Diffusion: Ideen zur schulischen Veranschaulichung

Author(s)

Magdalena Bunzenberger, Bogdan Sepiol

Abstract

In der vorliegenden Arbeit beginnt die Geschichte der Diffusion mit der Entdeckung der Brownschen Bewegung und setzt mit einer atomaren Sichtweise der Diffusion fort. Im ersten Teil der Arbeit wird auch die der Diffusion zugrundeliegende Theorie erläutert, zu der die Stokes-Einstein Gleichung, die Einstein-Smoluchowski Relation, das Grahamssche Gesetz und die Fickschen Gesetze 1 & 2 gehören. Des Weiteren wird eine der wichtigsten experimentellen Techniken zur Untersuchung kondensierter Materie vorgestellt, anhand welcher man heute sowohl statische Strukturinformationen als auch Einblicke in die dynamischen Prozesse einer Probe erhalten kann. Im dritten Teil der Arbeit wird die Bedeutung der Diffusion für den Unterricht erläutert. Es werden Versuche vorgestellt, welche die Vorstellung vom atomaren Aufbau der Materie fördern und welche aufgrund geringer Kosten auch tatsächlich in der Schule durchgeführt werden können. Dabei wird die Brownsche Bewegung von Pollen der Hahnenfuß-Pflanze ("Ranunculus acris") unter dem Mikroskop beobachtet, wie es der Botaniker Robert Brown im Jahr 1827 mit Pollen der Pflanze "Clarkia pulchella" und vielen weiteren durchführte. In diesen Versuchen wird die unregelmäßige Zitterbewegung von kleinen Partikeln in Flüssigkeiten deutlich sichtbar. Beim Versuch mit KMnO4 kann beobachtet werden, dass sich mit der Zeit nicht nur die hellviolette Schicht ausdehnt, sondern auch die dunkle Schicht der Kaliumpermanganat-Lösung. Dieser Versuch zeigt nicht nur die Temperaturabhängigkeit der Molekularbewegung, sondern macht auch den Einfluss der Teilchengröße auf die Molekularbewegung ersichtlich.

Organisation(s)

Dynamics of Condensed Systems

No. of pages

68

Publication date

06-2018

Austrian Fields of Science 2012

103008 Experimental physics, 103015 Condensed matter

Keywords

ASJC Scopus subject areas

Condensed Matter Physics

Portal url

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