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Physics Teachers Day 2008

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Physics Teachers Day 2008

Elektrizitätslehre, Energieübertragung und Experimente

Angemeldet waren 90, gerechnet wurde mit 100 und 130 Teilnehmende fanden sich schließlich ein – zum Physics Teachers Day 2008 am Fachbereich Physik am vergangenen Donnerstagnachmittag, den 25. September. Zum nunmehr vierten Mal hatte Prof. Dr. Roland Berger in Zusammenarbeit mit der regionalen Lehrerfortbildung zu dieser Veranstaltung eingeladen. Aber nicht nur Lehrerinnen und Lehrer waren gekommen, auch interessierte Studierende mischten sich unter das neugierige Publikum. Zu verdanken war dieser rege Zuspruch sicher nicht zuletzt auch den hochkarätigen Referenten: Dr. Heinz Muckenfuß, in Fachkreisen bekannt für seine „neuen Wege im Elektrikunterricht“ sprach darüber, wie mit einem alternativen Konzept in der Elektrizitätslehre hartnäckigen Schülervorstellungen begegnet werden kann. Prof. Dr. Udo Backhaus von der Universität Duisburg-Essen sprach über alternative Darstellungen zum Poynting-Bild der Energiestromdichte und ergänzte somit das Thema aus fachlicher Perspektive. „Die Themen der Vorträge waren gut aufeinander abgestimmt“, lautete so auch das Lob zahlreicher Teilnehmer.

Jedes Jahr ein besonderes Highlight: Die Materialbörse in einer einstündigen Pause zwischen den Vorträgen: Neben Anregungen oder Abschlussarbeiten aus der Arbeitsgruppe Physikdidaktik hatten hierfür einige Lehrkräfte selbst konzipiertes Versuchsmaterial mitgebracht und medial aufbereitet. Daneben stellten auch manche Schülerinnen und Schüler Ergebnisse ihrer Facharbeiten vor. Zum ersten Mal waren auch die großen Lehrmittelfirmen Phywe und Leybold mit Ständen vertreten.

Prof. Berger und Landesfachberater Michael Frenzel sind sehr zufrieden mit dem hohen Anklang, den der Physics Teachers Day bei den Lehrkräften mittlerweile findet. „Wir wissen, dass sie sehr eingespannt sind“, so Berger, „umso schöner ist es, dass Sie sich für diesen Nachmittag Zeit genommen haben.“ Zeit, die wie im Flug verging: So mancher wäre sicher noch ein wenig länger geblieben und hätte sich von den Experimenten weiter inspirieren lassen…

Ansprechpartner:
Michael Frenzel, Prof. Dr. Roland Berger

Dr. Heinz Muckenfuß: Vorstellungen zu Energieströmen als Grundlage für die Begriffsbildung in der Elektrizitätslehre – Ein pädagogisch begründetes Unterrichtskonzept
Wozu sollen Schülerinnen und Schüler Elektrizitätslehre lernen, die in ihrem künftigen Leben weder im Beruf noch im Alltag jemals eine elektrische Stromstärke messen oder einen Widerstand berechnen werden? – Von der Antwort auf diese Frage hängt nicht nur ab, was wir im Unterricht lehren, sondern vor allem wie es gelehrt und gelernt werden soll. Der Vortrag handelt von einem Unterrichtskonzept, das ein Verstehen elektrischer Stromkreise als Systeme zur Energieübertragung anstrebt – nicht nur ein fachliches Verständnis, sondern auch die Einsicht in die gesellschaftliche und kulturelle Bedeutung der damit verbundenen Objektivationen. Das Problem der Veranschaulichung abstrakter Größen wird in dem Unterrichtsgang dadurch zu lösen versucht, dass die Erfahrung physiologischer Energieumsätze an handgetriebenen Generatoren gezielt dafür eingesetzt wird, die Grundbegriffe der Elektrizitätslehre mit der Vorstellung elektrischer Energieströme zu verknüpfen.

Prof. Dr. Udo Backhaus: Energieübertragung durch elektrischen Strom und elektromagnetische Felder
In der Elektrodynamik wird der Energietransport üblicherweise mit dem so genannten Poynting-Vektor und die Energiespeicherung mit dem von Maxwell angegebenen Ausdruck für die Energiedichte in elektrischen und magnetischen Feldern beschrieben. Im Vortrag werden die wichtigsten Aspekte dieser Beschreibung an einfachen Beispielen erläutert. Dabei zeigt sich, dass die sich ergebenden Aussagen nicht nur im Falle von Gleichströmen und statischen Feldern, sondern auch bei stationären Wechselströmen und den zugehörigen Feldern der Intuition völlig widersprechen: So fließt in manchen statischen Anordnungen Energie in Kreisen herum, und die Energie fließt nicht durch die stromführenden Kabel, sondern im Außenraum an ihnen entlang. In die Poynting'sche Beschreibung fließen jedoch, meist unerwähnt bleibende, willkürliche Verabredungen mit ein. Es wird gezeigt, dass diese Verabredungen durch andere ersetzt werden können, die zu einem Bild für den Energietransport führen, das weitgehend mit der anschaulichen Erwartung übereinstimmt: In statischen Anordnungen treten keine Energieströme auf, die Energie wird durch bewegte Ladungen transportiert und in Ladungen und stromführenden Kabeln (als "potentielle Energie") gespeichert. Und die Energie verlässt Stromkreise nur in solchen Fällen, in denen empirisch nachweisbar ist, dass sie von einem System auf ein anderes übertragen wird, z. B. beim Transformator oder bei einem strahlenden Dipol. Vor- und Nachteile unterschiedlicher Modelle für den elektromagnetischen Energietransport können anschließend diskutiert werden.

Ein Überblicksartikel zum Vortrag kann hier heruntergeladen werden >>>

Zur gesamten Habilitationsschrift auf der Seite von Prof. Backhaus kommen Sie hier >>>

Eine Animation der Dipolstrahlung in den verschiedenen Energiebildern gibt es hier >>>