ブラウン運動とは
ブラウン運動は、液体または気体中の粒子のランダムな動きです。この動きは、外力が加えられていなくても発生します。粒子が完全に静止していることはありません。代わりに、液体または気体内で粒子が互いに衝突するために動きが発生します。ビリヤードのボールがぶつかると方向が変わるのと同じように、分子にも同じことが言えます。粒子 1 が粒子 2 に衝突すると、両方の粒子の運動量 (方向と速度) が変化します。
粒子がたどるステップは相関していません。各ステップはランダムで、前のステップから独立しています。ブラウン運動は、多くの場合、「ランダム ウォーク」を使用してモデル化されます。粒子の開始位置からの距離はガウス分布になり、ガウス分布の幅は時間とともに増加します。これは、時間が経つにつれて、粒子が開始位置から遠くなる可能性が高いことを意味します。
ブラウン運動の他の名前には、ブラウン運動とペデシス (ギリシャ語で「跳躍」) が含まれます。ブラウン運動は、温度との関係から熱雑音とも呼ばれます。温度が上昇すると、システム内のエネルギーが増加し、運動が増加します。
粒子の動きを増加させる要因
- 体温を上げる :温度が高いほど、各粒子のエネルギーが大きくなります。
- 粘性の低い溶液 :溶液の粘性が高いほど、粒子がその中を移動するのにより多くのエネルギーが必要になります。水（粘性が低い）と比較して、糖蜜（非常に粘性がある）を通過しようとすることを考えてみてください.水が通りやすくなります。個々の粒子の小さいスケールでも同じことが言えます。
- より小さな粒子 :粒子の速度は、粒子のサイズに反比例します。したがって、小さな粒子は大きな粒子よりも速く移動し、遠くまで移動します。
コロイドのブラウン運動
コロイドは、別の物質の溶液に大きな粒子が懸濁した均一な混合物です。牛乳と霧はコロイドの一般的な例です。大きな粒子は溶液中に浮遊したままであり、重力によって予測されるように底に沈みません。代わりに、ブラウン運動が粒子を溶液中に保ちます。
すべての小さな粒子が大きな粒子に衝突する効果は、重力を打ち消し、大きな粒子を溶液中にとどめるのに十分です。
ブラウン運動の例
ブラウン運動は観察が難しい場合があります。液体または気体中のすべての粒子は、ブラウン運動によって動いています。
拡散は、部分的にブラウン運動が原因で発生します。パーティクルは元の位置から離れ、ランダムに分散します。
ブラウン運動を簡単に追跡できる一般的な実験は、溶液中の蛍光色素を観察することです。個々の粒子は、溶液中を移動する単一分子から放出される光子または光を検出することによって追跡されます。
上の短い動画は、溶液中を移動する蛍光ビーズを示しています。この動きはブラウン運動によるものです。ビーズはそれぞれランダムな軌道を持ち、すべてが同じ方向に動くわけではありません.
ブラウン運動を発見したのは誰?
スコットランドの植物学者ロバート・ブラウンは、1827 年にブラウン運動を調査した最初の人物でした。この観察から、彼は別の現象が発生していると推測しました。
ブラウンの発見に続いて、アインシュタインはこの現象の調査を続けました。そして 1905 年に、彼はこのトピックに関する最初の論文を発表しました。その後、ジャン・バティスト・ペランはアインシュタインの研究をさらに進めました。そして彼の功績により、ペリンは 1926 年にノーベル物理学賞を受賞しました。
1900 年代初頭には、Norbert Wiener もブラウン運動について学ぶ上で重要な人物でした。 Wiener は、ブラウン運動やその他の確率過程の数学モデルに焦点を当てました。
他の多くの科学者もブラウン運動の研究に焦点を当てており、今日でも研究が進行中です.
その他のリソースと参考文献:
ブラウン運動の複雑なトピックの詳細については、以下のリンクを参照してください:
- バージニア大学のマイケル ファウラーによる「ブラウン運動」
- 「ブラウン運動の意味を理解する:動的光散乱によるコロイドの特性評価」(Hassan et.アル。 ACS ラングミュア
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