուսները:
Շատ կարևոր է, որ միջմոլեկուլային փոխազդեցությունների բոլոր երեք տեսակները հեռավորության հետ նույն կերպ նվազում են.
U = U կամ + U արդ + U դիսպ ?r ? 6
վանող ուժերմոլեկուլների միջև գործում են շատ կարճ հեռավորությունների վրա, երբ լցված ենէլեկտրոնային թաղանթներատոմներ, որոնք կազմում են մոլեկուլները: Գոյություն ունեցող քվանտային մեխանիկայումՊաուլիի սկզբունքը արգելում է լցված էլեկտրոնային թաղանթների ներթափանցումը միմյանց մեջ. Առաջացող վանող ուժերը, ավելի մեծ չափով, քան գրավիչ ուժերը, կախված են մոլեկուլների անհատականությունից.

Ինչո՞ւ են այրել Ջորդանո Բրունոյին.
Բրունո Ջորդանո Ֆիլիպե (1548, Նոլա, - 17.2.1600, Հռոմ), իտալացի փիլիսոփա և բանաստեղծ, ներկայացուցիչ։պանթեիզմ . Իր հայացքների համար հալածվելով հոգեւորականների կողմից՝ նա թողեց Իտալիան և ապրեց Ֆրանսիայում, Անգլիայում և Գերմանիայում։ Իտալիա վերադառնալուց հետո (1592 թ.) նրան մեղադրեցին հերետիկոսության և ազատամտության մեջ և ութ տարի բանտարկությունից հետո այրեցին խարույկի վրա։
Բրունոյի փիլիսոփայության գաղափարներումՆեոպլատոնիզմ (հատկապես գաղափարները մեկ սկզբի և համաշխարհային հոգու մասին՝ որպես Տիեզերքի շարժիչ սկզբունք, որը Բրունոյին հանգեցրեց.հիլոզոիզմ ) խաչվել է հին մատերիալիստների, ինչպես նաև պյութագորասների հայացքների ուժեղ ազդեցության հետ։ Բրունոյի պանթեիստական ​​բնական փիլիսոփայության ձևավորմանը՝ ուղղված սխոլաստիկ արիստոտելիզմի դեմ, մեծապես նպաստել է Բրունոյի ծանոթությունը Նիկոլայ Կուզայի փիլիսոփայությանը (որից Բրունոն սովորել է նաև «բացասական աստվածաբանության» գաղափարը՝ հիմնված դրական սահմանման անհնարինության վրա։ Աստծո): Հիմնվելով այս աղբյուրների վրա՝ Բրունոն փիլիսոփայության նպատակը համարում էր ոչ թե գերբնական աստծո իմացությունը, այլ բնության, որը «աստված է իրերի մեջ»։ Մշակելով հելիոկենտրոն տեսությունը Ն.Կոպեռնիկոս , որը հսկայական ազդեցություն ունեցավ նրա վրա, Բրունոն արտահայտեց գաղափարներ բնության անսահմանության և անսահման թվով աշխարհների մասին, պնդեց աշխարհի ֆիզիկական միատարրությունը (բոլոր մարմինները կազմող 5 տարրերի վարդապետությունը՝ երկիր, ջուր, կրակ, օդ. և եթեր): Բրունոն կապում էր մեկ անսահման պարզ նյութի գաղափարը, որից շատ բաներ են առաջանում ներքին ազգակցական կապի և հակադրությունների համընկնման գաղափարի հետ («Պատճառի, սկզբի և մեկի մասին», 1584): Անսահմանության մեջ, նույնացվելով, միաձուլվում են ուղիղ գիծն ու շրջանը, կենտրոնն ու ծայրամասը, ձևն ու նյութը և այլն։ Գոյության հիմնական միավորն էմոնադ , որի գործունեության մեջ միաձուլվում են մարմնականն ու հոգևորը, առարկան և սուբյեկտը։ Գերագույն նյութը «մոնադների մոնադն» է կամ Աստված. որպես ամբողջություն այն դրսևորվում է ամեն ինչի մեջ՝ «ամեն ինչ ամեն ինչում»։ Այս գաղափարները մեծ ազդեցություն են ունեցել ժամանակակից փիլիսոփայության զարգացման վրա. առանձին իրերի հետ իր առնչությամբ մեկ նյութի գաղափարը մշակել է Բրունո Սպինոզան, մոնադի գաղափարը՝ Գ. Լայբնիցը, գաղափարը. գոյության միասնությունը և «հակադրությունների համընկնումը»՝ Ֆ. Շելինգի և Գ. Հեգելի դիալեկտիկայի մեջ։ Այսպիսով, Բրունոյի փիլիսոփայությունը անցումային կապ էր միջնադարյան փիլիսոփայական համակարգերից դեպի նոր ժամանակների փիլիսոփայական հասկացությունները։
Վ.Վ.Սոկոլով.
Տիեզերագիտության մեջ Բրունոն արտահայտեց մի շարք ենթադրություններ, որոնք առաջ էին իր դարաշրջանից և արդարացված էին միայն հետագա աստղագիտական ​​բացահայտումներով. Անչափելի և անհամարի մասին», 1591), այն մասին, որ Տիեզերքում կան մեր Արեգակին նման անթիվ մարմիններ և այլն: Բրունոն հերքեց միջնադարյան պատկերացումները Երկրի և երկնքի հակադրության մասին և խոսեց մարդակենտրոնության դեմ՝ խոսելով բնակելիության մասին։ այլ աշխարհների.
Որպես բանաստեղծ Բրունոն պատկանում էր կլասիցիզմի հակառակորդներին։ Բրունոյի սեփական արվեստի գործը. «Նոյյան տապան» հակակղերական երգիծական պոեմը, փիլիսոփայական սոնետները, «Մոմակալը» կատակերգությունը (1582, ռուսերեն թարգմանություն 1940 թ.), որտեղ Բրունոն խախտում է «սովորած կատակերգության» կանոնները և ստեղծում ազատ. դրամատիկ ձև, որը թույլ է տալիս ռեալիստական ​​պատկերել կյանքը և սովորույթները նեապոլիտանական փողոցում: Այս կատակերգության մեջ Բրունոն ծաղրում է մանկավարժությունն ու սնահավատությունը և կաուստիկ սարկազմով հարձակվում է հիմար և կեղծավոր անբարոյականության վրա, որն իր հետ բերեց կաթոլիկական արձագանքը։
Ռ.Ի.Խլոդովսկի

