El movimiento browniano

El movimiento descrito arriba, que lleva a cabo una particula muy pequeña que esta inmersa en un fluido, se llama movimiento browniano. Este moviemiento se caracteriza por ser continuo y muy irregular. La trayectoria que sigue la particula es en zigzag (figura 1)

 

Figura 1 Trayectoria irregular que sigue una particula browniana

 el fisico frances Jean Perrin dio una descripcion de este fenomeno "En un fluido en equilibrio, como el agua dentro de un vaso todas sus partes aparecen completamente sin movimiento. Si ponemos en el agua un objeto de mayor densidad, cae. La caida, es cierto sera mas lenta si el objeto es menor; pero un objeto visible siempre termina en el fondo del vaso y no tiende a subir. Sin embargo, sería difícil examinar durante mucho tiempo una preparación de partículas muy finas en un líquido sin observar un movimiento perfectamente irregular. Se mueven, se detienen, empiezan de nuevo, suben, bajan, suben otra vez, sin que se vea que tiendan a la inmovilidad.

De todo este trabajo, Brown sacó la conclusion de que tal fenomeno es característico de cualquier tipo de suspenciones en el que las particulas suspendidas tengan dimensiones muy pequeñas.

El famoso fisico ingles Michale Faraday defendió las ideas de Brown, señalando que este movimiento no se podia explicar por ninguna de las causas propuestas.

Entre 1850 y 1875 August Krönig, Rudolf Clausius, James Maxwell y Ludwing Boltzmann desarrollaron las bases de la moderna teoria cinetica de la materia. Supusieron que las sustancias estaban compuestas por átomos y a partir de su comportamiento microscópico obtuvieron como consecuencia algunas propiedades macroscópicas. En particular, pudieron fundamentar varios resultados que ya se conocian en la termodinamica y explicar diversos fenómenos. Calcularon, por ejemplo, propiedades tales como el calor especifico, la conductividad térmica y la viscosidad de gases poco densos y todo ello en términos de propiedades de los átomos que los constituyen.

Despues de 3 decadas de el trabajo de Brown nadie le tomo interes a dicho movimiento 

Pero despues algunas personas consideraron la posibilidad de que el movimiento browniano fuera causado por la colisiones de los átomos el fluido con la particula inmersa en él. El botánico alemán Karl Nägeli publicó un trabajo en 1879 en el que trató de probar que este mecanismo no podía ser el causante del movimiento browniano. El argumento que daban era muy sencillo. Si, como es el caso, la partícula inmersa en el fluido tiene una masa mucho mayor que la deun átomo del fluido (figura 2), entonces al chocar estas dos particulas, la particula masiva casi no es afectada por el choque. En particular, Nägeli usó los valores apropiados para hongos que introdujo en un gas: la masa del hongo era 300 millones de veces mas grande que la de la molécula de gas.

 Figura 2. Colisión de un átomo del fluido con la partícula browniana.

Sin embargo, Gouy  hizo la importante sugerencia de que el movimiento browniano podria ser una violacion a la segunda ley de la termodinámica. El argumento que daba era que, al moverse la particula en el fluido, en lugar de disipar su energia cinetica en calor debido a la friccion entre ellos (la viscosidad entre el fluido y la particula) ocurria que en ciertos momentos la velocidad de la particula aumentaba. Esto significaba que de alguna manera la particula extraía energía calorífica del fluido y la transformaba en enrgía cinética.

Propusieron rechazar de plano las teorías atómica y cinética de la materia y quedarse solamente con las leyes de la termodinámica.

En resumen, podemos decir que en los primeros años del siglo XX la situación era la siguiente: por una parte, no se tenía una explicación firme y clara de las causas del movimiento browniano; al contrario, lo que se tenía era un panorama muy confuso y contradictorio. Por otro lado, un gran número de importantes científicos no aceptaba la hipótesis de la constitución atómica de la materia. Ellos abogaban por la tesis según la cual no era necesario desarrollar una teoría microscópica de las propiedades de la materia (o sea, la teoría cinética) sino que las leyes de la termodinámica eran suficientes, pues contenían toda la información necesaria sobre un sistema físico. Además, así se evitarían todas las inconsistencias y paradojas que aparentemente contenía la teoría atómica.

Para demostrar un poco como es tal movimiento aqui se incluye un video para visualizarlo:http://www.youtube.com/watch?v=3EHQf3HRiDc&feature=youtube_gdata_player