布朗運動之鋸齒運動

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簡介

簡單來說，布朗運動可以定義為塵埃顆粒或微觀顆粒在液體或氣體（流體）中的隨機運動。在顯微鏡下觀察時，可以看到這些粒子永遠不會靜止。但是可以看出，這種運動是由於粒子相互碰撞而產生的。這種運動最早由羅伯特·布朗於 1827 年觀察到。他用顯微鏡觀察了懸浮在水中的花粉粒的運動。他很困惑地看到這些顆粒即使在死亡後仍在運動，因此他開始研究其他一些正在發生的現象。但後來阿爾伯特·愛因斯坦和佩林澄清了這一點，指出這種運動是由於流體分子的運動造成的。

當一個異物懸浮在流體中時，它會以隨機的鋸齒形運動。這是由於顆粒與流體分子碰撞造成的。

布朗運動

這種不規則的運動在所有型別的流體中都能看到，並且不受任何外部力的影響。但它歸因於流體分子的熱運動。分子運動的速度與溫度的平方成正比。布朗運動的一般特徵是

• 粒子的運動沒有特定的方向，它是隨機的。

• 這種運動取決於流體的粘度；粘度越小，粒子的速度就越高。

• 所有粒子都表現出不同的運動。

• 這種運動隨著溫度的升高而增加。

什麼是化學中的布朗運動？

化學中的布朗運動可以定義為懸浮在粘性溶液中的粒子的不規則、永久和隨機運動。這種運動是由於懸浮顆粒與周圍流體顆粒的碰撞引起的。它取決於溫度、粘度和顆粒大小等多種因素，但不受外部因素的影響。

布朗運動在化學中有很多應用。

• 確定阿伏伽德羅常數 - 要確定阿伏伽德羅常數，我們必須測量布朗粒子的均方根位移。因此，我們可以說阿伏伽德羅常數的值是基於粒子的布朗運動。

• 擴散 - 顆粒從低濃度到高濃度的運動是由於顆粒的布朗運動。因此，布朗運動是擴散過程的原因。

膠體中的布朗運動

膠體是懸浮在另一種顆粒中的較大顆粒的異質混合物。膠體顆粒的大小範圍為 1-1000 奈米。主要有四種類型的膠體顆粒，

• 溶膠 - 固體顆粒在液體中的懸浮。

• 乳液 - 液體在液體中的懸浮。

• 氣溶膠 - 液體或固體在空氣中的懸浮。

• 泡沫 - 氣體顆粒在固體或液體中的懸浮。

當在顯微鏡下觀察膠體溶液時，可以看到膠體顆粒處於不規則運動狀態。較大的顆粒由於布朗運動而保持懸浮在混合物中。混合物中較小的顆粒與較大的顆粒碰撞，因此顆粒不會因重力而沉降。

布朗運動不依賴於膠體混合物的性質，而依賴於混合物的粘度和懸浮在膠體中的顆粒的大小。粘性較小的溶液與布朗運動成正比。並且它與顆粒的大小成反比。

布朗運動的原因

布朗運動的主要原因是流體中粒子的碰撞。它受所有影響粒子運動的因素的影響。

• 溫度 - 溫度在決定粒子速度方面起著至關重要的作用。溫度越高，懸浮在流體中的粒子速度就越高。

• 尺寸 - 尺寸較小的粒子表現出非常高的布朗運動。這是因為動量與質量成反比，因此碰撞速度會增加。

• 粘度 - 粘性介質對粒子施加更大的摩擦力，從而降低粒子的運動。因此，粘度與布朗運動成反比。

• 顆粒數量增加 - 顆粒數量的增加增加了碰撞頻率，這增加了布朗運動。

布朗運動的影響

• 布朗運動的主要影響是它不允許懸浮顆粒由於重力的作用而沉降；這使膠體溶液具有穩定性。

• 藉助這種運動，我們可以將均相溶液與膠體溶液分離。均相溶液表現出均勻的轟擊，但膠體顆粒表現出不均勻的轟擊，從而表現出隨機運動。

結論

粒子的隨機和鋸齒形運動稱為布朗運動。流體分子的碰撞導致這種運動與懸浮顆粒發生。它主要不受外部因素的影響，但溫度、粘度和尺寸等因素在決定這種運動方面起著至關重要的作用。這種運動在膠體溶液中可見，其中顆粒的大小範圍為 1-1000 奈米。在膠體溶液中，顆粒之間的轟擊是隨機且不均勻的，因此它可以防止顆粒沉降。

布朗運動被認為是氣體動理論和原子論的基礎，因為這兩種理論都依賴於粒子的運動。我們肉眼可見的這種運動的常見例子有汙染物在空氣中的擴散、花粉粒在靜水中運動、灰塵顆粒在黑暗房間中的運動等。

常見問題

1. 舉一個人體中布朗運動的例子。

骨骼對鈣的吸收是人體中布朗運動的最佳例子。鈣透過擴散過程被人體骨骼吸收。

2. 在固體中是否觀察到布朗運動？

在固體中沒有觀察到這種運動。這是因為布朗運動需要粒子的隨機運動，但在固體的情況下，粒子緊密堆積，因此粒子的運動表現出來。

3. 流體中存在的粒子數量如何影響布朗運動？

如果粒子數量增加，轟擊頻率就會增加，從而增加布朗運動。

4. 為什麼布朗運動不會發生在較大的顆粒中？

在較大的顆粒中沒有觀察到布朗運動，因為這些顆粒具有較大的質量，並且碰撞可能沒有足夠的能量來移動這些顆粒。此外，由於重力的作用，這些顆粒很容易沉降。

5. 布朗運動如何依賴於溫度？

隨著溫度的升高，布朗運動也會增加。這是因為隨著溫度的升高，粒子將獲得更高的動能，這將導致布朗運動增強。