ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Броуновское движение из "Курс коллоидной химии" 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 йтвету. 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.27] В 1828 г. ботаник Броун при наблюдении в микроскопе взвешенных в воде частиц цветочной пыльцы и спор обнаружил, что-они находятся в непрерывном беспорядочном движении, не затухающем во времени. Вначале это явление связывалось с жизненными процессами, но уже сам Броун установил, что оно свойственно любым мельчайшим частицам как органического, так и неорганического происхождения, и проявляется тем интенсивнее чем выше температура и чем меньше масса частицы и вязкость, среды. [c.27] Этому явлению долгое время не придавали особого значения, объясняя его внешними причинами дрожанием аппаратуры, конвективными тепловыми потоками в жидкости и т. п. [c.28] 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 своему направлению движение по весьма сложным траекториям (рис. III. I). Позже было обнаружено и вращател -ное 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.28] 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 dt 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.28] 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 ловые представления привели к доказательству статистического характера как теплового равновесия в системе, так и второго начала термодинамики. [c.28] Действительно, согласно первому началу термодинамики, каждое изменение скорости коллоидной частицы должно сопровождаться изменением температуры в ее окрестности. Увеличение скорости приводит к локальному охлаждению окружающих молекул и наоборот. Таким образом, термическое равновесие характеризуется локальными флуктуациями температуры. [c.28] Статистический характер второго начала отстаивали в то время Максвелл, Больцман, Гиббс, Клаузиус. Но их доказательства основывались лишь на мысленных экспериментах, исходивших из реальности существования молекул, тогда еще не доказанной. Броуновское движение является реальным опытом, который показывает, независимо от какой бы то ни было молекулярной теории, что вечный двигатель (perpetuum mobile) второго рода постоянно действует на наших глазах, хотя и не может быть практически использован. [c.29] Статистическая теория, приводящая к уравнению (III. 3), получила многочисленные и неоспоримые экспериментальные доказательства. [c.29] Из подобных фотографий можно найти точные значения Дл для любых t и проверить справедливость уравнения (П1. 3), поскольку остальные величины известны. Результаты, полученные для частиц различной природы и размеров, показали весьма близкое соответствие измеренных и вычисленных значений Дл и явились блестящим подтверждением молекулярно-кинетической теории, доказательством реальности существования молекул и статистического характера второго начала термодинамики. [c.30] Вернуться к основной статье