<<
>>

Второй пример (броуновское движение, диффузия)


Если вы наполните нижснюю часть закрытого стеклянного сосуда туманом, состоящим из мельчайших капелек, то увидите, что верхняя граница тумана постепенно понижсается с совершенно определенной скоростью, зависящей от вязкости воздуха, размера и плотности капелек.
Но если вы посмотрите на
20
одну из капелек в микроскоп, то увидите, что она опускается не с постоянной скоростью, а совершает весьма беспорядочное, так называемое броуновское движение, которое лишь в среднем соответствует постоянному снижению.
Рис. 2. Оседающий туман Рис. 3. Броуновское движение оседающей капли



Эти капельки хотя и не являются атомами, но уже достаточно малы и легки, чтобы чувствовать толчки единичных молекул, которые непрерывно воздействуют на их поверхность. Толкаемые таким образом капельки могут только в среднем подчиняться действию силы тяжести (рис. 2 и 3).
Этот пример показывает, какие удивительные и беспорядочные впечатления получали бы мы, если бы наши органы чувств были восприимчивы к ударам уже немногих молекул.
Имеются бактерии и другие организмы, столь малые, что они силь -

21
но подвержены этому явлению. Их движение определяется тепловыми флуктуациями окружающей среды; они не имеют права выбора. Если они обладают собственной подвижсностью, то все же могут передвигаться с одного места на другое, но только с большим трудом, поскольку тепловое движение швыряет их, как маленькую лодчонку в бушующем море.
Очень сходно с броуновским движением явление диффузии. Представьте себе сосуд, наполненный жсидкостью, скажем водой, с небольшим количеством              какого -нибудь              красящего вещества,
растворенного в ней, например перманганата калия, но не в равномерной концентрации, а скорее так, как показано на рис. 4, где точки означают молекулы растворенного вещества и где концентрация уменьшается слева направо.
Рис. 4. Диффузия (слева направо) в растворе с неравномерной концентрацией



Если вы оставите эту систему в покое, начнется очень медленный процесс диффузии. Перманганат будет распространяться в направлении слева направо, то есть от места более высокой концентрации к месту более низкой концентрации, пока, наконец, не распределится равномерно по всему объему воды.
В этом довольно простом и, очевидно, не особенно интересном процессе замечательно то, что он ни в какой степени не связан с какой - либо тенденцией или силой, которая, как это можсно было бы подумать, влечет молекулы перманганата из области, где очень тесно, в область, где посвободней, подобно тому как, например, население страны переселяется в ту часть, где больше простора. С нашими молекулами перманганата ничего подобного не происходит. Каждая из них ведет себя совершенно независимо от других молекул, с которыми она встречается весьма редко. Кажедая из них как в области большей тесноты, так и в более свободной части испытывает одну и ту же судьбу. Ее непрерывно 22
толкают молекулы воды, и, таким образом, она постепенно продвигается в совершенно непредсказуемом направлении: по прямой в сторону или более высокой или более низкой концентрации. Характер движений, которые она выполняет, часто сравнивают с движением человека, которому завязали глаза на большой площади и велели «пройтись», но который не может придерживаться определенного направления и, таким образом, непрерывно изменяет линию своего движения.
Тот факт, что беспорядочное движение молекул перманганата все же должсно вызывать регулярный ток в сторону меньшей концентрации и в конце концов привести к выфавниванию концентраций, на первый взгляд кажется непонятным, но только на первый взгляд. При тщательном рассмотрении на рис. 4 тонких слоев почти постоянной концентрации можсно представить себе, как молекулы перманганата, которые в данный момент содержатся в определенном слое, беспорядочно двигаясь, будут с равной вероятностью перемещаться и направо, и налево. Но именно вследствие этого поверхность раздела двух соседних слоев будет пересекаться большим количеством молекул, приходящих слева, а не в обратном направлении. Это произойдет просто потому, что слева больше беспорядочно движсущихся молекул, чем справа, и до тех пор, пока это так, будет происходить регулярное перемещение слева направо, пока, наконец, не наступит равновесное распределение.
Если эти соображения перевести на математический язык, то получим дифференциальное уравнение в частных производных, описывающее математически точно закон диффузии
Объяснением этого закона я не буду утружсдать читателя , хотя
8
сделать это достаточно просто . О строгой «математической точности» закона упоминается здесь для того, чтобы подчеркнуть, что его физическая сущность должсна, тем не менее, проверяться в каждом конкретном случае. Будучи основана на случайности, справедливость закона будет только приблизительной. Если имеется, как правило, достаточно хорошее приближение, то это только благодаря тому огромному количеству
8 Концентрация в любой данной точке увеличивается (или уменьшается) со скоростью, прямо пропорциональной сравнительному избытку (или недостатку) концентрации в ее бесконечно малой окрестности. Закон теплопередачи имеет между прочим точно такую же форму, если «концентрацию» заменить «температурой».

23
молекул, которые принимают участие в явлении. Чем меньше их количество, тем больше случайных отклонений мы должны ожидать, и при благоприятных условиях эти отклонения действительно наблюдаются.
<< | >>
Источник: Шредингер Э.. Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки. 2002

Еще по теме Второй пример (броуновское движение, диффузия):

  1. ДИАГНОСТИКА БЕРЕМЕННОСТИ Вначале можно ставить диагноз на беременность и бесплодие путем систематического применения . пробника после осеменения. Во второй половине плодоношения наблюдается асимметрия контуров живота, проявляющаяся отвисанием и выпячиванием правой брюшной стенки. Пальпацией можно обнаружить увеличенную матку с плацентами, но чаще ощущаются лишь плоды. Положительный диагноз удается установить только со второй половины беременности. Животные перед исследованием должны быть выдержа
  2. ДИАГНОСТИКА БЕРЕМЕННОСТИ Вначале можно ставить диагноз на беременность и бесплодие путем систематического применения . пробника после осеменения. Во второй половине плодоношения наблюдается асимметрия контуров живота, проявляющаяся отвисанием и выпячиванием правой брюшной стенки. Пальпацией можно обнаружить увеличенную матку с плацентами, но чаще ощущаются лишь плоды. Положительный диагноз удается установить только со второй половины беременности. Животные перед исследованием должны быть выдержа
  3. Третий пример (пределы точности измерения)
  4. Второй закон. Локализация события
  5. Движение часов
  6. ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ Подтверждение второй предпосылки
  7. РИНГ ВТОРОЙ — ДОБЕРМАН-ПИНЧЕР
  8. РАЗДЕЛ ВТОРОЙ ЧАСТНАЯ ГИГИЕНА
  9. ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ Подтверждение второй предпосылки, доказывающей циркуляцию крови
  10. Многоликий метан: второй по значимости парниковый газ
  11. Примеры адаптаций
  12. 2.9.2. «Говорящие» обезьяны и проблема происхождения второй сигнальной системы
  13. ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЗАРОДЫШЕЙ У РАСТЕНИЙ CO ВТОРОЙ ФОРМОЙ ПАРАЗИТИЗМА (ФОРМА «CUSCUTACEAE»)
  14. Примеры видообразования
  15. Примеры формирования ценотических систем
  16. 8-11* Пример связи эмбриологии и палеонтологии
  17. 6-5. Простые примеры применения диатропики
  18. Примеры включения навоза в систему удобрения
  19. СИГНАЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