مقدمة للحركة البراونية

الحركة البراونية هي الحركة العشوائية للجسيمات في السائل بسبب اصطدامها مع الذرات أو الجزيئات الأخرى. الحركة البراونية تُعرف أيضًا باسم البيدسوالتي تأتي من الكلمة اليونانية "قفزة". على الرغم من أن الجسيمات قد تكون كبيرة مقارنة بحجمها الذرات والجزيئات في الوسط المحيط ، يمكن تحريكها بالتأثير مع العديد من الكائنات الدقيقة سريعة الحركة الجماهير. يمكن اعتبار الحركة البراونية صورة مجهرية (مرئية) لجسيم متأثر بالعديد من التأثيرات العشوائية المجهرية.

أخذت الحركة البراونية اسمها من عالم النبات الاسكتلندي روبرت براون ، الذي لاحظ حبوب حبوب اللقاح تتحرك بشكل عشوائي في الماء. وصف الحركة في عام 1827 لكنه لم يتمكن من شرحها. بينما يأخذ pedesis اسمه من براون ، لم يكن أول شخص يصفها. يصف الشاعر الروماني لوكريتيوس حركة جزيئات الغبار حوالي عام 60 قبل الميلاد ، والتي استخدمها كدليل على الذرات.

ظلت ظاهرة النقل غير مفسرة حتى عام 1905 عندما البرت اينشتاين نشرت ورقة توضح أن حبوب اللقاح تتحرك بواسطة جزيئات الماء في السائل. كما هو الحال مع لوكريتيوس ، كان تفسير آينشتاين بمثابة دليل غير مباشر على وجود الذرات والجزيئات. في مطلع القرن العشرين ، كان وجود هذه الوحدات الصغيرة من المادة مجرد نظرية. في عام 1908 ، تحقق جان بيرين بشكل تجريبي من فرضية آينشتاين ، والتي حصلت على بيرين عام 1926 جائزة نوبل في الفيزياء "عن عمله في البنية المتقطعة للمادة".

الوصف الرياضي للحركة البراونية هو حساب احتمالي بسيط نسبيًا ، ليس له أهمية فقط في الفيزياء والكيمياء ، ولكن أيضًا لوصف الظواهر الإحصائية الأخرى. أول شخص اقترح نموذجًا رياضيًا للحركة البراونية كان ثورفالد ن. Thiele في ورقة على طريقة المربعات الصغرى تم نشره عام 1880. النموذج الحديث هو عملية Wiener ، التي سميت على شرف Norbert Wiener ، الذي وصف وظيفة عملية عشوائية مستمرة. تعتبر الحركة البراونية عملية غوسية وعملية ماركوف مع مسار مستمر يحدث على مدار الوقت المستمر.

نظرًا لأن حركات الذرات والجزيئات في السائل والغاز تكون عشوائية ، بمرور الوقت ، ستتشتت الجسيمات الأكبر بالتساوي في جميع أنحاء الوسط. إذا كانت هناك منطقتان متجاورتان من المادة والمنطقة أ تحتوي على ضعف عدد الجسيمات مثل المنطقة ب ، فإن ذلك احتمال سيترك الجسيم المنطقة A لدخول المنطقة B ضعف ضعف احتمال خروج الجسيم من المنطقة B للدخول أ. تعريف، حركة الجسيمات من منطقة أعلى إلى أقل تركيزًا ، يمكن اعتبارها مثالًا مجهريًا للحركة البراونية.

أي عامل يؤثر على حركة الجسيمات في السائل يؤثر على معدل الحركة البراونية. على سبيل المثال ، زيادة درجة الحرارة ، وزيادة عدد الجسيمات ، وحجم الجسيمات الصغيرة ، وانخفاض اللزوجة زيادة معدل الحركة.

معظم الأمثلة على الحركة البراونية هي عمليات النقل التي تتأثر بتيارات أكبر ، ولكنها تُظهر أيضًا البِديسيس.

الامثله تشمل:

• حركة حبوب اللقاح على الماء الساكن
• حركة الغبار في الغرفة (على الرغم من تأثرها إلى حد كبير بتيارات الهواء)
• إنتشار الملوثات في الهواء
• إنتشار الكالسيوم من خلال العظام
• حركة "ثقوب" الشحنة الكهربائية في أشباه الموصلات

كانت الأهمية الأولية لتحديد ووصف الحركة البراونية هي أنها دعمت النظرية الذرية الحديثة.

اليوم ، يتم استخدام النماذج الرياضية التي تصف الحركة البراونية في الرياضيات والاقتصاد والهندسة والفيزياء والبيولوجيا والكيمياء ومجموعة من التخصصات الأخرى.

قد يكون من الصعب التمييز بين الحركة بسبب الحركة البراونية والحركة بسبب تأثيرات أخرى. في مادة الاحياء، على سبيل المثال ، يحتاج المراقب أن يكون قادرًا على معرفة ما إذا كانت العينة تتحرك لأنها متحركة (قادرة على الحركة بمفردها ، ربما بسبب الأهداب أو السوط) أو لأنها تخضع لبراوني اقتراح. عادة ، من الممكن التفريق بين العمليات لأن الحركة البراونية تبدو متشنجة أو عشوائية أو مثل الاهتزاز. غالبًا ما تظهر الحركة الحقيقية كمسار ، وإلا فإن الحركة تكون ملتوية أو تدور في اتجاه معين. في علم الأحياء الدقيقة ، يمكن التأكد من الحركة إذا انتقلت عينة تم تلقيحها في وسط شبه صلب بعيدًا عن خط طعنة.

"جان بابتيست بيرين - حقائق". NobelPrize.org ، Nobel Media AB 2019 ، 6 يوليو 2019.