為什麼分子處在永不停息的運動中,分子為什麼在做永不停息的無規則運動

2022-06-29 20:50:19 字數 4672 閱讀 2825

1樓:匿名使用者

懸浮微粒不停地做無規則運動的現象叫做布朗運動

例如,在顯微鏡下觀察懸浮在水中的藤黃粉、花粉微粒,或在無風情形觀察空氣中的煙粒、塵埃時都會看到這種運動。溫度越高,運動越激烈。它是2023年植物學家r.

布朗首先發現的。作布朗運動的粒子非常微小,直徑約10-7~10-5米, 在周圍液體或氣體分子的碰撞下,產生一種漲落不定的淨作用力,導致微粒的布朗運動。如果布朗粒子相互碰撞的機會很少,可以看成是巨大分子組成的理想氣體,則在重力場中達到熱平衡後,其數密度按高度的分佈應遵循玻耳茲曼分佈。

j.b.佩蘭的實驗證實了這一點,並由此相當精確地測定了阿伏伽德羅常量及一系列與微粒有關的資料。

2023年a.愛因斯坦根據擴散方程建立了布朗運動的統計理論。布朗運動的發現、實驗研究和理論分析間接地證實了分子的無規則熱運動,對於氣體動理論的建立以及確認物質結構的原子性具有重要意義,並且推動統計物理學特別是漲落理論的發展。

由於布朗運動代表一種隨機漲落現象,它的理論對於儀表測量精度限制的研究以及高倍放大電訊電路中背景噪聲的研究等有廣泛應用。

愛因斯坦的布朗運動理論

2023年,愛因斯坦依據分子運動論的原理提出了布朗運動的理論。就在差不多同時,斯莫盧霍夫斯基也作出了同樣的成果。他們的理論圓滿地回答了布朗運動的本質問題。

應該指出,愛因斯坦從事這一工作的歷史背景是那時科學界關於分子真實性的爭論。這種爭論由來已久,從原子分子理論產生以來就一直存在。本世紀初,以物理學家和哲學家馬赫和化學家奧斯特瓦爾德為代表的一些人再次提出對原子分子理論的非難,他們從實證論或唯能論的觀點出發,懷疑原子和分子的真實性,使得這一爭論成為科學前沿中的一箇中心問題。

要回答這一問題,除開哲學上的分岐之外,就科學本身來說,就需要提出更有力的證據,證明原子、分子的真實存在。比如以往測定的相對原子質量和相對分子質量只是質量的相對比較值,如果它們是真實存在的,就能夠而且也必須測得相對原子質量和相對分子質量的絕對值,這類問題需要人們回答。

由於上述情況,象愛因斯坦在**中指出的那樣,他的目的是“要找到能證實確實存在有一定大小的原子的最有說服力的事實。”他說:“按照熱的分子運動論,由於熱的分子運動,大小可以用顯微鏡看見的物體懸浮在液體中,必定會發生其大小可以用顯微鏡容易觀測到的運動。

可能這裡所討論的運動就是所謂‘布朗分子運動’”。他認為只要能實際觀測到這種運動和預期的規律性,“精確測定原子的實際大小就成為可能了”。“反之,要是關於這種運動的預言證明是不正確的,那麼就提供了一個有份量的證據來反對熱的分子運動觀”。

愛因斯坦的成果大體上可分兩方面。一是根據分子熱運動原理推導

是在t時間裡,微粒在某一方向上位移的統計平均值,即方均根值,d是微粒的擴散係數。這一公式是看來毫無規則的布朗運動服從分子熱運動規律的必然結果。

愛因斯坦成果的第二個方面是對於球形微粒,推匯出了可以求算阿

式中的η是介質粘度,a是微粒半徑,r是氣體常數,na為阿伏加德羅常數。按此公式,只要實際測得準確的擴散係數d或布朗運動均方位 得到原子和分子的絕對質量。愛因斯坦曾用前人測定的糖在水中的擴散係數,估算的na值為3.

3×1023,一年後(1906)又修改為6.56×1023。

愛因斯坦的理論成果為證實分子的真實性找到了一種方法,同時也圓滿地闡明瞭布朗運動的根源及其規律性。下面的工作就是要用充足的實驗來檢驗這一理論的可靠性。愛因斯坦說:

“我不想在這裡把可供我使用的那些稀少的實驗資料去同這理論的結果進行比較,而把它讓給實驗方面掌握這一問題的那些人去做”。“但願有一位研究者能夠立即成功地解決這裡所提出的、對熱理論關係重大的這個問題!”愛因斯坦提出的這一任務不久之後就由貝蘭(1870——1942)和斯維德伯格分別出色的完成了。

這裡還應該提到本世紀初在研究布朗運動方面一個重大的實驗進展是2023年齊格蒙第(1865——1929)發明了超顯微鏡,用它可直接看到和測定膠體粒子的布朗運動,這也就是證實了膠體粒子的真實性,為此,齊格蒙第曾獲2023年諾貝爾化學獎。斯維德伯格測定布朗運動就是用超顯微鏡進行的。

貝蘭測定阿伏加德羅常數的實驗

1908到2023年期間,貝蘭進行了驗證愛因斯坦理論和測定阿伏加德羅常數的實驗研究。他的工作包括好幾方面。在初期,他的想法是,既然在液體中進行布朗運動的微粒可以看成是進行熱運動的巨大分子,它們就應該遵循分子運動的規律,因此只要找到微粒的一種可用實驗觀測的性質,這種性質與氣體定律在邏輯上是等效的,就可以用來測定阿伏加德羅常數。

2023年,他想到液體中的懸浮微粒相當於“可見分子的微型大氣”,所以微粒濃度(單位體積中的數目)的高度分佈公式應與氣壓方程有相同的形式,只是對粒子受到的浮力應加以校正。這一公式是:ln(n/n0)=-mgh(1-ρ/ρ0)/kt。

式中k是波爾茲曼常數,自k和na的關係,公式也可寫成ln(n/n0)=-na mgh(1-ρ/ρ0)/rt。根據此公式,從實驗測定的粒子濃度的高度分佈資料就可以計算k和na。

為進行這種實驗,先要製得合用的微粒。製備方法是先向樹脂的酒精溶液中加入大量水,則樹脂析出成各種尺寸的小球,然後用沉降分離的方法多次分級,就可以得到大小均勻的級份(例如直徑約3/4μm的藤黃球)。用一些精細的方法測定小球的直徑和密度。

下一步是測定懸浮液中小球的高度分佈,是將懸浮液裝在透明和密閉的盤中,用顯微鏡觀察,待沉降達到平衡後,測定不同高度上的粒子濃度。可以用快速照相,然後計數。測得高度分佈資料,即可計算na。

貝蘭及其同事改變各種實驗條件:材料(藤黃、乳香),粒子質量(從1到50),密度(1.20到1.

06),介質(水,濃糖水,甘油)和溫度(-90°到60°),得到的na值是6.8×1023。

貝蘭的另一種實驗是測量布朗運動,可以說這是對分子熱運動理論的更直接證明。根據前述的愛因斯坦對球形粒子匯出的公式,只要實驗液,在選定的一段時間內用顯微鏡觀察粒子的水平投影,測得許多位移數值,再進行統計平均。貝蘭改變各種實驗條件,得到的na值是(5.

5-7.2)×1023。貝蘭還用過一些其它方法,用各種方法得到的na值是:

6.5×1023 用類似氣體懸浮液分佈法,

6.2×1023 用類似液體懸浮液分佈法,

6.0×1023 測定濃懸浮液中的騷動,

6.5×1023 測定平動布朗運動,

6.5×1023 測定轉動布朗運動。

這些結果相當一致,都接近現代公認的數值6.022×1023。考慮到方法涉及許多物理假設和實驗技術上的困難,可以說這是相當了不起的。

以後的許多研究者根據其它原理測定的na值都肯定了貝蘭結果的正確性。與貝蘭差不多同時,斯維德伯格(1907)用超顯微鏡觀測金溶膠的布朗運動,在測定阿伏加德羅常數和驗證愛因斯坦理論上也作出了出色的工作。可以說他們是最先稱得原子質量的人,所以在2023年,貝蘭和斯維德伯格分別獲得了諾貝爾物理學獎和化學獎。

就這樣,布朗運動自發現之後,經過多半個世紀的研究,人們逐漸接近對它的正確認識。到本世紀初,先是愛因斯坦和斯莫盧霍夫斯基的理論,然後是貝蘭和斯維德伯格的實驗使這一重大的科學問題得到圓滿地解決,並首次測定了阿伏加德羅常數,這也就是為分子的真實存在提供了一個直觀的、令人信服的證據,這對基礎科學和哲學有著巨大的意義。從這以後,科學上關於原子和分子真實性的爭論即告終結。

正如原先原子論的主要反對者奧斯特瓦爾德所說:“布朗運動和動力學假說的一致,已經被貝蘭十分圓滿地證實了,這就使那怕最挑剔的科學家也得承認這是充滿空間的物質的原子構成的一個實驗證據”。數學家和物理學家彭加勒在2023年總結性地說道:

“貝蘭對原子數目的光輝測定完成了原子論的勝利”。“化學家的原子論現在是一個真實存在”。

布朗運動代表了一種隨機漲落現象,它的理論在其他領域也有重要應用。如對測量儀器的精度限度的研究;高倍放大電訊電路中的背景噪聲的研究等

布朗運動又稱分子熱運動,與溫度和粒子個數有關,溫度越高,布朗運動越劇烈,粒子越少,分子熱運動越劇烈。

2樓:匿名使用者

這是一個自然現象,沒有為什麼。哪怕是固體中的分子,也在其平衡位置附近振動。除非物體達到絕對零度,否則這種運動不會停止。

3樓:匿名使用者

個人觀點,分子在每一刻受力不平衡(受到範德華力和那個莫名其妙的斥力),所以分子的運動狀態不斷在改變。

4樓:晃百晃

因為分子間存在引力和斥力。太近了會排斥,遠一點又會吸引

5樓:鋒言鋒語

物理學角度來講,樓上幾位已經講得夠清楚了

從哲學角度來講,沒有任何物體是絕對靜止的,靜止是相對的。

6樓:

只要不是絕對0度分子就做無規則運動

絕對0度是-273.1攝氏度

分子為什麼在做永不停息的無規則運動

7樓:

以下是我總結的觀點,你可以參考一下。

這是個實驗得出來的結論。類似於1+1=2,沒有為什麼。至少目前沒有很好的解釋。死記就可以了。

所有的實驗都證明分子會永不停息的無規則的熱運動。而且與外界的擾動無關。

擴散運動和布朗運動表明組成物質的分子在不停的運動。

(1)分子無時無刻不受到來自其他分子的場力(也就是引力和斥力),而這些力的合力並不為零,並且無時無刻不在改變方向,所以就會做無規則運動。

(2)分子是由原子組成,而原子內部有帶電的質子和電子和不帶電的中子,質子帶正電,電子帶負電,你知道同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引吧,微觀體系中沒有任何物質是靜止的,所謂:"運動是絕對的"就是由於在物質內部存在很多很多相互作用力,使其不斷運動.初中物理中的布朗運動就是一種形象的表象.

再有就是經典物理的知識不能用來解釋微觀物體了,需要量子物理學的知識。

8樓:t抒

物體是由大量分子組成的,分子永不停息地做無規則運動,分子之間存在著相互作用力。 只能給你這個。

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