Pruunide liikumine on osakeste juhuslik liikumine vedelikus nende kokkupõrke tõttu teiste aatomite või molekulidega. Browniani liikumist tuntakse ka kui pedesis, mis pärineb kreekakeelsest sõnast "hüpe". Vaatamata sellele, et osake võib olla suurusega võrreldes Aatomite ja molekulide sisaldus ümbritsevas keskkonnas, seda saab löögi abil liigutada paljude pisikeste, kiiresti liikuvate vahenditega massid. Browniani liikumist võib pidada osakese makroskoopiliseks (nähtavaks) pildiks, mida mõjutavad paljud mikroskoopilised juhuslikud efektid.
Brownian motion sai oma nime Šoti botaanik Robert Brownilt, kes jälgis õietolmu teri juhuslikult vees liikuvat. Ta kirjeldas liikumist 1827. aastal, kuid ei suutnud seda selgitada. Kuigi pedesis võtab selle nime Brownilt, ei olnud ta esimene, kes seda kirjeldas. Rooma luuletaja Lucretius kirjeldab tolmuosakeste liikumist umbes 60 aastat eKr, mida ta kasutas aatomite tõendusmaterjalina.
Transpordinähtus jäi seletamatuks kuni 1905. aastani, mil Albert Einstein
avaldas paberi, milles selgitati, et õietolmu liikusid vedelikus olevad veemolekulid. Nagu Lucretiuse puhul, oli ka Einsteini seletus kaudse tõestusmaterjalina aatomite ja molekulide olemasolust. 20. sajandi vahetusel oli selliste pisikeste mateeriaühikute olemasolu ainult teooria. 1908. aastal kontrollis Jean Perrin eksperimentaalselt Einsteini hüpoteesi, mis pälvis Perrinil 1926. aasta Nobeli füüsikapreemia "töö eest aine katkendliku struktuuri nimel".Browniani liikumise matemaatiline kirjeldus on suhteliselt lihtne tõenäosusarvutus, mis on oluline mitte ainult füüsikas ja keemias, vaid ka muude statistiliste nähtuste kirjeldamiseks. Esimene inimene, kes pakkus välja Browni liikumise matemaatilise mudeli, oli Thorvald N. Thiele paberil vähimruutude meetod mis avaldati 1880. aastal. Kaasaegne mudel on Norbert Wieneri auks nimetatud Wieneri protsess, mis kirjeldas pideva aja stohhastilise protsessi funktsiooni. Browniani liikumist peetakse Gaussi protsessiks ja Markovi protsessiks, mille pidev rada toimub pideva aja jooksul.
Mis on Brownian Motion?
Kuna aatomite ja molekulide liikumine vedelikus ja gaasis on juhuslik, hajub aja jooksul suuremad osakesed ühtlaselt kogu keskkonnas. Kui on kaks külgnevat mateeria piirkonda ja piirkond A sisaldab kaks korda rohkem osakesi kui piirkond B, on tõenäosus, et osakese lahkumisel piirkonnast A siseneb piirkonda B kaks korda suurem kui tõenäosus, et osake lahkub piirkonnast B sisenemiseks A. Difusioon, osakeste liikumist kõrgema kontsentratsiooniga piirkonnast võib pidada Browni liikumise makroskoopiliseks näiteks.
Iga tegur, mis mõjutab vedelike osakeste liikumist, mõjutab Browni liikumise kiirust. Näiteks kõrgendatud temperatuur, suurenenud osakeste arv, väikeste osakeste suurus ja madal viskoossus suurendada liikumiskiirust.
Näited Browniani liikumisest
Enamik näiteid Browni liikumisest on transpordiprotsessid, mida mõjutavad suuremad voolud, kuid millel on ka pedees.
Näited:
- Õietolmu terade liikumine liikumatul vees
- Tolmumotiivide liikumine ruumis (kuigi õhuvoolud mõjutavad seda suuresti)
- Saasteainete hajutamine õhus
- Kaltsiumi difusioon luude kaudu
- Elektrilaengu "aukude" liikumine pooljuhtides
Browniansi liikumise olulisus
Brownide liikumise määratlemise ja kirjeldamise algne tähtsus oli selles, et see toetas tänapäevast aatomiteooriat.
Tänapäeval kasutatakse Browni liikumist kirjeldavaid matemaatilisi mudeleid matemaatikas, majanduses, inseneriteaduses, füüsikas, bioloogias, keemias ja paljudes teistes teadusharudes.
Brownian Motion versus motiilsus
Pruunide liikumisest tingitud liikumist ja muudest mõjudest tingitud liikumist võib olla keeruline eristada. Sisse bioloogianäiteks peab vaatleja suutma öelda, kas isend liigub, kuna see on liikuv (iseseisvalt liikuda, võib-olla tänu nibudele või kerelisele) või seetõttu, et ta allub Brownianile liikumine. Tavaliselt on protsesse võimalik eristada, kuna Browni liikumine näib tõmblevat, juhuslikku vibratsiooni. Tõeline liikuvus ilmub sageli teekonnana või vastasel juhul liigub liikumine või pöördub konkreetses suunas. Mikrobioloogias saab liikuvust kinnitada, kui pooltahkesse söötmesse nakatatud proov migreerub torule.
Allikas
"Jean Baptiste Perrin - faktid." NobelPrize.org, Nobel Media AB 2019, 6. juuli 2019.