Страница 31 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Что такое броуновская частица?

Броуновская частица — это микроскопическая или субмикроскопическая частица, взвешенная (диспергированная) в жидкой или газообразной среде, которая совершает непрерывное, хаотическое и беспорядочное движение. Это движение, называемое броуновским движением, не является свойством самой частицы, а представляет собой прямое следствие её взаимодействия с молекулами окружающей среды.

Ключевые аспекты, характеризующие броуновскую частицу и её движение:

• Причина движения: Молекулы жидкости или газа, в которых находится частица, находятся в постоянном тепловом движении. Они непрерывно и со всех сторон ударяют броуновскую частицу. Хотя сама частица значительно крупнее отдельных молекул, из-за случайного характера их движения число и сила ударов с разных сторон в каждый конкретный момент времени не уравновешивают друг друга. Возникающая в результате этого неуравновешенная сила заставляет частицу смещаться в случайном направлении. В следующий момент времени эта сила меняет свою величину и направление, что приводит к видимой зигзагообразной траектории движения частицы.
• Размер частицы: Для наблюдения броуновского движения частица должна быть достаточно малой, чтобы неуравновешенность ударов молекул была способна её сдвинуть, но в то же время достаточно большой, чтобы её можно было наблюдать в микроскоп. Типичные размеры броуновских частиц лежат в диапазоне от нескольких десятков нанометров до нескольких микрометров.
• Историческое значение: Явление было открыто в 1827 году шотландским ботаником Робертом Броуном при наблюдении за пыльцевыми зернами в воде. Теоретическое объяснение было дано Альбертом Эйнштейном в 1905 году и экспериментально подтверждено Жаном Перреном. Эти работы стали одним из наиболее весомых доказательств существования атомов и молекул и справедливости молекулярно-кинетической теории строения вещества.
• Примеры: Примерами броуновских частиц могут служить частицы дыма в воздухе, капельки жира в молоке (эмульсия), частицы глины в воде (суспензия) или частицы краски в коллоидном растворе.

Ответ: Броуновская частица — это взвешенная в жидкости или газе микроскопическая частица, которая совершает беспорядочное (хаотическое) движение под действием неуравновешенных ударов молекул окружающей среды.

2. Что представляет собой броуновское движение?

Что такое броуновская частица?

Броуновская частица — это микроскопическая, видимая под микроскопом частица твердого вещества (например, пыльца растений, частицы сажи или пыли), взвешенная (не растворенная и не осевшая) в жидкости или газе. Размер таких частиц обычно составляет от нескольких нанометров до нескольких микрометров. Они достаточно малы, чтобы испытывать заметное влияние со стороны движущихся молекул окружающей среды, но при этом достаточно велики для наблюдения.

Ответ: Броуновская частица — это взвешенная в жидкости или газе микроскопическая частица, движение которой можно наблюдать под микроскопом.

2. Что представляет собой броуновское движение?

Броуновское движение — это беспорядочное (хаотическое) движение микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе. Если наблюдать за такой частицей в микроскоп, можно увидеть, что она постоянно и случайным образом меняет свое положение, "прыгая" из стороны в сторону без какой-либо видимой причины. Траектория ее движения представляет собой сложную зигзагообразную линию. Это явление было впервые описано шотландским ботаником Робертом Броуном в 1827 году.

Ответ: Броуновское движение — это хаотическое, непрерывное и непредсказуемое движение микроскопических частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкости или газе.

3. Как объяснить броуновское движение?

Броуновское движение является прямым следствием и доказательством молекулярно-кинетической теории строения вещества. Согласно этой теории, молекулы жидкости или газа, в которых находится броуновская частица, находятся в непрерывном и хаотическом тепловом движении. Эти невидимые молекулы постоянно сталкиваются с броуновской частицей со всех сторон. Так как движение молекул хаотично, в каждый отдельный момент времени число ударов с одной стороны частицы не равно числу ударов с другой. Возникает нескомпенсированная сила, которая сдвигает частицу в случайном направлении. В следующий момент времени конфигурация ударов меняется, и частица получает толчок уже в другом направлении. Эта непрерывная и случайная "бомбардировка" молекулами и заставляет броуновскую частицу двигаться по сложной, непредсказуемой траектории.

Ответ: Броуновское движение объясняется постоянными и хаотичными ударами молекул окружающей среды (жидкости или газа) о взвешенную в ней частицу. Нескомпенсированность этих ударов в каждый момент времени заставляет частицу беспорядочно двигаться.

3. Как объяснить броуновское движение?

Броуновское движение — это наблюдаемое под микроскопом беспорядочное, хаотическое движение микроскопических частиц (например, пыльцы растений, частичек сажи или краски), взвешенных в жидкости или газе. Это явление было впервые обнаружено в 1827 году шотландским ботаником Робертом Броуном.

Объяснение этого явления дается в рамках молекулярно-кинетической теории (МКТ) и заключается в следующем:

Все вещества состоят из мельчайших частиц — атомов и молекул, которые находятся в непрерывном и хаотическом тепловом движении. Скорость этого движения зависит от температуры: чем выше температура, тем выше скорость.

Взвешенная в жидкости или газе микроскопическая части

Почему нельзя наблюдать броуновское движение чаинок в стакане чая?

Наблюдать броуновское движение чаинок в стакане чая нельзя, потому что это явление становится заметным только для очень малых, микроскопических частиц, размеры которых сопоставимы (хотя и значительно больше) с размерами молекул окружающей среды.

Броуновское движение возникает из-за хаотичных и неуравновешенных ударов молекул жидкости или газа по взвешенной в них частице. Чтобы движение было заметным, должны выполняться следующие условия:

1. Малый размер и масса частицы. Частица должна быть достаточно легкой, чтобы импульс от случайных ударов молекул мог привести к ее заметному смещению.
2. Статистическая неуравновешенность. Число молекул, ударяющих частицу с разных сторон в один и тот же момент времени, должно быть не слишком велико. Это позволяет возникать кратковременным "перевесам" силы ударов с одной из сторон, что и толкает частицу.

В случае с чаинками в стакане чая эти условия не выполняются:

• Чаинки — макроскопические объекты. Их масса и размеры на много порядков превышают массу и размеры молекул воды. Из-за большой инертности чаинки, чтобы ее сдвинуть, требуется очень большая сила, которую не могут создать случайные удары молекул.
• Усреднение воздействия. На большую поверхность чаинки одновременно ударяется огромное, астрономическое число молекул воды. Согласно закону больших чисел, эти многочисленные удары статистически усредняются, и суммарная сила их воздействия с любой стороны практически всегда равна нулю. Вероятность возникновения значимой нескомпенсированной силы пренебрежимо мала.
• Влияние других сил. На движение чаинок влияют гораздо более мощные силы, чем те, что вызывают броуновское движение. Это, в первую очередь, сила тяжести, заставляющая их оседать на дно, и конвекционные потоки. Горячая вода перемешивается (более теплые слои поднимаются, более холодные опускаются), создавая макроскопические потоки, которые и перемещают чаинки. Это движение не является броуновским.

Таким образом, для наблюдения броуновского движения нужны частицы размером порядка микрона (как у пыльцы, которую наблюдал Роберт Броун, или у частиц дыма), а чаинки для этого слишком велики.

Ответ: Броуновское движение чаинок в стакане чая наблюдать нельзя, поскольку чаинки — это слишком большие и массивные макроскопические частицы. Хаотичные удары молекул воды об их поверхность усредняются и взаимно компенсируются, не создавая силы, достаточной для смещения чаинки. Движение чаинок определяется силой тяжести и конвекционными потоками в жидкости.