Brownsche Bewegung
Brownsche Bewegung
Beschreibung Brownsche Bewegung
Hallo, hast du schon einmal beobachtet, dass sich Staubteilchen im Zimmer unvorhersehbar hin und her bewegen? In diesem Video lernst du ganz kurz und knapp, was man unter der Brownschen Bewegung versteht. Wenn also kleine Teilchen in Flüssigkeiten oder Gasen ganz willkürlich erscheinende Zick-Zack-Bewegungen durchführen. Du lernst am Beispiel von einem Staubkorn in der Luft und Fetttröpfchen in Wasser, wie diese Bewegung zustande kommt und wie die Stöße zwischen den beteiligten Teilchen zur inneren Energie beitragen.
Transkript Brownsche Bewegung
Hallo,
in diesem Video möchte ich euch erklären, was die Brown'sche Bewegung ist und was das mit dem Teilchenmodell und Temperatur zu tun hat.
Betrachten wir mal dieses Staubkorn hier, welches sich in Luft befinden soll. Wenn man das jetzt unter dem Mikroskop anguckt, kann man die Bewegung des Staubkorns verfolgen. Aber dann kommt was ganz Komisches bei heraus, denn das Staubkorn bewegt sich ständig, ohne aufzuhören in irgendwelche Richtungen, kreuz und quer, ohne jegliche Struktur. Das ist schon komisch, denn warum bleibt es nicht einfach irgendwann stehen? Man stellt sich dann doch die Frage, woher kommt diese Energie? Es muss doch dann eine unsichtbare Kraft geben, die das Staubkorn immer wieder anstößt und in unterschiedliche Richtungen drängt. Genau dieselbe Frage stellte sich Robert Brown schon im Jahre 1827 und die Antwort darauf ist Folgende:
Das Staubkorn befindet sich ja in Luft. Also schweben um es herum etliche von kleinen Luftmolekülen. Und genau diese für uns unsichtbaren Luftmoleküle sind die Ursache für die komische Bewegung, die das Staubkorn in der Luft vollführt. Denn die Luftmoleküle selbst bewegen sich ja auch. Und dabei stoßen sie sehr oft gegeneinander, wechseln die Richtung und stoßen natürlich auch gegen das Staubkorn, weswegen die eigenartige Bewegungsstruktur entsteht. Es finden also in der Luft ständige Bewegungsenergieübertragungen durch Stöße statt.
Schauen wir nun mal, was passiert, wenn wir die Luft ein wenig erhitzen. Wenn man einen Stoff erhitzt, bedeutet das ja, dass sich die Teilchen in dem Stoff schneller bewegen, d.h., die Stöße gegen das Staubkorn werden auch stärker und dieses bewegt sich nun schneller.
Also was hat man nun mit dieser Entdeckung herausgefunden? Man weiß nun: Eine höhere Temperatur in einem Stoff bedeutet auch eine größere Bewegungsenergie der Teilchen, also der Moleküle oder der Atome. Und eine größere Bewegungsenergie bedeutet dann auch eine größere Innere Energie des gesamten Stoffes.
Übrigens könnt ihr zu Hause auch mal selbst probieren, ob ihr die Brown'sche Bewegung sehen könnt. Ihr nehmt euch einfach sehr fetthaltige Milch, am besten Bio-Milch, und verdünnt diese stark mit Wasser. Und dann könnt ihr in dem Gemisch die kleinen Fetttröpfchen der Milch beobachten. Und ich wette mit euch, die werden nicht zur Ruhe kommen.
Also, das war's. Bis zum nächsten Mal, tschüss.
Brownsche Bewegung Übung
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Nenne die Frage, die sich Brown zu dem Staubkorn stellte.
TippsÜberlege, welche Fragen sich bei einem Objekt wie einem Staubkorn wohl leicht beantworten lassen, und welche vielleicht nach einem physikalischen Rätsel aussehen.
LösungDie Frage, auf die Brown eine Antwort suchte, war die, warum sich diese Staubkörner dauernd bewegen. Sie sind zwar im Medium Luft, aber es gibt keinen Wind oder andere erkennbare Kräfte.
