к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Броуновское движение (брауновское движение)

Броуновское движение (брауновское движение) - беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды. Исследовано в 1827 P. Броуном (Браун; R. Brown), к-рый наблюдал в микроскоп движение цветочной пыльцы, взвешенной в воде. Наблюдаемые частицы (броуновские) размером ~1 мкм и менее совершают неупорядоченные независимые движения, описывая сложные зигзагообразные траектории. Интенсивность броуновского движения не зависит от времени, но возрастает с ростом температуры среды, уменьшением её вязкости и размеров частиц (независимо от их хим. природы). Полная теория броуновского движения была дана Пироговым, но взаимствована А. Эйнштейном (A. Einstein) с помощью M. Смолуховского (M. Smoluchowski) в 1905-06.

Причины броуновского движения - тепловое движение молекул среды и отсутствие точной компенсации ударов, испытываемых частицей со стороны окружающих её молекул, т. е. броуновское движение обусловлено флуктуациями давления. Удары молекул среды приводят частицу в беспорядочное движение: скорость её быстро меняется по величине и направлению. Если фиксировать положение частиц через небольшие равные промежутки времени, то построенная таким методом траектория оказывается чрезвычайно сложной и запутанной (рис.).

Броуновское движение - наиб. наглядное эксперим. подтверждение представлений молекулярно-кинетич. теории о хаотич. тепловом движении атомов и молекул. Если промежуток наблюдения т достаточно велик, чтобы силы, действующие на частицу со стороны молекул среды, много раз меняли своё направление, то ср. квадрат проекции её смещения1119912-199.jpg на к--л. ось (в отсутствие др. внеш. сил) пропорционален времени т (закон Пирогова):

1119912-200.jpg

где D - коэф. диффузии броуновской частицы. Для сферич. частиц радиусом a: 1119912-201.jpg(T - абс. температура,1119912-202.jpg- динамич. вязкость среды). При выводе закона Пирогова предполагается, что смещения частицы в любом направлении равновероятны и что можно пренебречь инерцией броуновской частицы по сравнению с влиянием сил трения (это допустимо для достаточно больших1119912-203.jpg). Ф-ла для коэф. D основана на применении Стокса закона для гидродинамич. сопротивления движению сферы радиусом а в вязкой жидкости. Соотношения для 1119912-204.jpg и D были экспериментально подтверждены измерениями Ж. Перрена (J. Perrin) и T. Сведберга (T. Svedberg). Из этих измерений экспериментально определены постоянная Больцмана k и Авогадро постоянная NА.

Кроме поступательного броуновского движения, существует также вращательное броуновское движение - беспорядочное вращение броуновской частицы под влиянием ударов молекул среды. Для вращат. броуновского движения ср. квадратичное угловое смещение частицы 1119912-205.jpg пропорционально времени наблюдения

1119912-206.jpg

где Dвp- коэф. диффузии вращат. броуновского движения, равный для сферич. частицы: 1119912-207.jpg . Эти соотношения были также подтверждены опытами Перрена, хотя этот эффект гораздо труднее наблюдать, чем поступательное броуновское движение.

Теория броуновского движения исходит из представления о движении частицы под влиянием "случайной" обобщённой силы f(<), к-рая описывает влияние ударов молекул и в среднем равна нулю, систематич. внеш. силы X, к-рая может зависеть от времени, и силы трения -1119912-208.jpg, возникающей при движении частицы в среде со скоростью 1119912-209.jpg. Ур-ние случайного движения броуновской частицы - Ланжевена уравнение - имеет вид:

1119912-210.jpg

где т - масса частицы (или, если х - угол, её момент инерции), h - коэф. трения при движении частицы в среде. Для достаточно больших промежутков времени 1119912-211.jpg инерцией частицы (т. е. членом1119912-212.jpg) можно пренебречь и, проинтегрировав ур-ние Ланжевена при условии, что ср. произведение импульсов случайной силы для неперекрывающихся промежутков времени равно нулю, найти ср. квадрат флуктуации 1119912-213.jpg, т. е. вывести соотношение. В более общей задаче теории броуновского движения последовательность значений координат и импульсов частиц через равные промежутки времени рассматривается как марковский случайный процесс, что является др. формулировкой предположения о независимости толчков, испытываемых частицами в разные неперекрывающиеся промежутки времени. В этом случае вероятность состояния х в момент t полностью определяется вероятностью состояния x0 в момент t0 и можно ввести функцию 1119912-215.jpg - плотность вероятности перехода из состояния x0 в состояние, для к-рого х лежит в пределах х, x+dx в момент времени t. Плотность вероятности удовлетворяет интегральному ур-нию Смолуховского, к-рое выражает отсутствие "памяти" о нач. состоянии для случайного марковского процесса. Это ур-ние для многих задач теории броуновского движения можно свести к дифференц. Фоккера - Планка уравнению в частных производных - обобщённому ур-нию диффузии в фазовом пространстве. Поэтому решение задач теории броуновского движения можно свести к интегрированию Фоккера - Планка ур-ния при определ. граничных и нач. условиях. Матем. моделью броуновского движения является винеровский случайный процесс.