Արդյո՞ք Գալիլեո Գալիլեյը հրաժարվեց իր գիտական ​​հայացքներից:
1609 թվականին Հոլանդիայում հայտնագործված աստղադիտակի մասին իրեն հասած տեղեկատվության հիման վրա Գալիլեոն կառուցեց իր առաջին աստղադիտակը՝ տալով մոտավորապես 3 անգամ մեծացում։ Աստղադիտակի աշխատանքը ցուցադրվել է Սբ. Նամականիշը գտնվում էր Վենետիկում և հսկայական տպավորություն թողեց։ Շուտով Գալիլեոն 32 անգամ մեծացմամբ աստղադիտակ կառուցեց։ Նրա օգնությամբ կատարված դիտարկումները ոչնչացրեցին Արիստոտելի «իդեալական ոլորտները» և երկնային մարմինների կատարելության դոգման. պարզվեց, որ Լուսնի մակերեսը ծածկված է լեռներով և խառնարաններով, աստղերը կորցրել են իրենց ակնհայտ չափերը, և պարզվել է նրանց հսկայական հեռավորությունը։ առաջին անգամ. Յուպիտերը հայտնաբերել է 4 արբանյակ, և երկնքում տեսանելի են դարձել հսկայական թվով նոր աստղեր։ Ծիր Կաթինը բաժանվեց առանձին աստղերի: Գալիլեոն նկարագրել է իր դիտարկումները «Աստղային սուրհանդակ» աշխատության մեջ (1610-11), որը ցնցող տպավորություն թողեց: Միաժամանակ սկսվեց կատաղի հակասություն։ Գալիլեոյին մեղադրում էին այն բանի համար, որ այն ամենը, ինչ նա տեսնում էր, օպտիկական պատրանք էր, նրանք նաև պնդում էին, որ նրա դիտարկումները հակասում էին Արիստոտելին և, հետևաբար, սխալ էին:
Աստղագիտական ​​հայտնագործությունները շրջադարձային եղան Գալիլեոյի կյանքում. նա ազատվեց ուսուցումից և, դուքս Կոսիմո II դե Մեդիչիի հրավերով, տեղափոխվեց Ֆլորենցիա: Այստեղ նա դառնում է համալսարանի պալատական ​​«փիլիսոփան» ու «առաջին մաթեմատիկոսը»՝ առանց դասախոսելու պարտավորության։
Շարունակելով աստղադիտակային դիտարկումները՝ Գալիլեոն հայտնաբերեց Վեներայի փուլերը, արեգակնային բծերը և Արեգակի պտույտը, ուսումնասիրեց Յուպիտերի արբանյակների շարժումը և դիտարկեց Սատուրնը։ 1611 թվականին Գալիլեոն մեկնեց Հռոմ, որտեղ նրան խանդավառ ընդունելության արժանացրին պապական արքունիքում, և որտեղ նա բարեկամություն հաստատեց արքայազն Չեզիի հետ՝ Accademia dei Lincei-ի («Լինքսի աչքերով ակադեմիա») հիմնադիր, որի անդամ դարձավ։ . Դքսի պնդմամբ Գալիլեոն հրատարակեց իր առաջին հակաարիստոտելյան աշխատանքը՝ «Դիսկուրս ջրում գտնվող մարմինների և դրա մեջ շարժվողների մասին» (1612 թ.), որտեղ նա կիրառեց հավասար պահերի սկզբունքը հեղուկ մարմիններում հավասարակշռության պայմանների ածանցման համար։ .
Սակայն 1613 թվականին հայտնի դարձավ Գալիլեոյի նամակը աբբատ Կաստելիին, որում նա պաշտպանում էր Կոպեռնիկոսի տեսակետները։ Նամակը ծառայեց որպես Գալիլեոյի անմիջական դատապարտման պատճառ ինկվիզիցիայի: 1616 թվականին ճիզվիտների միաբանությունը Կոպեռնիկոսի ուսմունքը հերետիկոս է հայտարարել, իսկ Կոպեռնիկոսի գիրքը ներառվել է արգելված գրքերի ցանկում։ Հրամանագրում Գալիլեոյի անունը չի նշվում, սակայն նրան մասնավոր կարգադրվել է հրաժարվել այս վարդապետությունից իր պաշտպանությունից: Գալիլեոն պաշտոնապես ներկայացրեց հրամանագիրը: Մի քանի տարի նա ստիպված էր լռել Կոպեռնիկյան համակարգի մասին կամ խոսել դրա մասին ակնարկներով։ Գալիլեոն մեկնում է Հռոմ 1616 թ. Աստվածաբանները, այսպես կոչված, «ինկվիզիցիայի գործը նախապատրաստողները», հավաքվում են պապական պալատում՝ քննարկելու և ստուգելու Կոպեռնիկոսի վարդապետությունը, այնուհետև հրամանագիր են հրապարակում, որով արգելվում է Կոպեռնիկոսի տեսակետների քարոզումը։ Սա առաջին պաշտոնական արգելքն էր։ Սակայն Գալիլեոն չհրաժարվեց իր հայացքներից։ Ես ուղղակի ավելի զգույշ դարձա։ Զրկվելով Կոպեռնիկոսի ուսմունքը քարոզելու իրավունքից՝ նա իր քննադատությունն ուղղեց Արիստոտելի դեմ։ Այս ժամանակահատվածում Գալիլեոյի միակ գլխավոր աշխատությունը «Ասայողն» էր՝ վիճաբանական տրակտատ երեք գիսաստղերի մասին, որոնք հայտնվեցին 1618 թվականին: Գրական ձևի, խելքի և ոճի իմաստով սա Գալիլեոյի ամենաուշագրավ գործերից մեկն է։
Համոզված լինելով Կոպեռնիկյան համակարգի վավերականության մեջ՝ Գալիլեոն սկսեց աշխատել մեծ աստղագիտական ​​տրակտատի վրա՝ «Երկխոսություն աշխարհի երկու կարևորագույն համակարգերի՝ Պտղոմեոսյան և Կոպեռնիկյան» (1632) վրա։ Այս աշխատանքն այնքան համոզիչ կերպով ապացուցում է Կոպեռնիկյան ուսմունքի առավելությունները, և Պապը, որը պատկերված է պարզամիտ պարտվող Սիմպլիցիոյի քողի տակ, Արիստոտելյան հայեցակարգի կողմնակիցն է, այնպիսի հիմար է թվում, որ որոտը չի դանդաղել: Հայրիկը վիրավորվեց. Գալիլեյի թշնամիներն օգտվեցին դրանից և նրան կանչեցին դատարան։ Յոթանասունամյա Գալիլեոյի ոգին կոտրվեց։ Տարեց գիտնականին ստիպել են հրապարակայնորեն ապաշխարել, իսկ կյանքի վերջին տարիներին նա անցկացրել է տնային կալանքի ու ինկվիզիցիայի հսկողության տակ։ 1635 թվականին նա հրաժարվեց «իր հերետիկոսական ուսմունքից»։ Գիտնական Գալիլեոն հերոս չէր. Նա ընդունել է պարտությունը։ Բայց գիտության պատմության մեջ նա մնաց մեծ գիտնական, և Գալիլեոյի դատավարությունը, նույնիսկ կաթոլիկ կրոնի հետևորդների խոսքերով, «ամենա ճակատագրական սխալն էր, որ եկեղեցական իշխանությունները երբևէ թույլ են տվել գիտության վերաբերյալ»։
1623 թվականին Գալիլեոյի ընկեր կարդինալ Մաֆֆեո Բարբերինին բարձրացավ պապական գահը՝ Ուրբան VIII անունով։ Գալիլեոյի համար այս իրադարձությունը հավասարազոր էր արգելքի (դեկրետի) կապանքներից ազատվելու հետ: 1630 թվականին նա ժամանել է Հռոմ «Երկխոսություն մակընթացությունների մակընթացության վրա» («Երկխոսություն աշխարհի երկու հիմնական համակարգերի մասին» երկխոսության առաջին վերնագիրը) ավարտված ձեռագրով, որում ներկայացված են Կոպեռնիկոսի և Կոպեռնիկոսի համակարգերը։ Պտղոմեոսը ներկայացված է երեք զրուցակիցների՝ Սագրեդոյի, Սալվիատիի և Սիմպլիցիոյի զրույցներում։
և այլն.................