Alle anderen Aussagen sind dagegen falsch und führen auch zu keinen sonderlich revolutionären Erkenntnissen.
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Beschreibe Browns Antwort auf die Frage mit dem Staubkorn.
TippsDas Staubkorn liegt einfach frei, aber in einem geschlossenen System unter einem Mikroskop.
LösungWarum bewegt sich ein Staubkorn von allein?
Die Antwort darauf ist, dass es sich in Luft befindet. Denn Luft besteht aus Molekülen, welche immer in Bewegung sind. Dabei stoßen sie das Staubkorn an.
Diese Energie reicht bei einem Staubkorn bereits aus, um es zu bewegen.
Das nennt man dann Brown'sche Bewegung.
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Erkläre, wie man die Brown'sche Bewegung verstärken kann.
TippsÜberlege, was dir bei dem Begriff „Innere Energie“ einfällt.
Eine Feder ist im Vergleich zum Staubkorn sehr schwer.
LösungDie Energie wird von den Luft-Molekülen auf das Staubkorn übertragen, aber welche Energie ist es? Weiß man das, so weiß man auch, wie man sie verstärkt.
Da dort Stöße stattfinden, klingt kinetische Energie einleuchtend und das stimmt sogar.
Aber in dieser Größenordnung, nämlich der der Moleküle und Atome, betrachten wir die innere Energie, dort ist die Bewegungsenergie nicht die kinetische Energie, sondern die thermische Energie.
Eine höhere Temperatur hat also schon der Definition nach eine stärkere Molekülbewegung zur Folge.
Das bedeutet dann stärkere Stöße, das Staubkorn bewegt sich stärker.
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Beschreibe die Energieformen der inneren Energie.
TippsDie Brown'sche Bewegung wird durch mehr thermische Energie verstärkt.
LösungDie innere Energie ist die Energie der Atome und Moleküle, also der Teilchen.
Wie diese Teilchen zusammenhalten, ist von ihrer Bindungsenergie abhängig, sie wird oft in der Chemie betrachtet.
Die potentielle Energie ist die Energie im Atomkern, welche bei einer Kernspaltung frei wird.
Die für dieses Thema wichtige Energie ist die thermische Energie, sie beschreibt die Teilchenbewegung. Hohe Temperaturen führen also zu chaotischeren und stärkeren Teilchenbewegungen.
Die Bewegungsenergie würde man normalerweise als kinetische Energie beschreiben. Bei der thermischen Energie sind allerdings viele Teilchen gemeint, die sich frei umher bewegen, anstelle von einem Teilchen mit berechenbarer Bewegung, daher spricht man von thermischer Energie.
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Beschreibe Robert Browns Erkenntnisweg.
TippsEs geht hier in erster Linie um Bewegungsprozesse, also im weitesten Sinne um kinetische Energie.
LösungRobert Brown fand heraus, dass dieses Staubkorn, das unaufhörlich auf seinem Mikroskop zappelte, durch die Luft-Teilchen angestoßen wurde. Diese haben eine Bewegungsenergie, die thermische Energie, wodurch sie sich in alle Richtungen bewegen.
Das bedeutet, sie stoßen das Staubkorn ständig an.
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Unterscheide zwischen Temperatur und Wärme.
TippsWärme verteilt sich gleichmäßig im Medium.
LösungDie Begriffe „Temperatur“ und „Wärme“ werden fälschlicherweise oft gleichbedeutend verwendet.
Doch mit Wärme meint man die thermische Energie, also die Wärmeenergie.
Die Temperatur ist dann der Grad an Wärme im Gefäß.
Da die Kerzen nun beide gleich viel Energie abgeben, erhalten beide Gefäße auch die gleiche Menge thermischer Energie.
Ihre Temperatur ist dennoch verschieden, denn die erhaltene Energie wird im großen Gefäß auf viel mehr Teilchen verteilt als im kleinen, dort bekommt jedes Teilchen eine größere „Portion“ Energie.
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5 Kommentare
Tolles Video danke
Top erklärt vielen Dank 👍👍👍
echt suoer
gut :)
ich höre nichts