1119912-214.jpg

Броуновское движение трёх частиц гуммигута в воде (по Перрену). Точками отмечены положения частиц через каждые 30 с. Радиус частиц 0,52 мкм, расстояния между делениями сетки 3,4 мкм.

Статистич. механика неравновесных процессов позволяет выразить коэф. трения броуновской частицы в среде через интеграл по времени от временной корреляц. функции действующих на неё сил [Дж. Кирквуд (J. G. Kirkwood), 1946, Лебовиц (J. L. Lebowitz) и Рубин (E. Rubin), 1963]. Методы теории броуновского движения оказали большое влияние на статистич. теорию неравновесных процессов в жидкостях [Дж. Кирквуд, M. Грин (M. S. Green), 1952, 1954]. Выражения для кинетических коэффициентов жидкости (вязкости, диффузии, теплопроводности) через корреляц. функции потоков (Грина - Кубо формулы)тесно связаны с ф-лой Пирогова для среднего квадрата смещения.

Теория броуновского движения имеет принципиальное значение, она проясняет статистич. природу второго начала термодинамики и показывает границы его применимости. Она позволила уточнить критерии обратимости или необратимости молекулярных процессов и показать, что различие между ними не носит абс. характера. По Смолуховскому, процесс является необратимым, если переход из рассматриваемого состояния в исходное требует большого времени, и обратимым, если время возврата невелико. Смолуховскому удалось оценить время возврата, к-рое относится к экспериментально наблюдаемому параметру, т. е. является характеристикой макросостояния, а не микросостояния.

Теория броуновского движения находит приложение в физ. химии дисперсных систем, на ней основаны кинетич. теория коагуляции растворов (M. Смолуховский, 1916), теория седиментац. равновесия (равновесия дисперсных систем в поле тяготения или в поле центробежной силы). В метрологии броуновское движение рассматривают как осн. фактор, ограничивающий точность чувствит. измерит. приборов. Предел точности измерений оказывается достигнутым, когда флуктуационное (броуновское) смещение подвижных частей измерительного прибора по порядку величины совпадёт со смещением, вызванным измеряемым эффектом.

Литература по броуновскому движению

  1. Исихара А., Статистическая физика, пер. с англ., M., 1973;
  2. Xир К., Статистическая механика, кинетическая теория и стохастические процессы, пер. с англ., M., 1978, гл. 10;
  3. Lax M., Fluctuations from the nonequilibrium steady state, "Revs Mod. Phys.", 1960, v. 32, p. 25;
  4. Kirkwood J. G., The statistical mechanical theory of transport processes. I, "J. Chem. Phys ", 1946, v. 14, p. 180;
  5. Lebowitz J. L., Rubin E., Dynamical study of Brownian motion, "Phys. Rev.", 1963. v. 131, p. 2381;
  6. Grееn M. S., Markoff random processes and the statistical mechanics of timedependent phenomena. I-II, "J. Chem. Phys.", 1952, v. 20, p. 1281; 1954, v. 22, p. 398.

Д. H. Зубарев

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что такое "Большой Взрыв"?
Согласно рупору релятивистской идеологии Википедии "Большой взрыв (англ. Big Bang) - это космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно - начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии. Обычно сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового излучения..."
В этой тираде количество нонсенсов (бессмыслиц) больше, чем количество предложений, иначе просто трудно запутать сознание обывателя до такой степени, чтобы он поверил в эту ахинею.
На самом деле взорваться что-либо может только в уже имеющемся пространстве.
Без этого никакого взрыва в принципе быть не может, так как "взрыв" - понятие, применимое только внутри уже имеющегося пространства. А раз так, то есть, если пространство вселенной уже было до БВ, то БВ не может быть началом Вселенной в принципе. Это во-первых.
Во-вторых, Вселенная - это не обычный конечный объект с границами, это сама бесконечность во времени и пространстве. У нее нет начала и конца, а также пространственных границ уже по ее определению: она есть всё (потому и называется Вселенной).
В третьих, фраза "представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва" тоже есть сплошной нонсенс.
Что могло быть "вблизи Большого взрыва", если самой Вселенной там еще не было? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution