Elektromagnetische Induktion – Stromerzeugung mithilfe der Lorentzkraft

In dieser Unterrichtseinheit entwickeln die Schülerinnen und Schüler ein Verständnis für die Voraussetzungen zur Erzeugung von elektrischem Strom, den wir ganz selbstverständlich der Steckdose entnehmen können. Den Lernenden wird dabei vermittelt, dass in einem Leiter, der senkrecht zu einem Magnetfeld bewegt wird, die mit dem Leiter mitbewegten Ladungsträger senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung abgelenkt werden. Diese Erkenntnis des niederländischen Physikers Hendrik Anton Lorentz schuf Ende des 19. Jahrhunderts die Grundlagen für die technische Stromerzeugung, die bis heute gültig sind.

Physik / Technik
Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
variabel
Arbeitsblatt, Ablaufplan
2 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Mit einfachen Versuchen mittels einer sogenannten Leiterschaukel werden die Schülerinnen und Schüler damit vertraut gemacht, wie die Ladungsträger des elektrischen Stromes – die Elektronen – in einem Leiter je nach Bewegungsrichtung des Leiters abgelenkt werden. Somit baut sich an den Leiterenden eine Spannungsdifferenz auf und bei Verbindung der Leiterenden durch ein dünnes Kupferkabel entsteht ein mit einem Messgerät feststellbarer Stromfluss. Ebenso lässt sich ganz leicht zeigen, dass sich durch das sich selbst überlassene schaukelartige Hin- und Herschwingen des Leiters die Stromrichtung periodisch ändert; daraus entsteht eine Wechselspannung und somit Wechselstrom.

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Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

erkennen die Zusammenhänge bei der Ablenkung von Elektronen im Magnetfeld.
können die Entstehung einer Wechselspannung mithilfe der Lorentzkraft beschreiben.
kennen die Bedeutung der Lenz'schen Regel für die Stromerzeugung.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

recherchieren selbständig Fakten und Hintergründe im Internet.
können die Sachinhalte von Videos, Clips und Applets auf ihre Richtigkeit überprüfen.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team.
setzen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen.
erwerben eine gewissen Fachkompetenz, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden diskutieren zu können.