Una introducción al movimiento browniano

El movimiento browniano es el movimiento aleatorio de partículas en un fluido debido a sus colisiones con otros átomos o moléculas. El movimiento browniano también se conoce como pedesis, que viene de la palabra griega para "saltar". Aunque una partícula puede ser grande en comparación con el tamaño de los átomos y las moléculas en el medio circundante, puede ser movida por el impacto con muchas masas pequeñas y de rápido movimiento. El movimiento browniano puede considerarse una imagen macroscópica (visible) de una partícula influenciada por muchos efectos aleatorios microscópicos..

El movimiento browniano toma su nombre del botánico escocés Robert Brown, quien observó que los granos de polen se movían al azar en el agua. Describió la moción en 1827 pero no pudo explicarla. Mientras que Pedesis toma su nombre de Brown, él no fue la primera persona en describirlo. El poeta romano Lucrecio describe el movimiento de las partículas de polvo alrededor del año 60 a. C., que utilizó como evidencia de átomos..

El fenómeno del transporte permaneció sin explicación hasta 1905 cuando Albert Einstein publicó un artículo que explicaba que el polen estaba siendo movido por las moléculas de agua en el líquido. Al igual que con Lucrecio, la explicación de Einstein sirvió como evidencia indirecta de la existencia de átomos y moléculas. A principios del siglo XX, la existencia de unidades tan pequeñas de materia era solo una teoría. En 1908, Jean Perrin verificó experimentalmente la hipótesis de Einstein, que le valió a Perrin el Premio Nobel de Física de 1926 "por su trabajo en la estructura discontinua de la materia".

La descripción matemática del movimiento browniano es un cálculo de probabilidad relativamente simple, importante no solo en física y química, sino también para describir otros fenómenos estadísticos. La primera persona en proponer un modelo matemático para el movimiento browniano fue Thorvald N. Thiele en un documento sobre el método de los mínimos cuadrados que se publicó en 1880. Un modelo moderno es el proceso de Wiener, nombrado en honor a Norbert Wiener, quien describió la función de Un proceso estocástico de tiempo continuo. El movimiento browniano se considera un proceso gaussiano y un proceso de Markov con una trayectoria continua que ocurre a lo largo del tiempo continuo.

¿Qué es el movimiento browniano??

Debido a que los movimientos de átomos y moléculas en un líquido y gas son aleatorios, con el tiempo, las partículas más grandes se dispersarán de manera uniforme en todo el medio. Si hay dos regiones adyacentes de materia y la región A contiene el doble de partículas que la región B, la probabilidad de que una partícula abandone la región A para ingresar a la región B es dos veces mayor que la probabilidad de que una partícula abandone la región B para ingresar a A. La difusión, el movimiento de partículas desde una región de mayor a menor concentración, puede considerarse un ejemplo macroscópico de movimiento browniano..

Cualquier factor que afecte el movimiento de partículas en un fluido afecta la velocidad del movimiento browniano. Por ejemplo, el aumento de la temperatura, el aumento del número de partículas, el tamaño de partícula pequeño y la baja viscosidad aumentan la velocidad de movimiento.

Ejemplos de movimiento browniano

La mayoría de los ejemplos de movimiento browniano son procesos de transporte que se ven afectados por corrientes más grandes, pero también exhiben pedesis.

Ejemplos incluyen:

• El movimiento de los granos de polen en aguas tranquilas.
• Movimiento de motas de polvo en una habitación (aunque en gran medida afectadas por las corrientes de aire)
• Difusión de contaminantes en el aire.
• Difusión de calcio a través de los huesos.
• Movimiento de "agujeros" de carga eléctrica en semiconductores

Importancia del movimiento browniano

La importancia inicial de definir y describir el movimiento browniano era que apoyaba la teoría atómica moderna..

Hoy en día, los modelos matemáticos que describen el movimiento browniano se usan en matemáticas, economía, ingeniería, física, biología, química y muchas otras disciplinas..

Movimiento Browniano Versus Motilidad

Puede ser difícil distinguir entre un movimiento debido al movimiento browniano y el movimiento debido a otros efectos. En biología, por ejemplo, un observador necesita saber si un espécimen se está moviendo porque es móvil (capaz de moverse solo, tal vez debido a cilios o flagelos) o porque está sujeto al movimiento browniano. Por lo general, es posible diferenciar entre los procesos porque el movimiento browniano parece desigual, aleatorio o como una vibración. La verdadera motilidad aparece a menudo como un camino, o de lo contrario el movimiento gira o gira en una dirección específica. En microbiología, la motilidad puede confirmarse si una muestra inoculada en un medio semisólido migra lejos de una línea de punción.

Fuente

"Jean Baptiste Perrin - Hechos". NobelPrize.org, Nobel Media AB 2019, 6 de julio de 2019.