Umfrageergebnis anzeigen: Besteht Interesse daran das im Beitrag besprochene Phänomen im Physikunterricht zu erklären?
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Nein
8 57,14%
Ergebnis 1 bis 17 von 17
Thema: stromdurchflossener Leiter
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30.12.2009, 22:19 #1OmegaPirat
stromdurchflossener Leiter
Ich denke jeder hat irgendwann mal während seiner Schulzeit im Physikunterricht gesagt bekommen, dass sich um einen stromdurchflossenen Leiter ein magnetisches Wirbelfeld bildet. Aber auch aus dem Alltag hat man dies vielleicht schonmal gehört. Diese Aussage hat in der Schule bis noch weit in die Uniphysik hinein die Stellung eines Postulats. Der einzige Unterschied zwischen Schule und Uni (Bachelor) besteht dann nur darin, dass dies zusätzlich quantitativ erfasst wird.
Ich fand es damals in der Schule sehr unbefriedigend einfach ein magnetisches Wirbelfeld als gegeben hinzunehmen, weil es halt die Beobachtungen erfordern.
Die heutige Physik kann dies zwar erklären, es wird nämlich mit der relativistischen E-Dynamik erklärt, jedoch ist diese nicht mehr teil der Lehrerausbildung (weshalb lehrer davon meistens nichts wissen) und erscheint auf dem ersten Blick eh viel zu kompliziert für die Schule.
Meistens kommen dutzende Deltafunktionale , Mehrfachintegrale, wegintegrale, ringintegrale...vor, was letztlich auf das biot-savart-gesetz und schließlich auch auf die maxwell-gleichungen führt.
Deshalb habe ich mir für einen Spezialfall, nämlich den des stromdurchflossenen Leiters, nach zahlreichen Gedankenexperimenten eine Herleitung magnetischer Wirbelfelder erdacht, die alles nur auf ein Minimum reduziert, so dass diese Herleitung für die Schule zumutbar ist. Sehr einfach ist die Herleitung trotzdem nicht, aber auch nicht schwer, also von schulverhältnissen aus gesehen.
Ich habe mir nämlich die Frage gestellt, ob es möglich ist Schülern zu erklären, warum stromdurchflossene leiter magnetische wirbelfelder um sich aufbauen oder präziser wieso bewegte ladungen magnetische wirbelfelder um sich aufbauen und ich denke diese frage bejahen zu können.
Meine Frage ist jetzt. Besteht bei Schülern grundsätzlich Interesse daran, dass dieses Phänomen im Physikunterricht geklärt wird, auch wenn man deswegen einen kleinen Exkurs in die spezielle Relativitätstheorie machen muss? Oder bin ich der einzige, der sich sowas im Physikunterricht gewünscht hat? Zumindest einem Physik Lk kann man das sehr wohl zumuten.
Weiterhin habe ich mich gefragt, ob man den ferromagnetismus (also permanentmagneten) unter den quantentheoretischen aspekten in der schule erklären kann, bislang muss ich dies verneinen. Außer klassische analogiebetrachtungen, die das ganze aber nicht sauber erklären können, fiel mir dazu nicht viel ein. permanentmagneten werden in der schulphysik auch nicht erklärt, sondern als gegeben hingenommen. Hier kommt aber eben noch der quantenmechanische Aspekt hinzu und das bisschen quantenmechanik in der oberstufe reicht leider nicht.
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31.12.2009, 15:32 #2iHook
AW: stromdurchflossener Leiter
Physik 4std. hab ich nur aus Zwang in Betracht gezogen da ich eine NTW 4std. nehmen muss.
Von meiner Seite aus besteht da def. kein Interesse.
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31.12.2009, 15:34 #3mxyptlk
AW: stromdurchflossener Leiter
Vielleicht wäre es schön, die Grundlagen erklärt zu bekommen. Du darfst aber nicht vergessen, dass Schule und Uni einen Lehrauftrag haben, der nicht in dieser Tiefe auf ein einzelnes Phänomen eingehen kann. Das mag dich persönlich als einen ambitionierten und interssierten angehenden Physiker enttäuschen, aber Studium beduetet immer auch Selbststudium. Wenn dich die Maxwellschen Gleichungen besonders interessieren, muss das noch lange nicht alle interessieren, geschweige den verständlich sein.
Und für Quantentheorien ist - zumindest an den Schulen - sicher weder Zeit noch Kompetenz in dem Maße vorhanden wie sie gegeben sein müssten. Maxwell wird sich zwar - auch ganz ohne Strom - in seinem Grabe umdrehen, aber: That´s Life!
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31.12.2009, 18:02 #4OmegaPirat
AW: stromdurchflossener Leiter
Man kann es aber ganz ohne Maxwell-Gleichungen erklären. Die Maxwell-Gleichungen würden auch nichts dazu beitragen, da sie in der heutigen Physik eine tiefergehende Folgerung der rel. E-Dynamik sind.
Ich spreche hier davon, wie man es im Schulrahmen erklären könnte und ich kann es in 2 schulstunden (90 minuten) allgemein verständlich ohne zu hart in die materie zu gehen erklären.
Es ist sicherlich nicht sinnvoll in der Schule für ein Einzelphänomen viel Zeit abzuzweigen, aber Magnetfelder sind grundsätzlich ein Phänomen von dem man schonmal gehört haben sollte, es wird aber in der schule nie so richtig klar, was denn nun ein magnetfeld ist und wieso magnetfelder immer nur auftauchen, wenn anderswo elektrische felder sind, also wieso magnetfelder mit elektrischen feldern zusammenhängen, dies geht dann bis hin zu den sehr wichtigen elektromagnetischen wellen von denen unsere moderne technik dominiert wird. Von Radiowellen bis hin zu gammastrahlung. Hier kann man sicherlich nicht mehr von einem Einzelphänomen sprechen und ich finde diese dinge werden erst klarer, wenn man kurz mal erklärt bekommen hat, wie aus elektrischen feldern magnetische felder hervorgehen.
Weiterhin handelt es sich hier nicht um exotische Phänomene, sondern um Phänomene die uns in unserem Alltagsleben ständig begegnen.
Die Erklärung wie aus elektrischen Feldern über relativistische Effekte Magnetfelder hervorgehen trägt massiv zum Verständnis von Magnetfeldern bei und erleichtert hinterher das theoretische Arbeiten mit elektrischen und magnetischen Feldern.
Und was die Quantentheorien angeht. Genau deshalb bin ich auch zum Schluss gekommen, dass es im Schulrahmen nicht möglich ist den Ferromagnetismus zu erklären.
Man könnte das ganze jetzt noch weiter spinnen und Quantenelektrodynamik machen um Schülern das Wesen elektrischer Felder nahezulegen. Dann würde aber wohl niemand mehr das Physikabi schaffen. Jedenfalls würde dies aber nicht viel zum Verständnis elektromagnetischer Wechselwirkungen beitragen, zumindest von denen, die man in der schule behandelt, also lamb-shift und sowas mal außen vor gelassen.
Ich für meinen teil kann nur sagen, dass ich erst weiß, was magnetische felder sind, als ich das erste buch über rel. E-Dynamik gelesen habe, was aber für die Schule vom Anspruch her nicht zumutbar ist, es ist aber möglich dies didaktisch so zu reduzieren, dass es vom Anspruch her nicht mehr verlangt als die semiklassische historische Quantentheorie der Oberstufe, sofern man sich nur auf den stromdurchflossenen leiter beschränkt. Aber bei dieser Beschränkung ist es durchaus legitim um die daraus gewonnenen Erkenntnisse als allgemeingültig anzusehen, schließlich studiert man die diskretisierung der energie in der schule auch nur für den spezialfall des unendlich hohen potentialtopfs. Die Diskretisierung physikalischer größen ist fundamental für die natur und das nicht nur für den unendlich hohen potentialtopf hat.
Woox
Und ich bin nicht so realitätsfern, dass ich nicht weiß, dass es Schüler gibt, die das Fach so früh wie möglich am liebsten abwählen möchten oder es halt zwanghaft weiter belegen müssen. Deshalb schweben mir schon darstellungsweisen der materie vor, die nicht über den ansprüchen des jetzigen Physikunterrichts hinausgehen.
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31.12.2009, 19:30 #5mxyptlk
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31.12.2009, 20:54 #6OmegaPirat
AW: stromdurchflossener Leiter
Es ist aber ein Anliegen des allgemeinbildenden Gymnasiums Allgemeinbildung zu vermitteln. Grundkenntnisse zu magnetischen Feldern (insbesondere auch Folgeerscheinungen wie elektromagnetische Wellen) sind Allgemeinbildung. Dies ist zwar auch Bestandteil der Schulphysik, aber magnetische Felder kann man ohne die relativistischen Hintergründe kurz zu skizzieren nicht verstehen.
Im Grunde existiert keine nicht relativistische Magnetostatik. Es gibt sogar sehr einfache gedankenbeispiele, die eine nicht relativistische Magnetostatik zu Paradoxa führen. Und diese Beispiele kann sogar ein 8. Klässler bringen, nur fällt denen das meistens nicht auf, oftmals wird aus desinteresse auch nicht drüber nachgedacht.
Ab und zu kommt die SRT ja auch in der Oberstufe als Schwerpunkt vor, aber dann sollte klar gemacht werden, dass die motivation zur Entwicklung der SRT nicht aus der newtonschen Mechanik sondern der Elektrodynamik stammt.
Ich meine sofern man nur zusätzlich 90 minuten investieren muss, (90 minuten die nicht über das sonstige niveau hinausgehen) sehe ich jetzt nicht das problem. Und aus der SRT muss man nur die Längenkontraktion kurz ansprechen. Der rest ist E-dynamik.
Eine andere Sache ist das bohrsche Atommodell. Nur weil sich zufällig zwei Phasenfaktoren wegheben spuckt dieses Modell zufällig richtig die energieeigenwerte des wasserstoffatoms aus. zu mehr taugt das auch nicht. Das bohrsche Atommodell wird aber aus didaktischen Gründen beibehalten, weil das orbitalmodell zumindest für die mittelstufe wohl zu abstrakt ist und es noch dazu taugt etwas zu veranschaulichen. Ich würde jetzt nicht dafür plädieren das bohrsche Atommodell aus dem schulunterricht zu entfernen, ich finde nur es sollte deutlicher gemacht werden, dass das bohrsche Atommodell eben nur ein Modell ist (ein schlechtes). Im Unterricht wird nämlich der Eindruck vermittelt "Atome sehen so aus!". Es wird dann das Bild geprägt, dass Elektronen wirklich um den Atomkern kreisen.
Ich finde es nämlich ziemlich verwirrend, wenn man etwas im Physikunterricht als absolute Wahrheit hinstellt. Bei mir wars in etwa so.
1.) Elektronen sind teilchen! (Mittelstufe)
2.) paar jahre später: Elektronen sind sowohl Teilchen als auch Wellen! (hat mein lehrer jedenfalls gesagt, was man als lehrer besser wissen sollte) (Oberstufe)
3.) kurze zeit später: Elektronen sind weder Teilchen noch Wellen, sondern Quanten! (Uni)
lBesser wäre:
1.) Elektronen haben Teilchencharakter (Mittelstufe)
2.) Elektronen haben sowohl teilchen- als auch wellencharakter, sind aber weder teilchen noch wellen, sondern Quanten (Oberstufe)
(Nur weil etwas nach schokolade schmeckt, muss es nicht schokolade sein)
Man darf elektronen unter umständen wie teilchen behandeln, nur muss man dies immer unter Vorbehalt sehen und im hinterkopf behalten, dass es eigentlich etwas anderes ist, sondern sich nur so verhält.
Der spin verhält sich ja auch nur wie ein bahndrehimpuls, ist aber kein bahndrehimpuls.
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31.12.2009, 21:20 #7mxyptlk
AW: stromdurchflossener Leiter
Richtig. Und ein derat tiefer Einstieg in eine Materie die im Allgemeinen (!) keinen weiteren Belang hat ist eher kontraproduktiv, da ja nicht jeder, selbst im Phsysik LK, in diese Richtung vorgebildet an eine Uni geht.
Nichts gegen alle deine Argumente und erst recht will ich dem Thema sein Interessantes nicht weg diskutieren. Aber ich denke, du musst das mal mit den Augen eines weniger bewanderten Physikschülers betrachten.
Ebenso begründet könnte man auch das Thema "endogene Morphine" in den Bio-Lehrplan aufnehmen. Endorphine begleiten einen das ganze Leben lang, haben sehr deutliche Auswirkungen auf unseren Tagesablauf und eine ganz nett anzusehende Aminosäurensequenz
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01.01.2010, 04:18 #8Dark_Phalanx
AW: stromdurchflossener Leiter
Du hast ein interessanten Thread auf gemacht. Ich würde hier zwar gerne mit diskutieren, aber meine Physikkenntnisse sind nicht die besten. Ich habe zwar im allgemeinen Interesse an Physik, habe aber eine schlechte Grundbildung darin. zur Zeit versuche ich einfach den Teil Physik den ich in der Schule lernen muss, so gut es geht zu verstehen.
mfg
Dark_Phalanx
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01.01.2010, 10:33 #9Platypi
AW: stromdurchflossener Leiter
also ich bin im gymnasium in der 8 klasse und mich machen schon diese fachbegriffe einen wuschelkopf.ich denke aber das es im gymnasium nicht beigeracht wird, weil es noch viele weitere dinge zum erfahren gibt und das alles sonst zuviel wird,ich weiß das,
denn ich habe G8^^
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01.01.2010, 12:11 #10iHook
AW: stromdurchflossener Leiter
Geht hier ja um Physik 4std. in der Oberstufe.
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01.01.2010, 12:56 #11OmegaPirat
AW: stromdurchflossener Leiter
@mxyptlk
so gut du auch zunächst mitdiskutiert hast. Könntest du dir bitte sparen ständig DarkPhalanx in Threads, die mit dem Islam erstmal nichts zu tun haben, auf die Nerven zu gehen? Es bringt dir nichts und sorgt auch nicht für ein angenehmes Diskussionsklima. Der beitrag wurde jedenfalls von mir gelöscht.
@DarkPhalanx
Du hast ein interessanten Thread auf gemacht. Ich würde hier zwar gerne mit diskutieren, aber meine Physikkenntnisse sind nicht die besten. Ich habe zwar im allgemeinen Interesse an Physik, habe aber eine schlechte Grundbildung darin. zur Zeit versuche ich einfach den Teil Physik den ich in der Schule lernen muss, so gut es geht zu verstehen.
Die interessanten Sachen macht man aber nicht in der Schule. Richtig interessant finde ich die Quantenfeldtheorien, leider muss man viele jahre Zeit investieren um die Quantenfeldtheorien, die im Übrigen ohne sehr abstrakte Mathematik gar nicht zu verstehen sind, im Ansatz zu verstehen. Nichtmal ein Doktor der Physik ist ein Garant dafür, dass man etwas von Quantenfeldtheorien versteht.
@Pyps
also ich bin im gymnasium in der 8 klasse und mich machen schon diese fachbegriffe einen wuschelkopf.ich denke aber das es im gymnasium nicht beigeracht wird, weil es noch viele weitere dinge zum erfahren gibt und das alles sonst zuviel wird,ich weiß das,
denn ich habe G8^^
Und G8 betrifft vom Mehraufwand her soweit ich weiß nur die Mittelstufe. Die Oberstufe besteht nach wie vor aus 3 Jahren (10-12), kann auch sein, dass ich mich da Irre, weil ich mich mit dem neuen Schulsystem nicht so auskenne.
nochmal zu mxyptlk:
Aber wie findest du es denn, wenn im schulunterricht der eindruck vermittelt wird, dass bei atomen die elektronen um den atomkern kreisen und dass sie dann WIRKLICH so aussehen, wenn man sie denn beobachten würde bzw. könnte? oder dass als absolute aussage in den raum gestellt wird, dass elektronen teilchen sind.
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01.01.2010, 13:15 #12iHook
AW: stromdurchflossener Leiter
Das ist falsch.
Oberstufe ist 11-12.
Bei G9: (11) 12, 13.
Kurse bleiben trotzdem den letzten beiden Jahren vorbehalten also bei G9 Stufe 12 und 13, bei G8 11 und 12.
Außerdem wird jede Naturwissenschaft ein Jahr früher unterrichtet.
nochmal zu mxyptlk:
Aber wie findest du es denn, wenn im schulunterricht der eindruck vermittelt wird, dass bei atomen die elektronen um den atomkern kreisen und dass sie dann WIRKLICH so aussehen, wenn man sie denn beobachten würde bzw. könnte? oder dass als absolute aussage in den raum gestellt wird, dass elektronen teilchen sind.
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01.01.2010, 13:28 #13mxyptlk
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01.01.2010, 14:13 #14OmegaPirat
AW: stromdurchflossener Leiter
es geht nicht darum, dass später nachträglich das Orbitalmodell eingeführt wird, sondern dass die Modellhaftigkeit nicht verdeutlicht wird.
Was ist daran verkehrt?
Damit sage ich nicht, dass es verkehrt ist Elektronen als teilchen einzuführen, auch wenn der wellencharakter viel fundamentaler für die natur ist.
Aber auch das Orbitalmodell soll nicht als absolute Wahrheit dargestellt werden, es sollen immer Grenzen mit aufgezeigt werden.
Und bei mir im chemieoberstufenunterricht wurde gesagt, dass der spin ein eigendrehimpuls ist. Diese Aussage ist so falsch, dass sie nichtmal als grob vereinfachte Veranschaulichung sinnvoll ist.
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01.01.2010, 14:34 #15mxyptlk
AW: stromdurchflossener Leiter
Das ist aber keine Aufgabe der Physik/Chemie sondern bedarf nur einer entsprechenden Erwähnung der vermittelnden Didakten.
Das sehe ich anders. Stell dir vor, du würdest keine Ahnung vom Wellencharakter der Elektronen haben und jemand würde dir sofort mit diesem Wissen kommen, dass du darüber hinaus auch noch lernen und ggf. berherrschen musst.... Das bohrsche Atommodell mag nicht korrekt sein, aber zum "anfixen" reicht es. Außerdem kann es als Modell sehr gut für einfache Prozesse herhalten.
Ich glaube - und irgendwie bewundere ich dich dafür - du gehst von zu guten Vorausetzungen aus. Mir ist die neurologische Biochemie auch immer sehr einfach gefallen - man muss nicht allzuviel Phantasie haben - das bringt mich aber noch lange nicht auf den Gedanken von Schülern dasselbe zu erwarten. Und glaube mir, auch in meinem Spezialgebiet kann ich dir viele Themen nennen, die ich durchaus für Allgemeinbildung halte. Es würde uns sicher vor vielen Artikeln in pseudo-Psychologischen Kolumnen von Frauenzeitschriften schützen
Manches muss man halt eben selbst für sich als interessant entdecken. Schließlich sind wir Menschen von Allah mit einem guten Stück Neugier ausgestattet worden....
Was aber eher daran liegt, dass die Entdecker ein etwas falsches Wort für eine nicht-klassische Eigenrotation verwendet haben, oder?
Erschwerend kommt hinzu, dass "Spin" bei den meisten immer noch mit Bewegung nach klassischer physikalischer Auffassung interpretiert wird. Hätten die Entdecker diese quantenmechanische Eigenschaft einfach "mxyptlk" genannt, wäre niemand auf die Idee gekommen "mxyptlk" mit einer klassischen Drehbewegung zu assozieren....
Ich habe den Teil der Quantenmechanik begriffen (ernsthaft) indem ich mir Spin anhand einer Frauenbrust klar gemacht habe.. Den EINTEILCHENZUSTAND. Ebenso wie Elektronen in einem Atom immer nur einen Zustand haben kann, konnte die Brust meiner Frau auch nur einen haben. Angefasst (von mir) oder nicht.... der Rest war Psychologenlogik
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01.01.2010, 15:00 #16OmegaPirat
AW: stromdurchflossener Leiter
Das ist aber keine Aufgabe der Physik/Chemie sondern bedarf nur einer entsprechenden Erwähnung der vermittelnden Didakten.
Das sehe ich anders. Stell dir vor, du würdest keine Ahnung vom Wellencharakter der Elektronen haben und jemand würde dir sofort mit diesem Wissen kommen, dass du darüber hinaus auch noch lernen und ggf. berherrschen musst.... Das bohrsche Atommodell mag nicht korrekt sein, aber zum "anfixen" reicht es. Außerdem kann es als Modell sehr gut für einfache Prozesse herhalten.
Ich glaube - und irgendwie bewundere ich dich dafür - du gehst von zu guten Vorausetzungen aus. Mir ist die neurologische Biochemie auch immer sehr einfach gefallen - man muss nicht allzuviel Phantasie haben - das bringt mich aber noch lange nicht auf den Gedanken von Schülern dasselbe zu erwarten. Und glaube mir, auch in meinem Spezialgebiet kann ich dir viele Themen nennen, die ich durchaus für Allgemeinbildung halte. Es würde uns sicher vor vielen Artikeln in pseudo-Psychologischen Kolumnen von Frauenzeitschriften schützen
Was aber eher daran liegt, dass die Entdecker ein etwas falsches Wort für eine nicht-klassische Eigenrotation verwendet haben, oder?
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01.01.2010, 15:02 #17Noz
AW: stromdurchflossener Leiter
physik is schon interresant aber das ich da jetz in der freizeit mir gross den kopf zerbreche was andere in der schule lernen so toll is es dann auch ned!
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