Роберт броун доклад 7 класс по физике
Обновлено: 03.07.2024
Шотландский ученый Роберт Броун внес огромный вклад в биологию, представив описание неизвестных видов, классификации растений и клеточного ядра. Благодаря новаторскому использованию микроскопа он открыл броуновское движение, которое стало подтверждением теорий Норберта Винера и Альберта Эйнштейна.
Детство и юность
Роберт Броун родился в Шотландии 21 декабря 1773 года в семье священнослужителя-якобинца и его первой и единственной жены. Мальчик посещал местную гимназию, а затем Маришальский колледж в Абердине, но не окончил образование из-за переезда в столицу страны.
После смерти отца Роберт заполнил существовавшие пробелы в знаниях и, решив изучать медицину, поступил в Эдинбургский университет. На 2-м курсе интересы парня переключились на ботанику, и он с преподавателем Джоном Уокером провел в экспедициях ряд последующих лет.
Занимаясь составлением описаний растений, которые нашлись на шотландских высокогорьях, будущий ученый собирал коллекции и открыл неизвестный вид травы. Вскоре появилась исследовательская работа, посвященная Alopecurus alpinus, которая была представлена экспертам в Эдинбургском обществе естественной истории.
В 1794 году Броун завербовался на военную службу и в качестве армейского хирурга пребывал на территории Ирландии. Имея достаточно свободного времени, он изучал криптограммы и местную флору и вел переписку с сэром Джозефом Банксом и другими выдающимися ботаниками.
Личная жизнь
О личной жизни Роберта Броуна потомкам ничего не известно, предположительно, у него не было свободного времени, чтобы завести жену и детей. Он часто отсутствовал дома, находясь в экспедициях или лаборатории, где занимался уникальными исследованиями и написанием научных статей.
Наука
В декабре 1800 года Роберт узнал, что исследовательской экспедиции, отправлявшейся на Южное полушарие, требовался ботаник и натуралист. Он надеялся, что это откроет новую страницу в его биографии и незнакомые территории гарантированно преподнесут сюрприз.
И действительно, на мысе Доброй Надежды и островах Западной Австралии обнаружились 2 тыс. новых видов папоротников, цветов и трав. В течение четырех лет ученый собирал материалы и в итоге стал автором ценнейшей коллекции, которую по возвращении на родину изучил и подробно описал.
Разработав уникальную систематику видов, Броун выступил как талантливый морфолог, способный разобрать объекты до молекул и мельчайших атомов и частиц. Это отразилось в научной работе Prodromus Florae Novae Hollandiae et Insulae Van Diemen, вызвавшей похвалу коллег-ботаников и высокопоставленных государственных лиц.
В награду шотландец получил пост библиотекаря сэра Джозефа Банкса, а после смерти баронета и натуралиста стал наследником коллекции книг. Он передал все Британскому музею в середине 1827 года, о чем свидетельствовали копии документов и записи, занесенные в личный дневник.
В тот же период, основываясь на положениях сформулированной предшественниками клеточной теории, Броун сделал схематические рисунки и дал новое определение растительному ядру. Другими открытиями ученого стали классификация ботанических объектов и исправление ошибок в отнесении видов к тому или иному природному отделу.
Занимаясь изучением физиологии растений, Роберт провел исследование развития пыльника и обнаружил мельчайшие частицы и движущиеся плазматические тельца. В 1827 году он стал автором ряда экспериментов, в которых главным объектом изучения являлась цветочная пыльца.
В ходе опытов под микроскопом Роберт погрузил зерна в жидкость и наблюдал за перемещением под воздействием света и тепла. В результате были открыты принципы хаотичного броуновского движения, обнародованные в докладе для Лондонского королевского общества.
В современном мире ученые усомнились в методах, описанных в трудах Броуна, и пытались аннулировать открытие, ссылаясь на недостаточно мощный аппарат. Физики одного из британских университетов повторили эксперимент шотландца и подтвердили достоверность поведения пыльцевых зерен, заключенных в квадрат.
Смерть
На закате долгой жизни Роберт Броун, запечатленный на портретах, находился в столице Великобритании, посвящая время редактуре работ. Смерть по невыясненной причине 10 июня 1858 года стала неожиданностью для ученого общества и шокировала весь британский народ.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
БРОУН, РОБЕРТ (Brown, Robert) (1773–1858), английский ботаник. Родился 21 декабря 1773 в Монтроузе (Шотландия). Изучал медицину в Абердинском и Эдинбургском университетах (1789–1795). В течение пяти лет работал ассистентом хирурга в Британской армии. В 1798 в Лондоне познакомился с Дж.Бэнксом, президентом Королевского общества, и в 1801 по его рекомендации был приглашен принять участие в экспедиции, направлявшейся в Австралию. В 1805 возвратился в Англию с коллекцией растений, насчитывавшей более 4000 видов. В 1810 опубликовал труд, посвященный флоре Австралии. В том же году стал личным библиотекарем Бэнкса. После смерти последнего в 1820 его библиотека и все коллекции перешли по завещанию в пожизненное владение Броуна. В 1827 он передал их Британскому музею и стал хранителем его ботанического отдела. С 1849 по 1853 Броун был президентом Линнеевского общества.