Այսօր մենք ավելի մանրամասն կանդրադառնանք մի կարևոր թեմայի. մենք կսահմանենք նյութի փոքր կտորների բրոունյան շարժումը հեղուկի կամ գազի մեջ:

Քարտեզ և կոորդինատներ

Որոշ դպրոցականներ, որոնք տանջվում են ձանձրալի դասերից, չեն հասկանում, թե ինչու են ֆիզիկա սովորում։ Մինչդեռ այս գիտությունն էր, որ ժամանակին հնարավոր եղավ բացահայտել Ամերիկան։

Սկսենք հեռվից։ Միջերկրական ծովի հնագույն քաղաքակրթությունները, ինչ-որ իմաստով, բախտավոր էին. նրանք զարգացան փակ ներքին ջրային մարմնի ափերին: Միջերկրական ծովն այդպես է կոչվում, քանի որ այն բոլոր կողմերից շրջապատված է ցամաքով։ Իսկ հին ճանապարհորդներն իրենց արշավախմբի հետ կարող էին բավականին հեռու ճանապարհորդել՝ չկորցնելով ափերը։ Երկրի ուրվագծերը օգնեցին նավարկելուն։ Իսկ առաջին քարտեզները կազմվել են ոչ թե աշխարհագրական, այլ նկարագրական: Այս համեմատաբար կարճ ճանապարհորդությունների շնորհիվ հույները, փյունիկեցիները և եգիպտացիները շատ լավ դարձան նավեր կառուցելու գործում: Եվ որտեղ լավագույն սարքավորումներն են, այնտեղ կա ձեր աշխարհի սահմանները ճեղքելու ցանկություն:

