Beobachtungen von BROWN
Robert BROWN machte im Jahre 1827 eine Entdeckung, welche unsere Vorstellung vom Aufbau der Materie und unser Verständnis der Wärmeerscheinungen wesentlich beeinflusste. BROWN beobachtete mit dem Mikroskop Pollenkörner, welche sich in einer wässrigen Lösung (Suspension) befanden. Er war sehr überrascht, dass die Pollenkörner auch nach langer Beobachtungszeit in ständiger regelloser Bewegung waren. Zunächst dachte BROWN, er beobachte Lebewesen. Doch als er Rußkörner oder feinste Metallspäne in das Wasser gab, bewegte sich auch diese tote Materie ähnlich wie die Pollenkörner.
Umsetzung in der Schule
Im Unterricht werden an Stelle der Pollenkörner oft die Fetttröpfchen einer Milch (am besten eignet sich unbehandelte Bio-Milch), die stark mit Wasser verdünnt wurde, unter dem Mikroskop beobachtet.
Im animierten Bild wurden einige Tropfen Milch in Wasser eingebracht und das Stoffgemisch (Suspension) unter einem Mikroskop beobachtet. Vergleiche in der Darstellung insbesondere die Bewegung größerer Teilchen mit der von kleineren Teilchen.
Alternative Umsetzung mit einer Rauchkammer
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Für eine gute Beobachtung des "Mikrowimmeln" eignet sich auch eine sogenannte Rauchkammer, in die man Zigarettenrauch einbläst. Um die Rauchteilchen sehen zu können blickt man durch ein Mikroskop in die mit Fenstern versehene Kammer. Das nebenstehende Foto einer geeigneten Versuchsanordnung wurde uns von Frederik Fleißner zur Verfügung gestellt, der sich u.a. in seiner Facharbeit am Gymnasium Aschaffenburg mit der BROWNschen Bewegung beschäftigte. Im Deutschen Museum in München kann man in der Physik-Abteilung eine Raumkammer live erleben. |
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Beobachtest du die Teilchenbewegung unter dem Mikroskop eine Zeit lang und zeichnest dabei die Wege von ausgewählten Teilchen des Stoffgemisches auf, so entsteht ein wirres, regelloses Wegenetz ohne klar erkennbare Strukturen. Daraus kannst du schließen, dass die Brownsche Bewegung eine Zufallsbewegung ist, die keine Vorzugsrichtung besitzt.
Deutung
Die scheinbar regellose, permanente Bewegung der Schwebeteilchen wird Brownsche Bewegung genannt. Schon bald nach der Entdeckung BROWNs kam die Vermutung auf, dass diese unregelmäßige permanente Bewegung der Schwebeteilchen durch im Mikroskop nicht sichtbare (submikroskopische) Teilchen bewirkt wird. Später fand man heraus, dass es sich bei diesen submikroskopischen Teilchen um Atome und Moleküle handelt. Die großen, sichtbaren Schwebeteilchen stoßen aus allen Richtungen mit einer Vielzahl von submikroskopischen Atomen bzw. Molekülen, sodass eine zufällige Bewegung entsteht.
Die quantitative Behandlung der Brownschen Bewegung und der Diffusion gelang erst Einstein und Smoluchowski zu Beginn des 20. Jahrhunderts mit der sog. Einstein-Smoluchowski-Beziehung.