Բրոունյան շարժում

Բրոունյան շարժում, հեղուկում կամ գազում՝ պինդ նյութի մանր մասնիկների անկանոն շարժում՝ գազի կամ հեղուկի մասնիկների ջերմային շարժման պատճառով։ Բրոունյան շարժումը երբեք չի դադարում։ Բրոունյան շարժումը կապված է ջերմային շարժման հետ, բայց նրանք տարբեր հասկացություններ են։ Բրոունյան շարժումը ջերմային շարժման գոյության հետևանքն ու ապացույցն է։

Բրոունյան շարժումը, ատոմների և մոլեկուլների քաոսային ջերմային շարժման մասին մոլեկուլյար֊կինետիկ տեսության պատկերացումների տեսանելի և փորձարարական ապացույցն է։ Եթե դիտարկման ժամանակահատվածը բավականին մեծ է, որպեսզի ուժերը, որոնք ազդում են մասնիկի վրա՝ միջավայրի մոլեկուլների կողմից, մի քանի անգամ փոխեն իրենց ուղղությունը, ապա նրա՝ դեպի ինչ֊որ առանցքի շեղման պրոեկցիայի միջին քառակուսին ուղիղ համեմատական է ժամանակին։

Էյնշտեյնի օրենքի դուրս բերման ժամանակ ենթադրվում է, որ մասնիկի՝ ցանկացած ուղղությամբ շեղումները հավասարահավանական են և որ կարելի է անտեսել բրոունյան մասնիկի իներցիան համեմատած՝ շփման ուժերի հետ (դա թույլատրելի է միայն բավականին մեծ ժամանակահատվածների համար)։ D գործակցի բանաձևը հիմնված է Ստոքսի օրենքի վրա՝ մածուցիկ հեղուկում՝ A շառավղով գնդի շարժման հիդրոդինամիկական դիմադրության համար։ Առնչությունները A-ի և D-ի համար փորձարարական ճանապարհով հաստատվել են Ժ․ Պարենի (J. Perrin) և Տ․ Սվեդբերգի (T. Svedberg) չափումներով։ Այդ չափումներից փորձարարական ճանապարհով որոշվել է Բոլցմանի հաստատունը k և Ավոգադրոյի հաստատունը NA։ Բացի համընթաց բրոունյան շարժումից կա նաև պտտական բրոունյան շարժում՝ բրոունյան մասնիկի անկանոն պտույտ՝ միջավայրի մոլեկուլների հարվածների ազդեցությամբ։ Պտտական բրոունյան շարժման համար մասնիկի միջին քառակուսային անկյունային շեղումը ուղիղ համեմատական է դիտարկման ժամանակին։ Այդ գործակիցները հաստատվել են նաև Պերենի փորձերով, չնայած այդ էֆեկտը ավելի դժվար է դիտել, քան համընթաց բրոունյան շարժումը։

Երևույթի էություն 
Բրոունյան շարժումը տեղի է ունենում այն պատճառով, որ բոլոր հեղուկները և գազերը կազմված են ատոմներից և մոլեկուլներից՝ փոքր մասնիկներից, որոնք մշտական քաոսային ջերմային շարժման մեջ են, և այդ պատճառով տարբեր կողմերից անընդմեջ հրում են բրոունյան մասնիկին։ Պարզվել է, որ մեծ մասնիկները՝ 5 միկրոմետր և ավելի, բրոունյան շարժմանը չեն մասնակցում (նրանք անշարժ են կամ էլ նստվածք են տալիս), ավելի փոքր մասնիկները (3 միկրոմետր և փոքր) համընթաց շարժում են կատարում բավականին բարդ հետագծերով կամ էլ պտտվում են։