Ուստի մի գեղեցիկ օր եվրոպական տերությունները որոշեցին մտնել օվկիանոս։ Մայրցամաքների միջև անծայրածիր տարածություններով նավարկելիս նավաստիները երկար ամիսներ միայն ջուր էին տեսնում, և նրանք ստիպված էին ինչ-որ կերպ գտնել իրենց ճանապարհը: Ճշգրիտ ժամացույցների և բարձրորակ կողմնացույցի հայտնագործումն օգնեց որոշել մարդու կոորդինատները:

Ժամացույց և կողմնացույց

Փոքր ձեռքի քրոնոմետրերի գյուտը մեծապես օգնեց նավաստիներին: Ճշգրիտ որոշելու համար, թե որտեղ են նրանք, նրանք պետք է ունենային մի պարզ գործիք, որը չափում էր արևի բարձրությունը հորիզոնից վերև, և իմանալու, թե երբ է ճիշտ կեսօրը։ Եվ կողմնացույցի շնորհիվ նավերի կապիտանները գիտեին, թե ուր են գնում։ Ե՛վ ժամացույցը, և՛ մագնիսական ասեղի հատկությունները ուսումնասիրվել և ստեղծվել են ֆիզիկոսների կողմից։ Սրա շնորհիվ ամբողջ աշխարհը բացվեց եվրոպացիների առաջ։

Նոր մայրցամաքները եղել են terra incognita, չուսումնասիրված հողեր: Նրանց վրա աճեցին տարօրինակ բույսեր, և հայտնաբերվեցին տարօրինակ կենդանիներ:

Բույսեր և ֆիզիկա

Քաղաքակիրթ աշխարհի բոլոր բնագետները շտապեցին ուսումնասիրել այս նոր տարօրինակ էկոլոգիական համակարգերը։ Եվ իհարկե, նրանք ձգտում էին օգուտ քաղել դրանցից։

Ռոբերտ Բրաունը անգլիացի բուսաբան էր։ Նա մեկնել է Ավստրալիա և Թասմանիա՝ այնտեղ հավաքելով բույսերի հավաքածուներ։ Արդեն տանը՝ Անգլիայում, նա քրտնաջան աշխատել է բերված նյութի նկարագրության ու դասակարգման վրա։ Իսկ այս գիտնականը շատ բծախնդիր էր։ Մի օր բույսերի հյութի մեջ ծաղկափոշու շարժը դիտարկելիս նա նկատեց՝ մանր մասնիկները անընդհատ զիգզագի քաոսային շարժումներ են անում։ Սա գազերում և հեղուկներում փոքր տարրերի բրոունյան շարժման սահմանումն է։ Բացահայտման շնորհիվ զարմանալի բուսաբանն իր անունը գրեց ֆիզիկայի պատմության մեջ:

Բրաուն և Գուեյ

Եվրոպական գիտության մեջ ընդունված է էֆեկտը կամ երեւույթը անվանել այն հայտնաբերողի անունով։ Բայց հաճախ դա պատահական է լինում։ Բայց նա, ով նկարագրում, բացահայտում է ֆիզիկական օրենքի կարևորությունը կամ ավելի մանրամասն ուսումնասիրում է, հայտնվում է ստվերում: Դա տեղի է ունեցել ֆրանսիացի Լուի Ժորժ Գույի հետ։ Հենց նա է տվել Բրոունյան շարժման սահմանումը (7-րդ դասարանը հաստատ չի լսում այդ մասին ֆիզիկայի այս թեման ուսումնասիրելիս):

Գույի հետազոտությունը և Բրոունյան շարժման հատկությունները

Ֆրանսիացի փորձարար Լուի Ժորժ Գույը դիտարկել է տարբեր տեսակի մասնիկների շարժումը մի քանի հեղուկներում, այդ թվում՝ լուծույթներում։ Այն ժամանակվա գիտությունն արդեն կարողանում էր ճշգրիտ որոշել նյութի կտորների չափերը մինչև միկրոմետրի տասներորդական մասը։ Ուսումնասիրելով, թե ինչ է Բրաունյան շարժումը (հենց Գույը տվեց այս երևույթի սահմանումը ֆիզիկայում), գիտնականը հասկացավ. մասնիկների շարժման ինտենսիվությունը մեծանում է, եթե դրանք տեղադրվեն ավելի քիչ մածուցիկ միջավայրում: Լինելով լայն սպեկտրի փորձարար՝ նա կախոցը ենթարկել է տարբեր ուժգնության լույսի և էլեկտրամագնիսական դաշտերի ազդեցությանը։ Գիտնականը պարզել է, որ այս գործոնները ոչ մի կերպ չեն ազդում մասնիկների քաոսային զիգզագային ցատկերի վրա։ Գույը միանշանակ ցույց տվեց, թե ինչ է ապացուցում Բրոունյան շարժումը՝ հեղուկի կամ գազի մոլեկուլների ջերմային շարժումը։

Թիմ և զանգված

Հիմա եկեք ավելի մանրամասն նկարագրենք հեղուկի մեջ նյութի փոքր կտորների զիգզագ ցատկերի մեխանիզմը:

