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El movimiento browniano

Descripción del movimiento browniano

   Categoría : materia y partículas
Actualización 01 de junio 2013

Robert Brown (1773 - 1858) botánico del siglo XIX, amigo de Charles Darwin (1809-1882), ya había descubierto en 1827 con un microscopio que las células vegetales tenían un núcleo. Pero es al mirar en el líquido ubicado dentro de los granos de polen que observa partículas muy pequeñas en movimientos erráticos que van en todas direcciones sin razón aparente. Esto le recuerda el principio vital, es decir, la causa que produce todos los fenómenos de la vida. Entonces no hay nada de sorprendente, el polen es una planta que contiene vida, y por eso es normal que las cosas se muevan.
Pero Robert Brown repite el experimento con granos de guijarros, granos de metal e incluso granos de la piedra de la Esfinge de Giza. Observa sobre estos granos inertes movimientos espasmódicos e incesantes, idénticos a los de los granos de polen.
En 70 años, muchos físicos han repetido el experimento con microscopios más eficientes, eliminando todo sesgo de medición (corrientes de aire en la habitación, corrientes en el agua en la que se sumergen los granos de polen, vibraciones, perturbaciones por la luz, etc.) pero ninguna puede encontrar explicaciones porque no se descubrió la existencia de moléculas. Entonces, ¿cómo es que estos granos de polen se mueven?
Fue Albert Einstein (1879 − 1955) quien encontró el motivo de esta agitación. Einstein explica este movimiento browniano mediante la hipótesis molecular y atómica y calcula el tamaño de las moléculas.

 

Este movimiento incesante del grano, llamado "movimiento browniano", se debe a la existencia misma de los átomos. Los átomos de agua sacuden constantemente la partícula browniana.
La velocidad y la posición de la partícula se somete a una fuerza de fricción que depende de la viscosidad del baño y la raíz cuadrada del tiempo.
Esta cantidad fue calculada por Einstein (1905):
D = RT / 6πηaΝ
D = constante de difusión
R = constante de gases ideales (este número es 8)
T temperatura
π = 3,141 592 653
η = viscosidad del fluido
a = diámetro del grano
Ν = 6.02214076 × 1023 mol - 1 (número de Avogadro)
Entre todos estos valores hay un número inmenso, el número de Avogadro y es él quien revela la estructura atómica de la materia. 1 / Ν es la masa del átomo de hidrógeno ya que hay Ν átomos de hidrógeno en 1 gramo.
Es la primera gran fórmula que mezcla el mundo microscópico con el mundo macroscópico.
El polen en el agua sufre continuamente fricciones y movimientos desordenados explicados por la presencia de átomos en las moléculas de agua.
El movimiento browniano es universal, como la curva gaussiana.

 El movimiento browniano

Imagen: Simulación del movimiento browniano de una gran partícula de polvo que choca con un gran conjunto de partículas más pequeñas (moléculas de un gas) que se mueven con movimientos bruscos en diferentes direcciones aleatorias.

Movimiento browniano según Einstein

    

Según Einstein, las moléculas obtienen su energía cinética del calor. El movimiento de partículas y la temperatura están relacionados.
La temperatura hace que las partículas se muevan en desorden.
El artículo de 1905 proporciona una prueba teórica de la existencia de átomos y moléculas.
Estas son las obras de Jean Baptiste Perrin (1870 − 1942) quien en 1908 verificará las predicciones de Einstein.
Los átomos solo han sido "visibles" desde la década de 1980, gracias a los telescopios electrónicos.

 

Nota : El movimiento browniano fue descrito por primera vez en 1827 por el botánico Robert Brown, observando los movimientos de los granos de polen de Clarkia pulchella (una especie de flor silvestre norteamericana).
El movimiento browniano o proceso de Wiener es una descripción matemática del movimiento aleatorio de una partícula "grande" sumergida en un fluido y que no está sujeta a ninguna interacción más que choques con las moléculas "pequeñas" del fluido circundante. El resultado es un movimiento desordenado de la partícula grande.

 Movimiento browniano de una partícula

Imagen : Movimiento browniano de una partícula.

 
           
           
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