Elektrizitätslehre

Leistungskurs Klasse 11

Elektrisches Feld, Magnetisches Feld, Elektromagnetische Induktion, Leitungsvorgänge

Die Kenntnisse der Schüler auf dem Gebiet der Elektrizitätslehre werden erweitert und vertieft. Einerseits werden dabei die Vorkenntnisse aus der Mechanik genutzt, andererseits werden notwendige Vorleistungen für die Behandlung der Optik und der Atomphysik bereitgestellt.
Mit dem Coulombíschen Gesetz lernen die Schüler eine körperbezogene quantitative Beschreibung der Kräfte zwischen elektrischen Ladungen - in Analogie zum Gravitationsgesetz - kennen. Die Schüler erkennen, dass die feldbezogene Betrachtungsweise durch die Einführung geeigneter physikalischer Größen eine quantitative Beschreibung der elektrischen bzw. magnetischen Vorgänge und Erscheinungen ermöglicht.
Am Beispiel der magnetischen Flussdichte, des magnetischen Flusses und der magnetischen Feldstärke erkennen die Schüler, dass es zweckmäßig ist, mehrere physikalische Größen zur Beschreibung ein- und desselben Phänomens - des Magnetismus - einzuführen.
Den Schülern wird bewusst, dass elektrische und magnetische Felder Träger von Energie sind. Gemeinsamkeiten, Analogien und Unterschiede dieser Felder werden deutlich gekennzeichnet; dabei wird dem Feldlinienbild als Modell der Felder besondere Aufmerksamkeit geschenkt.
Bei der Untersuchung der elektromagnetischen Induktion wird den Schülern die enge Verknüpfung von elektrischen und magnetischen Feldern bewusst gemacht. Zur mathematischen Formulierung des Induktionsgesetzes werden Elemente der Differentialrechnung genutzt.
An Beispielen, wie der Ablenkung von Ladungsträgern und stromdurchflossenen Leitern im Magnetfeld, dem Halleffekt und Erscheinungen der elektromagnetischen Induktion, erkennen die Schüler, wie eine physikalische Erscheinungen der elektromagnetischen Induktion, erkennen die Schüler, wie eine physikalische Erscheinung (Ablenkung eines bewegten Ladungsträgers im magnetischen Feld) in verschiedenen Formen auftreten kann.
Die Behandlung der technischen Anwendung der elektromagnetischen Induktion und der Hertzíschen Wellen lässt die Schüler erkennen, zu welchen tiefgreifenden Veränderungen diese im Leben der Menschen geführt haben.
Die Schüler lernen die elektrische Energie als hochwertige Energieform schätzen und ziehen daraus Schlussfolgerungen für eine angemessene persönliche Nutzung.

Elektrisches Feld



Inhalt

Hinweis

Links

Ladungen

    Eigenschaften von Ladungen
    Nachweismethoden
    Kräfte zwischen Ladungen

Physik 9, Lernbereich Elektrizitätslehre
Elektroskop, Galvanometer

 

Coulombísches Gesetz

Analogie zum Gravitationsgesetz

 

Elektrisches Feld

    Nachweis des elektrischen Feldes
    Feldlinienbilder

Feldlinienbilder als Modelle
Zeichnen und Interpretieren von Feldlinienbildern
Historische Entwicklung des Feldbegriffes 

 

Elektrische Feldstärke


    Homogenes elektrisches Feld im Plattenkondensator

Historische Entwicklung des Feldbegriffes

 

Arbeit im homogenen elektrischen Feld

Arbeit im elektrischen Radialfeld mittels grafischer Integration

 

Elementarladung

 

 

Millikanexperiment

 

 

Spannung als Potentialdifferenz Influenz, dielektrische Polarisation

Vergleich zum Gravitationspotential
Erklären der Erscheinung als Folge der Wirkung elektrischer Kräfte

 

Kapazität eines Kondensators


    Kapazität eines Plattenkondensators

    Energie eines geladenen Kondensators

SE Entladungskurve eines Kondensators

 

Beschleunigung geladener Teilchen im elektrischen Feld

Berechnungen zur Bewegung der Teilchen im homogenen elektrischen Feld mit einer Anfangsgeschwindigkeit parallel oder senkrecht zu den Feldlinien
Analogie zu Wurfbewegungen

 

 

Magnetisches Feld

 

Inhalt

Hinweis

Links

Magnetismus bei Dauermagneten und stromdurchflossenen Spulen

    Nachweis des magnetischen Feldes
    Feldlinienbilder

Feldlinienbilder als Modelle
Zeichnen und Interpretieren von Feldlinienbildern

 

Z: Magnetfeld der Erde

 

 

Kraft auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld

Richtung und Betrag der Kraft
Dreifingerregel der rechten Hand
Drehspulmessinstrument

 

Magnetische Flussdichte

 

 

Lorentzkraft

Richtung und Betrag der Kraft
Berechnen von Kräften auf beschränken

 

Ablenkung bewegter Elektronen im homogenen magnetischen Feld

    Bewegung geladener Teilchen auf einer Kreisbahn

 

 

Spezifische Ladung des Elektrons

Projekt Bestimmung von Naturkonstanten

 

Bewegung von geladenen Teilchen im kombinierten elektrischen und magnetischen Feld

 

 

Halleffekt

Hallsonde

 

Magnetfeld einer langen dünnen Spule

    Magnetische Feldstärke

    Zusammenhang von magnetischer Flussdichte und magnetischer Feldstärke

SE Feldstärke einer stromdurchflossenen Spule

 

Ferromagnetische Stoffe

    Hystereseschleife

Elementarmagnete
Interpretieren der Hystereseschleife

 

Z Diamagnetische und paramagnetische Stoffe

Phänomenologische Deutung

 

Z Schraubenförmige Bahnen bei schräg einfallenden Teilchen

 

 

Z Zyklotron, Massenspektrograf

 

 

Z Strahlungsgürtel der Erde

 

 

 

Elektromagnetische Induktion

 

Inhalt

Hinweis

Links

Induktion einer Spannung im zeitlich konstanten Magnetfeld

Herleiten der Gleichung

 

Induktion einer Spannung im zeitlich veränderlichen Magnetfeld

 

 

Magnetischer Fluss

 

 

Induktionsgesetz

 

 

Lenzísches Gesetz

Ableiten aus dem Energieerhaltungssatz

 

Wirbelströme

 

 

Selbstinduktion

 

 

Induktivität einer langen dünnen Spule

 

 

Würdigung M. Faradays

 

 

Energie des Magnetfeldes einer stromdurchflossenen Spule

Analogien und Unterschiede von elektrischen und magnetischen Feldern

 

Anwendung der Induktion in Generator und Transformator

Bedeutung der Induktion für die Energiewirtschaft

Bedeutung des Transformators bei der Übertragung von Elektroenergie

 

 

Leitungsvorgänge

 

Inhalt

Hinweis

Links

Leitungsvorgänge in Metallen

    Ladungsträgerdichte
    Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger

Temperaturabhängigkeit des Widerstandes

 

Leitungsvorgänge in Halbleitern

    Aufbau und Wirkungsweise eines bipolaren oder unipolaren Transistors

SE Eigenschaften elektronischer Bauelemente

 

Einfluss der Elektronik auf das Leben der Menschen

Anwendungen des Transistors

 

Z Supraleitung