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 proviene 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, el impacto puede moverla con muchas masas diminutas que se mueven rápidamente. El movimiento browniano puede considerarse una imagen macroscópica (visible) de una partícula influenciada por muchos efectos microscópicos aleatorios.
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. Si bien pedesis toma su nombre de Brown, 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 los átomos.
El fenómeno del transporte permaneció sin explicación hasta 1905 cuando Albert Einstein publicó un artículo que explicaba que las moléculas de agua en el líquido movían el polen. 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 tan pequeñas unidades 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 sobre la estructura discontinua de la materia».
La descripción matemática del movimiento browniano es un cálculo de probabilidad relativamente simple, de importancia 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 artículo sobre el método de mínimos cuadrados que se publicó en 1880. Un modelo moderno es el proceso de Wiener, llamado así 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 durante un tiempo continuo.
¿Qué es el movimiento browniano?
Debido a que los movimientos de átomos y moléculas en un líquido y un gas son aleatorios, con el tiempo, las partículas más grandes se dispersarán uniformemente por 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 salga de la región A para entrar en la región B es dos veces mayor que la probabilidad de que una partícula salga de la región B para entrar en A. La difusión, el movimiento de partículas de 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 impacta la velocidad del movimiento browniano. Por ejemplo, el aumento de temperatura, el aumento del número de partículas, el tamaño de partículas 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 que también presentan pedesis.
Ejemplos incluyen:
- El movimiento de los granos de polen en aguas tranquilas.
- Movimiento de motas de polvo en una habitación (aunque se ve afectado en gran medida 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 fue que apoyaba la teoría atómica moderna. Hoy en día, los modelos matemáticos que describen el movimiento browniano se utilizan 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 poder decir si un espécimen se mueve porque es móvil (capaz de moverse por sí solo, quizás 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 bien el movimiento gira o gira en una dirección específica. En microbiología, la motilidad se puede confirmar si una muestra inoculada en un medio semisólido migra lejos de una línea de punción.
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