布朗运动之锯齿运动

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简介

简单来说，布朗运动可以定义为尘埃颗粒或微观颗粒在液体或气体（流体）中的随机运动。在显微镜下观察时，可以看到这些粒子永远不会静止。但是可以看出，这种运动是由于粒子相互碰撞而产生的。这种运动最早由罗伯特·布朗于 1827 年观察到。他用显微镜观察了悬浮在水中的花粉粒的运动。他很困惑地看到这些颗粒即使在死亡后仍在运动，因此他开始研究其他一些正在发生的现象。但后来阿尔伯特·爱因斯坦和佩林澄清了这一点，指出这种运动是由于流体分子的运动造成的。

当一个异物悬浮在流体中时，它会以随机的锯齿形运动。这是由于颗粒与流体分子碰撞造成的。

布朗运动

这种不规则的运动在所有类型的流体中都能看到，并且不受任何外部力的影响。但它归因于流体分子的热运动。分子运动的速度与温度的平方成正比。布朗运动的一般特征是

• 粒子的运动没有特定的方向，它是随机的。

• 这种运动取决于流体的粘度；粘度越小，粒子的速度就越高。

• 所有粒子都表现出不同的运动。

• 这种运动随着温度的升高而增加。

什么是化学中的布朗运动？

化学中的布朗运动可以定义为悬浮在粘性溶液中的粒子的不规则、永久和随机运动。这种运动是由于悬浮颗粒与周围流体颗粒的碰撞引起的。它取决于温度、粘度和颗粒大小等多种因素，但不受外部因素的影响。

布朗运动在化学中有很多应用。

• 确定阿伏伽德罗常数 - 要确定阿伏伽德罗常数，我们必须测量布朗粒子的均方根位移。因此，我们可以说阿伏伽德罗常数的值是基于粒子的布朗运动。

• 扩散 - 颗粒从低浓度到高浓度的运动是由于颗粒的布朗运动。因此，布朗运动是扩散过程的原因。

胶体中的布朗运动

胶体是悬浮在另一种颗粒中的较大颗粒的异质混合物。胶体颗粒的大小范围为 1-1000 纳米。主要有四种类型的胶体颗粒，

• 溶胶 - 固体颗粒在液体中的悬浮。

• 乳液 - 液体在液体中的悬浮。

• 气溶胶 - 液体或固体在空气中的悬浮。

• 泡沫 - 气体颗粒在固体或液体中的悬浮。

当在显微镜下观察胶体溶液时，可以看到胶体颗粒处于不规则运动状态。较大的颗粒由于布朗运动而保持悬浮在混合物中。混合物中较小的颗粒与较大的颗粒碰撞，因此颗粒不会因重力而沉降。

布朗运动不依赖于胶体混合物的性质，而依赖于混合物的粘度和悬浮在胶体中的颗粒的大小。粘性较小的溶液与布朗运动成正比。并且它与颗粒的大小成反比。

布朗运动的原因

布朗运动的主要原因是流体中粒子的碰撞。它受所有影响粒子运动的因素的影响。

• 温度 - 温度在决定粒子速度方面起着至关重要的作用。温度越高，悬浮在流体中的粒子速度就越高。

• 尺寸 - 尺寸较小的粒子表现出非常高的布朗运动。这是因为动量与质量成反比，因此碰撞速度会增加。

• 粘度 - 粘性介质对粒子施加更大的摩擦力，从而降低粒子的运动。因此，粘度与布朗运动成反比。

• 颗粒数量增加 - 颗粒数量的增加增加了碰撞频率，这增加了布朗运动。

布朗运动的影响

• 布朗运动的主要影响是它不允许悬浮颗粒由于重力的作用而沉降；这使胶体溶液具有稳定性。

• 借助这种运动，我们可以将均相溶液与胶体溶液分离。均相溶液表现出均匀的轰击，但胶体颗粒表现出不均匀的轰击，从而表现出随机运动。

结论

粒子的随机和锯齿形运动称为布朗运动。流体分子的碰撞导致这种运动与悬浮颗粒发生。它主要不受外部因素的影响，但温度、粘度和尺寸等因素在决定这种运动方面起着至关重要的作用。这种运动在胶体溶液中可见，其中颗粒的大小范围为 1-1000 纳米。在胶体溶液中，颗粒之间的轰击是随机且不均匀的，因此它可以防止颗粒沉降。

布朗运动被认为是气体动理论和原子论的基础，因为这两种理论都依赖于粒子的运动。我们肉眼可见的这种运动的常见例子有污染物在空气中的扩散、花粉粒在静水中运动、灰尘颗粒在黑暗房间中的运动等。

常见问题

1. 举一个人体中布朗运动的例子。

骨骼对钙的吸收是人体中布朗运动的最佳例子。钙通过扩散过程被人体骨骼吸收。

2. 在固体中是否观察到布朗运动？

在固体中没有观察到这种运动。这是因为布朗运动需要粒子的随机运动，但在固体的情况下，粒子紧密堆积，因此粒子的运动表现出来。

3. 流体中存在的粒子数量如何影响布朗运动？

如果粒子数量增加，轰击频率就会增加，从而增加布朗运动。

4. 为什么布朗运动不会发生在较大的颗粒中？

在较大的颗粒中没有观察到布朗运动，因为这些颗粒具有较大的质量，并且碰撞可能没有足够的能量来移动这些颗粒。此外，由于重力的作用，这些颗粒很容易沉降。

5. 布朗运动如何依赖于温度？

随着温度的升高，布朗运动也会增加。这是因为随着温度的升高，粒子将获得更高的动能，这将导致布朗运动增强。