Երբ միջավայրում ընկղմված է մեծ մարմին, ապա հսկայական քանակությամբ հրումների ուժը միավորվում են և մշտական ճնշում են ստեղծում։ Եթե մեծ մարմինը շրջապատված է միջավայրում բոլոր կողմերից, ապա ճնշումը գրեթե հավասարակշռվում է, մնում է միայն Արքիմեդի ուժը, այդպիսի մարմինը կամ արտամղվում է վեր կամ էլ սուզվում է։ Իսկ եթե այնքան փոքր է, ինչքան բրոունյան մասնիկը, ապա ի հայտ են գալիս ճնշման ֆլուկտուացիաները, որոնք ստեղծում են զգալի և պատահաբար փոփոխվող ուժ, որը հանգեցնում է մասնիկի տատանումներին։ Բրոունյան մասնիկները սովորաբար դուրս չեն մղվում և չեն սուզվում, այլ մնում են միջավայրում՝ հավասարակշռված վիճակում։

Հայտնագործում 

1827 թվականին Ռոբերտ Բրոունը հայտնագործեց ծաղկափոշիների շարժումը հեղուկում (որը հետագայում անվանվեց իր անունով)։ Մանրադիտակով ուսումնասիրելով ծաղկափոշին, նա հայտնաբերեց, որ բուսական հյութում լողացող ծաղկափոշիները քաոսային և զիգզագաձև շարժում են կատարում։

Բրոունյան շարժման ավելի ճշգրիտ փորձեր է իրականացրել ֆրանսիացի ֆիզիկոս Լուի Ժորժ Գուին։ Նա հայտնաբերեց, որ բրոունյան շարժման ուժգնությունը աճում է հեղուկի ներքին շփմանը զուգընթաց, և կապված չէ լուսավորության ուժգնությունից և արտաքին մագնիսական դաշտից։ Նա նաև հանգեց այն եզրակացությանը, որ բրոունյան շարժումը տեղի է ունենում մոլեկուլների ջերմային շարժման ազդեցությամբ։ Լ․ Ժ․ Գուին գնահատեց բրոունյան մասնիկների արագությունը, որը հավասար էր, մոտավորապես, մեկ հարյուրմիլիոներրորդական մոլեկուլային արագության։

Բրոունյան շարժման տեսություն

Դասական տեսություն 
1905թ. Ալբերտ Էյնշտեյնի կողմից ստեղծվեց մոլելուլային-կինետիկական տեսություն՝ բրոունյան շարժման քանակական բնութագրման համար։ Մասնավորապես, նա դուրս բերեց բրոունյան գնդաձև մասնիկների դիֆուզիայի գործակցի բանաձևը։

որտեղ -ն դիֆուզիայի գործակիցն է, -ը գազային հաստատունն է, -ն բացարձակ ջերմաստիճանն է, -ը ավոադրոյի հաստատունն է, -ն մասնիկների շառավիղն է, -ն դինամիկ մածուցիկությունը։

Փորձարարական հաստատում 
Էյնշտեյնի բանաձևը հաստատվել է Ժան Փերենի և նրա ուսանողների փորձերում 1908-1909թթ. Որպես բրոունյան մասնիկներ նրանք օգտագործում էին պիստակենու ծառի խեժ և դենղախեժ՝ Գարցինիա տեսակի ծառի թանձր կաթնային հյութ։ Բանաձևի ճծմարտացիությունը ստուգվել է տարբեր չափսերի մասնիկների (0,212 մկմ-ից մինչև 5,5 մկմ), տարբեր լուծույթների (շաքարի լուծույթ, գլիցերին) դեպքում։

Բրոունյան շարժումը որպես ոչ մարկովյան գործընթաց 
Վերջն հարյուրամյակում մշակված բրունյան շարժման տեսությունը մոտավոր է։ Եվ չնայած գործնականում կարևոր բոլոր իրավիճակներում ներկայիս տեսությունը գոհացուցիչ արդյունքներ է տալիս։ Որոշ դեպքերում այն կարող է ճշգրտություն պահանջել։

Արտաքին հղումներ 
 Ֆիզիկայի ֆեյնմանյան դասախոսություններ․ Բրոունյան շարժում

Ֆիզիկա
Թերմոդինամիկա
Մոլեկուլային ֆիզիկա