Vom elektromagnetischen Schwingkreis zum strahlenden Dipol

Unterrichtseinheit

Diese Unterrichtseinheit zeigt, wie aus einem geschlossenen elektromagnetischen Schwingkreis mit Spule einer Induktivität L und einem Kondensator der Kapazität C letztendlich ein gerades Drahtstück wird, das neben seinem Ohm'schen Widerstand immer noch eine bestimmte, aber doch deutlich verringerte Induktivität L und Kapazität C hat.

  • Physik / Astronomie
  • Sekundarstufe II
  • 2 Unterrichtsstunden
  • Ablaufplan, Übung
  • 2 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Für uns Menschen ist es heutzutage selbstverständlich, Fernsehübertragungen aus der ganzen Welt live miterleben zu können oder mit dem Handy nahezu überall erreichbar zu sein. So gut wie niemand denkt aber daran, dass es der deutsche Physiker Heinrich Hertz war, der als Erster im Jahr 1886 die dafür notwendigen elektromagnetischen Wellen experimentell erzeugen und nachweisen konnte. Die Erfindung dieser Technik, bei der sich die elektromagnetischen Wellen fast überall mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, machte die technischen Möglichkeiten unserer Zeit erst möglich.

Diese Unterrichtseinheit zeigt, wie aus einem geschlossenen elektromagnetischen Schwingkreis mit Spule einer Induktivität L und einem Kondensator der Kapazität C letztendlich ein gerades Drahtstück wird, das neben seinem Ohm'schen Widerstand immer noch eine bestimmte, aber doch deutlich verringerte Induktivität L und Kapazität C hat. Bei diesem Drahtstück, das man Dipol nennt und das die Form einer Antenne hat, können sich die elektrischen und magnetischen Feldlinien vom Draht ablösen und in den freien Raum übertreten, wo sie sich dann in Abhängigkeit vom zu durchdringenden Medium mit bis zu Lichtgeschwindigkeit (c = 300 000 km/s im Vakuum) ausbreiten.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

Vom elektromagnetischen Schwingkreis zum strahlenden Dipol

Die Erzeugung von Dipolschwingungen und der damit verbundenen Ausbreitung elektromagnetischer Wellen gehört zu den schwierigen Themen der Schulphysik. Das Thema mit seinen sowohl in der Herleitung als auch in der Anwendung schwierigen Gleichungen kann deshalb nur in der Kursphase der Oberstufe des Gymnasiums intensiver besprochen werden.

Vorkenntnisse

Gute Vorkenntnisse zu den Gesetzmäßigkeiten des elektrischen und magnetischen Feldes einschließlich der Besonderheiten bei Spulen und Kondensatoren müssen zur Besprechung des Themas auf jeden Fall vorhanden sein.

Didaktische Analyse

Die Schülerinnen und Schüler sehen bei der Besprechung von Dipol und Entstehung von elektromagnetischen Wellen, dass in der Physik oft verschiedene Abläufe gleichzeitig betrachtet werden müssen. Gerade auch die Entstehung eines Nah- und Fernfeldes bei der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen ist dabei nicht leicht zu verstehen.

Methodische Analyse

Durch zahlreiche Beispiele und den Vergleich mit Seilwellen bei der Beschreibung und Erläuterung der Vorgänge bei einer Dipolschwingung können die Gesetzmäßigkeiten eventuell leichter zu verstehen sein. Wesentlich komplexer wird die Übertragung der Schwingungen vom Sende- zum Empfangsdipol, insbesondere dann, wenn man darauf eingeht, wie Sprache oder Musik damit übertragen werden.

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Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • wissen um die Bedeutung elektromagnetischer Wellen für die Übertragung von Informationen aller Art.                       
  • kennen die Gesetzmäßigkeiten, die den Dipol und elektromagnetische Wellen beschreiben.
  • können Entstehung und Abstrahlung elektromagnetischer Wellen vom Dipol erklären.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet.
  • können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen.   

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • lernen durch Paar- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team.
  • setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen. 
  • erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, und Freunden wertfrei diskutieren zu können.

Autor

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Wolfgang Vogg

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