Ցանկացած նյութ բաղկացած է ատոմներից կամ մոլեկուլներից։ Աշխարհի այս տարրերը շատ փոքր են, ոչ մի օպտիկական մանրադիտակ չի կարող տեսնել դրանք: Հեղուկի մեջ նրանք անընդհատ տատանվում և շարժվում են։ Երբ որևէ տեսանելի մասնիկ մտնում է լուծույթ, նրա զանգվածը հազարավոր անգամ մեծ է մեկ ատոմից: Հեղուկի մոլեկուլների Բրոունյան շարժումը քաոսային է լինում։ Բայց, այնուամենայնիվ, բոլոր ատոմները կամ մոլեկուլները մի կոլեկտիվ են, դրանք կապված են միմյանց հետ, ինչպես մարդիկ, ովքեր իրար ձեռք են տալիս։ Ուստի երբեմն պատահում է, որ մասնիկի մի կողմում գտնվող հեղուկի ատոմներն այնպես են շարժվում, որ «սեղմում» են դրա վրա, մինչդեռ մասնիկի մյուս կողմում ստեղծվում է ավելի քիչ խիտ միջավայր։ Հետեւաբար, փոշու մասնիկը շարժվում է լուծույթի տարածության մեջ։ Այլուր, հեղուկի մոլեկուլների հավաքական շարժումը պատահականորեն ազդում է ավելի զանգվածային բաղադրիչի մյուս կողմի վրա: Հենց այսպես է տեղի ունենում մասնիկների բրոունյան շարժումը։

Ժամանակը և Էյնշտեյնը

Եթե ​​նյութը ունի ոչ զրոյական ջերմաստիճան, ապա նրա ատոմները ենթարկվում են ջերմային թրթռումների։ Հետևաբար, նույնիսկ շատ սառը կամ գերսառեցված հեղուկի մեջ Բրաունյան շարժում գոյություն ունի: Փոքր կասեցված մասնիկների այս քաոսային թռիչքները երբեք չեն դադարում:

Ալբերտ Էյնշտեյնը թերեւս քսաներորդ դարի ամենահայտնի գիտնականն է: Յուրաքանչյուր ոք, ով գոնե ինչ-որ չափով հետաքրքրված է ֆիզիկայով, գիտի E = mc 2 բանաձևը: Շատերը կարող են հիշել նաև ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը, որի համար նրան Նոբելյան մրցանակ են տվել, և հարաբերականության հատուկ տեսությունը։ Սակայն քչերը գիտեն, որ Էյնշտեյնը մշակել է Բրոունյան շարժման բանաձեւը։

Հիմնվելով մոլեկուլային կինետիկ տեսության վրա՝ գիտնականը հանգեցրել է հեղուկի մեջ կասեցված մասնիկների դիֆուզիայի գործակիցը։ Եվ դա տեղի ունեցավ 1905 թ. Բանաձևն այսպիսի տեսք ունի.

D = (R * T) / (6 * N A * a * π * ξ),

որտեղ D-ը ցանկալի գործակիցն է, R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է, T-ը բացարձակ ջերմաստիճանն է (արտահայտված Կելվինում), N A-ն Ավոգադրոյի հաստատունն է (համապատասխանում է նյութի մեկ մոլին կամ մոտավորապես 1023 մոլեկուլին), a-ն մոտավոր միջինն է։ մասնիկների շառավիղը, ξ-ը հեղուկի կամ լուծույթի դինամիկ մածուցիկությունն է։

Եվ արդեն 1908 թվականին ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ժան Պերինը և նրա ուսանողները փորձարարական կերպով ապացուցեցին Էյնշտեյնի հաշվարկների ճիշտությունը:

Մեկ մասնիկ մարտիկի դաշտում

Վերևում մենք նկարագրեցինք շրջակա միջավայրի հավաքական ազդեցությունը շատ մասնիկների վրա: Բայց հեղուկի մեջ նույնիսկ մեկ օտար տարր կարող է առաջացնել որոշ օրինաչափություններ և կախվածություններ: Օրինակ, եթե երկար ժամանակ դիտում եք Բրոունյան մասնիկը, կարող եք գրանցել նրա բոլոր շարժումները։ Եվ այս քաոսից դուրս կգա ներդաշնակ համակարգ։ Բրոունյան մասնիկի միջին շարժումը ցանկացած ուղղությամբ համաչափ է ժամանակին:

Հեղուկի մեջ մասնիկի վրա փորձերի ժամանակ զտվել են հետևյալ քանակությունները.

• Բոլցմանի հաստատունը;
• Ավոգադրոյի համարը.

Բացի գծային շարժումից, բնորոշ է նաև քաոսային պտույտը։ Իսկ միջին անկյունային տեղաշարժը նույնպես համաչափ է դիտարկման ժամանակին։

Չափերը և ձևերը

Նման պատճառաբանությունից հետո կարող է տրամաբանական հարց առաջանալ՝ ինչո՞ւ այդ ազդեցությունը չի նկատվում խոշոր մարմինների համար։ Որովհետև, երբ հեղուկի մեջ ընկղմված առարկայի ծավալը մեծ է որոշակի արժեքից, ապա մոլեկուլների այս բոլոր պատահական կոլեկտիվ «հրումները» վերածվում են մշտական ​​ճնշման, քանի որ դրանք միջինացված են: Իսկ զորավար Արքիմեդն արդեն գործում է մարմնի վրա։ Այսպիսով, երկաթի մի մեծ կտոր խորտակվում է, և մետաղի փոշին լողում է ջրի մեջ։

Մասնիկների չափերը, որոնց օրինակով բացահայտվում է հեղուկի մոլեկուլների տատանումը, չպետք է գերազանցի 5 միկրոմետրը։ Ինչ վերաբերում է խոշոր օբյեկտներին, ապա այս ազդեցությունը նկատելի չի լինի։

Իր կյանքի ընթացքում շոտլանդացի բուսաբան Ռոբերտ Բրաունը, որպես բույսերի լավագույն մասնագետ, ստացել է «Բուսաբանների արքայազն» կոչումը։ Նա շատ հրաշալի բացահայտումներ արեց։ 1805 թվականին Ավստրալիա չորս տարվա արշավանքից հետո նա Անգլիա բերեց գիտնականներին անհայտ ավստրալական բույսերի մոտ 4000 տեսակ և երկար տարիներ անցկացրեց դրանք ուսումնասիրելու վրա։ Նկարագրված է Ինդոնեզիայից և Կենտրոնական Աֆրիկայից բերված բույսերը։ Նա ուսումնասիրել է բույսերի ֆիզիոլոգիան և առաջին անգամ մանրամասն նկարագրել բույսերի բջջի միջուկը։ Սակայն գիտնականի անունը այժմ լայնորեն հայտնի է ոչ այս աշխատանքների պատճառով։

1827 թվականին Բրաունը հետազոտություն է անցկացրել բույսերի ծաղկափոշու վերաբերյալ։ Նրան մասնավորապես հետաքրքրում էր, թե ինչպես է ծաղկափոշին մասնակցում բեղմնավորման գործընթացին։ Մի անգամ, մանրադիտակի տակ, նա հետազոտեց հյուսիսամերիկյան Clarkia pulchella բույսի ծաղկափոշու բջիջներից ջրի մեջ կախված ձգված ցիտոպլազմային հատիկներ: Հանկարծ Բրաունը տեսավ, որ ամենափոքր պինդ հատիկները, որոնք հազիվ էին երևում մի կաթիլ ջրի մեջ, անընդհատ դողում էին և տեղից տեղ շարժվում։ Նա պարզել է, որ այդ շարժումները, իր խոսքերով, «կապված չեն ոչ հեղուկի հոսքերի, ոչ էլ դրա աստիճանական գոլորշիացման հետ, այլ բնորոշ են հենց մասնիկներին»։

Բրաունի դիտարկումը հաստատել են այլ գիտնականներ։ Ամենափոքր մասնիկները իրենց պահում էին այնպես, ասես կենդանի են, և մասնիկների «պարը» արագանում էր ջերմաստիճանի բարձրացման և մասնիկների չափի նվազման հետ և ակնհայտորեն դանդաղում էր, երբ ջուրը փոխարինում էին ավելի մածուցիկ միջավայրով: Այս զարմանահրաշ երևույթը երբեք չի դադարել. այն կարելի է դիտարկել այնքան ժամանակ, որքան ցանկանաք: Սկզբում Բրաունը նույնիսկ կարծում էր, որ կենդանի էակները իրականում ընկել են մանրադիտակի դաշտը, մանավանդ, որ ծաղկափոշին բույսերի տղամարդու վերարտադրողական բջիջներն են, բայց կային նաև մեռած բույսերի մասնիկներ, նույնիսկ հարյուր տարի առաջ հերբարիումներում չորացածներից: Այնուհետև Բրաունը հետաքրքրվեց, թե արդյոք սրանք այն «կենդանի էակների տարրական մոլեկուլներն են», որոնց մասին խոսել է հայտնի ֆրանսիացի բնագետ Ժորժ Բուֆոնը (1707-1788), 36 հատորանոց «Բնական պատմություն» աշխատության հեղինակը: Այս ենթադրությունն անհետացավ, երբ Բրաունը սկսեց զննել ակնհայտորեն անշունչ առարկաները. սկզբում դա ածուխի շատ փոքր մասնիկներ էր, ինչպես նաև լոնդոնյան օդի մուր և փոշի, հետո մանր աղացած անօրգանական նյութեր՝ ապակի, բազմաթիվ տարբեր հանքանյութեր: «Ակտիվ մոլեկուլները» ամենուր էին. «Յուրաքանչյուր միներալում,- գրել է Բրաունը,- որը ինձ հաջողվել է փոշու վերածել այն աստիճան, որ այն կարող էր որոշ ժամանակ կախված լինել ջրի մեջ, ես գտա, մեծ կամ փոքր քանակությամբ, այս մոլեկուլները»:

Մոտ 30 տարի Բրաունի հայտնագործությունը չի գրավել ֆիզիկոսների հետաքրքրությունը։ Նոր երևույթին առանձնապես կարևորություն չտրվեց, հաշվի առնելով, որ այն բացատրվում էր պատրաստուկի կամ փոշու մասնիկների շարժման նման դողով, որը դիտվում է մթնոլորտում, երբ նրանց վրա լույսի ճառագայթ է ընկնում, և որը, ինչպես հայտնի էր. , առաջանում է օդի շարժումից։ Բայց եթե Բրոունյան մասնիկների շարժումները առաջանում էին հեղուկում որևէ հոսքի հետևանքով, ապա այդպիսի հարևան մասնիկները կշարժվեին համահունչ, ինչը հակասում է դիտողական տվյալներին:

Բրոունյան շարժման (ինչպես կոչվում էր այս երևույթը) անտեսանելի մոլեկուլների շարժման բացատրությունը տրվեց միայն 19-րդ դարի վերջին քառորդում, բայց անմիջապես չընդունվեց բոլոր գիտնականների կողմից։ 1863 թվականին Կարլսրուեից (Գերմանիա) նկարագրական երկրաչափության ուսուցիչ Լյուդվիգ Քրիստիան Վիները (1826-1896) ենթադրեց, որ այդ երեւույթը կապված է անտեսանելի ատոմների տատանողական շարժումների հետ։ Կարեւոր է, որ Վիները հնարավորություն տեսավ օգտագործելու այս երեւույթը նյութի կառուցվածքի գաղտնիքները թափանցելու համար։ Նա առաջինն էր, ով փորձեց չափել Բրոունյան մասնիկների շարժման արագությունը և դրանց չափից կախվածությունը։ Բայց Վիների եզրակացությունները բարդացան նյութի ատոմներից բացի «եթերի ատոմների» հայեցակարգի ներդրմամբ։ 1876 ​​թվականին Ուիլյամ Ռամզեյը և 1877 թվականին բելգիացի ճիզվիտ քահանաներ Կարբոնելը, Դելսոն և Տիրիոնը և վերջապես 1888 թվականին Գայը հստակ ցույց տվեցին Բրաունյան շարժման ջերմային բնույթը [5]։

«Մեծ տարածքի վրա, - գրում են Դելսոն և Կարբոնելը, - մոլեկուլների ազդեցությունը, որոնք հանդիսանում են ճնշման պատճառ, չեն առաջացնում կախովի մարմնի որևէ ցնցում, քանի որ դրանք միասին ստեղծում են մարմնի վրա միատեսակ ճնշում բոլոր ուղղություններով: . Բայց եթե տարածքը բավարար չէ անհավասարությունը փոխհատուցելու համար, ապա անհրաժեշտ է հաշվի առնել ճնշումների անհավասարությունը և դրանց շարունակական փոփոխությունը կետից կետ։ Մեծ թվերի օրենքը այլևս չի նվազեցնում բախումների ազդեցությունը մինչև միջին միատեսակ ճնշում, դրանց արդյունքն այլևս հավասար չի լինի զրոյի, այլ շարունակաբար կփոխի իր ուղղությունն ու մեծությունը»:

Եթե ​​ընդունենք այս բացատրությունը, ապա հեղուկների ջերմային շարժման երևույթը, որը ենթադրում է կինետիկ տեսությունը, կարելի է ասել, որ ապացուցված է ad oculos (տեսողական): Ինչպես հնարավոր է, առանց ծովում հեռավոր ալիքները տարբերելու, հորիզոնում նավակի ճոճումը բացատրել ալիքներով, նույն կերպ, առանց մոլեկուլների շարժումը տեսնելու, դրա մասին կարելի է դատել կախված մասնիկների շարժումով։ հեղուկի մեջ։

Բրոունյան շարժման այս բացատրությունը նշանակալի է ոչ միայն որպես կինետիկ տեսության հաստատում, այլև բերում է տեսական կարևոր հետևանքներ։ Ըստ էներգիայի պահպանման օրենքի՝ կասեցված մասնիկի արագության փոփոխությունը պետք է ուղեկցվի այս մասնիկի անմիջական մերձակայքում ջերմաստիճանի փոփոխությամբ. մասնիկն ավելանում է. Այսպիսով, հեղուկի ջերմային հավասարակշռությունը վիճակագրական հավասարակշռություն է:

Նույնիսկ ավելի նշանակալից դիտարկումը արվել է 1888 թվականին Գայի կողմից. Բրաունյան շարժումը, խստորեն ասած, չի ենթարկվում թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքին։ Իրականում, երբ կախված մասնիկը ինքնաբերաբար բարձրանում է հեղուկի մեջ, նրա միջավայրի ջերմության մի մասն ինքնաբերաբար վերածվում է մեխանիկական աշխատանքի, ինչն արգելված է թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքով։ Դիտարկումները, սակայն, ցույց են տվել, որ մասնիկի բարձրացումը տեղի է ունենում ավելի հազվադեպ, այնքան ավելի ծանր է մասնիկը: Նորմալ չափի նյութի մասնիկների համար նման բարձրացման հավանականությունը գործնականում զրոյական է։

Այսպիսով, թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը դառնում է ոչ թե անհրաժեշտության, այլ հավանականության օրենք: Նախկին ոչ մի փորձ չի հաստատել այս վիճակագրական մեկնաբանությունը: Բավական էր հերքել մոլեկուլների գոյությունը, ինչպես դա արվեց, օրինակ, էներգետիկայի դպրոցի կողմից, որը ծաղկում էր Մաչի և Օստվալդի ղեկավարությամբ, որպեսզի թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը դառնա անհրաժեշտության օրենք։ Բայց Բրաունյան շարժման հայտնաբերումից հետո երկրորդ օրենքի խիստ մեկնաբանությունն անհնարին դարձավ. գոյություն ուներ իրական փորձ, որը ցույց էր տալիս, որ թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը բնության մեջ մշտապես խախտվում է, որ երկրորդ տեսակի հավերժ շարժման մեքենան ոչ միայն չի բացառվում։ , բայց անընդհատ իրականանում է հենց մեր աչքի առաջ։

Հետևաբար, անցյալ դարի վերջում Բրոունյան շարժման ուսումնասիրությունը հսկայական տեսական նշանակություն ստացավ և գրավեց բազմաթիվ տեսական ֆիզիկոսների և մասնավորապես Էյնշտեյնի ուշադրությունը։

Անուղղակի ապացույցներից մեկն այն է, որ բոլոր նյութերը բաղկացած են պատահական շարժվող ատոմներից և մոլեկուլներից Բրաունյան շարժում.

Սա հեղուկի կամ գազի մեջ կասեցված մասնիկների շարունակական քաոսային շարժումն է:

Այս շարժման պատճառը մասնիկի հետ մոլեկուլների բախումն է, որոնք միմյանց չեն փոխհատուցում։

Եթե ​​շշի ապակու միջով նայեք լույսին, կարող եք տեսնել, թե ինչպես են փոշու մասնիկները քաոսային շարժումներ անում օդում:

Ռոբերտ Բրաունի դիտարկումները

1827 թվականին շոտլանդացի բուսաբան Ռոբերտ Բրաունն իր դիտարկումները հայտնեց գիտական ​​հանրությանը։ Նա ջրի մեջ ավելացրեց ծաղկափոշու մանր հատիկներ, լուսավորեց դրանք ինտենսիվ լույսով և դիտեց դրանք մանրադիտակի տակ։

Բրաունը ջրի մեջ հայտնաբերեց այս մասնիկների ուժեղ, շարունակական և զիգզագ շարժումը, թեև հեղուկի մակերեսը լիովին անշարժ էր։

Այն ժամանակ նա չկարողացավ բացատրել, թե ինչն է դարձել այս շարժման աղբյուրը։ Երևույթի պատճառ են դարձել ջրի ներսում ջերմաստիճանի տարբերությունը և սեղանի ցնցումը, որի վրա իրականացվել է փորձը։

Մինչև դարի վերջը գիտնականները թերահավատորեն էին վերաբերվում Բրոունյան շարժմանը։ Միայն քչերն էին դա համարում նյութի կառուցվածքի մոլեկուլային կինետիկ տեսության հաստատում։

Այլ ֆիզիկոսներ պնդում էին, որ ատոմներն ու մոլեկուլները իրականում գոյություն չունեն որպես իրական առարկաներ, այլ մաթեմատիկական հասկացություններ են, որոնք օգտակար են քիմիական ռեակցիաների արդյունքները հաշվարկելու համար։

Էյնշտեյնի տեսությունը և Պերինի փորձը

1905 թվականին Ալբերտ Էյնշտեյնը, անտեղյակ Բրաունի դիտարկումներից, հրապարակեց մի հոդված, որտեղ մաթեմատիկական հաշվարկներով նա պատճառաբանեց, որ եթե նյութի փոքր մասնիկը տեղադրվի ջրի մեջ, այն կսկսի շարժվել տարբեր ուղղություններով։ Մասնիկի շարժումը կլինի ջրի մոլեկուլներով բոլոր կողմերից ռմբակոծության արդյունք։ Ժամանակի որոշակի կետում ջրի մոլեկուլներն ավելի շատ են հարվածում մասնիկին մի կողմից, քան մյուս կողմից, ինչի հետևանքով շարժման պատահական թվացող օրինաչափություն է առաջանում: Էյնշտեյնի աշխատանքը դարձավ մոլեկուլների և ատոմների գոյության առաջին տեսական փաստարկը։

1909 թվականին ֆրանսիացի գիտնական Ժան Բատիստ Պերինի փորձը հաստատեց Էյնշտեյնի բանաձևը, որը հրապարակվել է 1905 թվականին և օգնեց ապացուցել ատոմների և մոլեկուլների գոյությունը։ Այս ապացույցը նրան բերեց ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակ 1926 թվականին։

Համաձայն Էյնշտեյնի հավասարումների, որոնք վիճակագրորեն նկարագրում են Բրոունյան շարժումը, ջրի մեջ կասեցված որոշ մասնիկներ պետք է շարժվեն ձգողության գործող ուժի հակառակ ուղղությամբ։ Քանի որ ջրի մոլեկուլները նրանց թափ են հաղորդում և փոխում շարժման ուղղությունը։

Պերինը սկսեց իր բուռն դիտարկումները լնդերի էքստրակտի մասնիկների վարքագծի վերաբերյալ 1908 թվականին՝ որոշելու ջրի մոլեկուլների մոտավոր չափը:

Նա մի քանի ամիս անցկացրել է մեկուսացման մեջ՝ դիտելով 0,1 գրամ քաշով գումմիգուտի կտորներ։ Ըստ Էյնշտեյնի մոլեկուլային տեսության՝ ոչ բոլոր մասնիկները կսուզվեն կախոցի հատակը։ Ժան Պերինը հաշվել է մասնիկների քանակը տարբեր խորություններում 0,12 մմ խորությամբ հեղուկի մեկ կաթիլում: Մասնիկների կոնցենտրացիան բարձրության հետ երկրաչափորեն նվազում էր՝ համաձայն Էյնշտեյնի տեսության մաթեմատիկական կանխատեսումների։

Էյնշտեյնը Ավոգադրոյի թվի (6.023 * 10 23) հասկացությունը կապում է Բրոունյան շարժման հետ։ Այս արժեքը Փերինը ստացել է լաբորատորիայում ստացված տվյալների հիման վրա հաշվարկներ կատարելով:

Իր Նոբելյան ելույթի ժամանակ նա ասաց. «Եթե մոլեկուլներն ու ատոմներն իսկապես գոյություն ունեն, նրանց հարաբերական կշիռները մեզ հայտնի են։ Երբ մենք իմանանք Ավոգադրոյի թիվը, մենք կարող ենք իմանալ նրանց բացարձակ քաշը»: