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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 Coulomb’schen 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 Hertz’schen 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
Coulomb’sches 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
Lenz’sches 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