文档介绍：材料科学与工程系
分子热运动
系别
材料科学与工程系
专业
材料成型机控制工程
班级
8080324
姓名
王菲
指导教师
王晓强
2009年 11月 21日
摘要:物质结构的分子原子学说是气体动理论的重要基础之一。按照物质结构理论,所有物体的原子和分子都处在永不停息的运动之中。实验说明,热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现,因此人们把大量分子的无规则运动叫做分子热运动,布朗在1872年,用显微镜观察到浮悬在水中的植物颗粒,不停的在做纷乱的无定向运动,这就是所谓的布朗运动。
1826年英国植物学家布朗(1773-1858)用显微镜观察悬浮在水中的花粉时发现的。后来把悬浮微粒的这种运动叫做布朗运动。严格来说,悬浮微粒不停地做无规则运动的情形观察空气中的现象叫做布朗运动(the Brownian movement)。例如,在显微镜下观察悬在水中的藤黄粉、花粉微粒,或在无风情形观察空气中的烟粒、尘埃,还有对于液体中各种不同的悬浮微粒都可以观察到这种运动。温度越高,运动越剧烈。做布朗运动的粒子非常微小,直径约1~10纳米。在显微镜下看起来连成一片的液体,实际上是由许许多多分子组成的。液体分子不停地做无规则的运动,不断地抓高年级微粒。悬浮的微粒足够小时,受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡的。在某一瞬间,微粒在另一个方向受到的撞击作用强,致使微粒又向其它方向运动。这样,就引起了微粒的无规则的布朗运动。
如果布朗粒子相互碰撞的机会很少,可以看场是巨大分子组成的理想气体,则在重力场中达到热平衡后,起数密度按高度的分布应遵循波尔兹曼分布。,并由此相当精确地测定了阿伏伽德罗常量及一系列与微粒有关的数据。。
在布朗运动的早期研究中,维纳提出了它的运动起源于分子的振动,他还公布了首次对微粒速度与粒度关系的观察结果。在维纳之后,S·埃克斯纳也测定了微粒的移动速度。他提出布朗运动是由于微观范围的流动造成的,他没有说明这种流动的根源,但他看到在加热和光照使液体粘度降低时,微粒的运动加剧了。就这样,维纳和S·埃克斯纳都把布朗运动归结为物系自身的性质。到了70——80年代,一些学者明确地把布朗运动归结为液体分子撞击微粒的结果,这些学者有卡蓬内尔、德尔索和梯瑞昂,还有耐格里。此后,古伊把布朗运动作为探究分子运动性质的一个工具。到了1900年,F·埃克斯纳完成了布朗运动前期研究的最后工作,他测定了微粒在1min内的位移,证实了微粒的速度随粒度增大而降低。对于布朗运动的研究,1900年是个重要的分界线。至此,布朗运动的适当的物理模型已经显明,剩下的问题是需要作出定量的理论描述了。
1905年,爱因斯坦依据分子运动论的原理提出了布朗运动的理论。爱因斯坦的成果大体上可分两方面。一是根据分子热运动原理推导:在t时间里,微粒在某一方向上位移的统计平均值,即方均根值,D是微粒的扩散系数。这一公式是看来毫无规则的布朗运动服从分子热运动规律的必然结果。爱因斯坦成果的第二个方面是对于球形微粒,推导出了可以求算阿式中的η是介质粘度,a是微粒半径,R是气体常数,NA为阿伏加德罗常数。按此公式,只要实际测得准确的扩散系数D或布朗运动均方位得到原子和分子的绝对质量。爱因斯坦