Brownovo gibanje je naključno gibanje delcev v tekočini zaradi njihovih trkov z drugimi atomi ali molekulami. Brownovo gibanje je znano tudi kot pedesis, ki izvira iz grške besede za »skok«. Čeprav je lahko delec velik v primerjavi z velikostjo atomov in molekul v okoliškem mediju, ga lahko udarci premaknejo s številnimi drobnimi, hitro premikajočimi se maše. Brownovo gibanje lahko štejemo za makroskopsko (vidno) sliko delca, na katero vplivajo številni mikroskopski naključni učinki.
Brownovo gibanje je ime dobilo po škotskem botaniku Robertu Brownu, ki je opazoval, da se cvetni prah naključno premikajo po vodi. Gibanje je opisal leta 1827, vendar ga ni znal pojasniti. Medtem ko pedesis svoje ime dobiva od Brown, ni bil prva oseba, ki ga je opisal. Rimski pesnik Lucretius opisuje gibanje prašnih delcev okoli leta 60 pred našim štetjem, ki jih je uporabil kot dokaz o atomih.
Prometni pojav je ostal nepojasnjen do leta 1905, ko Albert Einstein objavil članek, v katerem je razložil, da cvetni prah premikajo molekule vode v tekočini. Tako kot pri Lucreciju je tudi Einsteinova razlaga služila kot posredni dokaz obstoja atomov in molekul. Na prelomu 20. stoletja je bil obstoj tako drobnih enot materije le teorija. Leta 1908 je Jean Perrin eksperimentalno preveril Einsteinovo hipotezo, ki si je Perrin prislužila Nobelovo nagrado za fiziko iz leta 1926 "za svoje delo na prekinitveni strukturi snovi".
Matematični opis Brownovega gibanja je sorazmerno preprost izračun verjetnosti, ki ni pomemben samo za fiziko in kemijo, ampak tudi za opis drugih statističnih pojavov. Prvi, ki je za Brownovo gibanje predlagal matematični model, je bil Thorvald N. Thiele v prispevku o metoda najmanjših kvadratov ki je bila objavljena leta 1880. Sodoben model je postopek Wiener, imenovan v čast Norberta Wienerja, ki je opisal funkcijo stohastičnega procesa z neprekinjenim časom. Brownovo gibanje velja za Gaussov proces in Markov proces z neprekinjeno potjo, ki se pojavlja v neprekinjenem času.
Kaj je Brownovo gibanje?
Ker so premiki atomov in molekul v tekočini in plinu naključni, se bodo sčasoma večji delci enakomerno razpršili po nosilcu. Če obstajata dve sosednji regiji snovi in območje A vsebuje dvakrat več delcev kot območje B, je verjetnost, da delček zapusti območje A, da vstopi v območje B, je dvakrat večja od verjetnosti, da bo delček zapustil območje B, da vstopi A. Difuzija, gibanje delcev iz območja z višjo v nižjo koncentracijo lahko štejemo za makroskopski primer Brownovega gibanja.
Vsak dejavnik, ki vpliva na gibanje delcev v tekočini, vpliva na hitrost Brownovega gibanja. Na primer, povišana temperatura, povečano število delcev, majhna velikost delcev in nizka viskoznost povečati hitrost gibanja.
Primeri Brownovega gibanja
Večina primerov Brownovega gibanja so transportni procesi, na katere vplivajo večji tokovi, hkrati pa kažejo tudi na pedezo.
Primeri vključujejo:
- Gibanje pelodnih zrn na mirni vodi
- Gibanje prahu v sobi (čeprav v veliki meri vplivajo zračni tokovi)
- Razprševanje onesnaževal v zraku
- Difuzija kalcija skozi kosti
- Premik "lukenj" električnega naboja v polprevodnikih
Pomen Brownovega gibanja
Začetni pomen opredelitve in opisovanja Brownovega gibanja je bil, da je podpiral sodobno atomsko teorijo.
Danes se matematični modeli, ki opisujejo Brownovo gibanje, uporabljajo v matematiki, ekonomiji, inženirstvu, fiziki, biologiji, kemiji in številnih drugih disciplinah.
Brownian Motion Versus Mobility
Težko je razlikovati med gibanjem zaradi Brownovega gibanja in gibanjem zaradi drugih učinkov. V biologijana primer, opazovalec mora biti sposoben povedati, ali se osebek premika, ker je gibljiv (ki se lahko giblje samostojno, morda zaradi cilia ali flagella) ali zato, ker je podvržen Brownianu gibanje. Običajno je mogoče razlikovati med procesi, ker se Brownovo gibanje zdi sunkovito, naključno ali kot vibracija. Prava gibljivost se pogosto pojavlja kot pot, sicer pa se gibanje zvija ali vrti v določeni smeri. V mikrobiologiji lahko gibljivost potrdimo, če vzorec, ki je bil inokuliran v poltrdnem mediju, migrira stran od vbodne črte.
Vir
"Jean Baptiste Perrin - dejstva." NobelPrize.org, Nobel Media AB 2019, 6. julij 2019.