Открытия Броуна Основные работы Броуна посвящены морфологии и систематике растений. Ученый впервые описал строение семяпочки и установил различие между голосеменными и покрытосеменными растениями (1825), обнаружил процесс полового скрещивания (опыления) у высших растений. Наблюдая под микроскопом поведение частиц пыльцы, взвешенных в воде, обнаружил, что они совершают хаотические зигзагообразные движения (1827). Впоследствии показал, что подобным же образом ведут себя суспензии любых других веществ. Это явление позже получило название броуновского движения. В 1831 Броун изучил и описал ядро растительной клетки.
Броуновским движением называется хаотическое и беспорядочное движение маленьких частиц, как правило, молекул в разных жидкостях или газах. Причиной возникновения броуновского движения является столкновение одних (более мелких частиц) с другими частицами (уже более крупными). Какая история открытия броуновского движения, его значение в физике, и в частности в атомно-молекулярной теории? Какие примеры броуновского движения есть в реальной жизни? Обо всем этом читайте далее в нашей статье.
Открытие
Наблюдение Броуна подтвердили и другие ученые. В частности было подмечено, что частицы имеют свойство ускоряться с увеличением температуры, а также с уменьшением размера самих частиц. А при увеличении вязкости среды, в которой они находились, их движение наоборот, замедлялось.
Роберт Броун, открыватель броуновского движения.
Это интересно: вы и сами можете наблюдать броуновское движение своими глазами, для этого вам понадобится не сильный микроскоп (ведь во время жизни Роберта Броуна еще не было мощных современных микроскопов). Если рассматривать через этот микроскоп, например, дым в зачерненной коробке и освещенный боковым лучом света, то можно будет увидеть маленькие кусочки сажи и пепла, которые будут непрерывно скакать туда-сюда. Это и есть броуновское движение.
Атомно-молекулярная теория
Открытое Броуном движение вскоре стало очень известным в научных кругах. Сам первооткрыватель с удовольствием показывал его многим своим коллегам. Однако долгие годы и сам Роберт Броун, ни его коллеги не могли объяснить причины возникновения броуновского движения, то почему оно вообще происходит. Тем более что броуновское движение было совершенно беспорядочным и не поддавалось никакой логике.
Его пояснение было дано лишь в конце ХIX века и оно не сразу было принято научным сообществом. В 1863 году немецкий математик Людвиг Кристиан Винер предположил, что броуновское движение обусловлено колебательными движениями неких невидимых атомов. По сути это было первое объяснение этого странного явления, связанное со свойствами атомов и молекул, первая попытка при помощи броуновского движения проникнуть в тайну строения материи. В частности Винер попытался измерить зависимость скорости движения частиц от их размера.
Впоследствии идеи Винера были развиты другими учеными, среди них был известный шотландский физик и химик Уильям Рамзай. Именно ему удалось доказать, что причиной броуновского движения мелких частиц являются удары на них еще более мелких частиц, которые в обычный микроскоп уже не видны, подобно тому, как не видны с берега волны качающие далекую лодку, хотя движение самой лодки видно вполне ясно.
Уильям Рамзай в своей лаборатории.
Таким образом броуновское движение стало одной из составных частей атомно-молекулярной теории и одновременно важным доказательством того факта, что вся материя, состоит из мельчайших частиц: атомов и молекул. В это трудно поверить, но еще в начале ХХ века часть ученых отрицала атомно-молекулярную теорию, и не верила в существование молекул и атомов. Научные работы Рамзая связанные с броуновским движением нанесли сокрушительный удар противникам атомизма, и заставили всех ученых окончательно убедиться, что вот смотрите сами, атомы и молекулы существуют, и их действие можно видеть собственным глазами.
Теория броуновского движения
Несмотря на внешний беспорядок хаотического движения частиц, их случайные перемещения все-таки попытались описать математическими формулами. Так родилась теория броуновского движения.
К слову, одним из тех, кто разрабатывал эту теорию, был польский физик и математик Мариан Смолуховский, который как раз в то время работал во Львовском университете и жил в родном городе автора этой статьи, в прекрасном украинском городе Львове.
Львовский университет, ныне университет им. И. Франка.
Параллельно с Смолуховским теорией броуновского движения занимался один из светочей мировой науки – знаменитый Альберт Эйнштейн, который в то время еще был молодым и никому известным работником в Патентном бюро швейцарского города Берна.
Оба ученых в результате создали свою теорию, которую можно также называть теорией Смолуховского-Эйнштейна. В частности была сформирована математическая формула, согласно нее среднее значение квадрата смещения броуновской частицы (s 2 ) за время t прямо пропорционально температуре Т и обратно пропорционально вязкости жидкости n, размеру частицы r и постоянной Авогадро.
NA: s 2 = 2RTt/6 ph rNA – так выглядит эта формула.
R в формуле – газовая постоянная. Так, если за 1 мин частица диаметром 1 мкм сместится на 10 мкм, то за 9 мин – на 10 = 30 мкм, за 25 мин – на 10= 50 мкм и т.д. В аналогичных условиях частица диаметром 0,25 мкм за те же отрезки времени (1, 9 и 25 мин) сместится соответственно на 20, 60 и 100 мкм, так как = 2. Важно, что в приведенную формулу входит постоянная Авогадро, которую таким образом, можно определить путем количественных измерений перемещения броуновской частицы, что и сделал французский физик Жан Батист Перрен.
Для наблюдений за броуновскими частицами Перрен использовал новейший на то время ультрамикроскоп, через который уже были видны мельчайшие частицы вещества. В своих опытах ученый, вооружившись секундомером, отмечал положения тех или иных броуновских частиц через равные интервалы времени (например, через 30 секунд). Затем соединяя положения частиц прямыми линями, получались разнообразные замысловатые траектории их движения. Все это зарисовывались на специальном разграфленном листе.
Так выглядели эти рисунки.
Составляя теоретическую формулу Эйнштейна со своими наблюдениями Перрен смог получить максимально точное для того времени значение числа Авогадро: 6,8 . 10 23
Своими опытами он подтвердил теоретические выводы Эйнштейна и Смолуховского.
Диффузия
Перемещения частиц при броуновском движении, внешне очень похоже с движением частиц при диффузии – взаимному проникновению молекул разных веществ под действием температуры. Тогда в чем же различие между броуновским движением и диффузией? В действительности, и диффузия и броуновское движение происходят по причине хаотического теплового движения молекул, и как результат описываются похожими математическими правилами.
Если же смотреть на микро уровне, то причиной движения броуновской частицы является ее столкновение с более мелкими частицами, в то время как при диффузии частицы сталкиваются с себе подобными другими частицами.
И диффузия и броуновское движение происходит под действием температуры. С уменьшением температуры, как скорость частиц при броуновском движении, так и скорость движения частиц при диффузии замедляются.
Примеры в реальной жизни
Теория броуновского движения, этих случайных блужданий имеет и практическое воплощение в нашей реальной жизни. Например, почему, человек, который заблудился в лесу, периодически возвращается на одно и то же место? Потому, что он ходит не кругами, а примерно так, как движется обычно броуновская частица. Поэтому свой собственный путь он пересекает сам много раз.
Поэтому, не имея четких ориентиров и направлений движения, заблудившийся человек уподобляется броуновской частице, совершающей хаотические движения. Но чтобы выйти из леса нужно иметь четкие ориентиры, разработать систему, вместо того, чтобы совершать разные бессмысленные действия. Одним словом, не стоит вести себя в жизни подобно броуновской частице, бросаясь из стороны в сторону, а знать свое направление, цель и призвание, иметь мечты, смелость и упорство их достигать. Вот так из физики мы плавно перешли к философии. На этом заканчиваем эту статью.
Биография Роберта Броуна, опыт с цветочной пыльцой, причины броуновского движения.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| prezentatsiya_brounovskoe_dvizhenie_yuldasheva.ppsx | 1.1 МБ |
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Траектории движения броуновских частиц
Броуновские частицы имеют размер порядка 0,1–1 мкм, т.е. от одной тысячной до одной десятитысячной доли миллиметра, потому-то Броуну и удалось разглядеть их перемещение, что он рассматривал крошечные цитоплазматические зернышки, а не саму пыльцу (о чем часто ошибочно пишут). Дело в том, что клетки пыльцы слишком большие. Так, у пыльцы луговых трав, которая переносится ветром и вызывает аллергические заболевания у людей (поллиноз), размер клеток обычно находится в пределах 20 – 50 мкм, т.е. они слишком велики для наблюдения броуновского движения. Важно отметить также, что отдельные передвижения броуновской частицы происходят очень часто и на очень малые расстояния, так что увидеть их невозможно, а под микроскопом видны перемещения, происшедшие за какой-то промежуток времени. Казалось бы, сам факт существования броуновского движения однозначно доказывал молекулярное строение материи, однако даже в начале 20 в. были ученые, и в их числе – физики и химики, которые не верили в существование молекул. Атомно-молекулярная теория лишь медленно и с трудом завоевывала признание.
Причины Броуновского движения. Броуновское движение происходит из-за того, что все жидкости и газы состоят из атомов или молекул — мельчайших частиц, которые находятся в постоянном хаотическом тепловом движении, и потому непрерывно толкают броуновскую частицу с разных сторон. Было установлено, что крупные частицы с размерами более 5 мкм в броуновском движении практически не участвуют (они неподвижны или седиментируют ), более мелкие частицы (менее 3 мкм) двигаются поступательно по весьма сложным траекториям или вращаются. Когда в среду погружено крупное тело, то толчки, происходящие в огромном количестве, усредняются и формируют постоянное давление. Если крупное тело окружено средой со всех сторон, то давление практически уравновешивается, остаётся только подъёмная сила Архимеда — такое тело плавно всплывает или тонет. Если же тело мелкое, как броуновская частица, то становятся заметны флуктуации давления, которые создают заметную случайно изменяющуюся силу, приводящую к колебаниям частицы. Броуновские частицы обычно не тонут и не всплывают, а находятся в среде во взвешенном состоянии .
Читайте также: