Lehrplan Fachoberschule Angewandte Physik

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Lernbereich 2: Felder 58 Ustd.

Kennen des physikalischen Modells Feld	Experimente zur Fernwirkung von elektrostatischen, magnetischen und Gravitationskräften ⇒ Methodenbewusstsein: Möglichkeiten und Grenzen von Modellen ➔ OS, PH, Kl. 7, LB 3 ➔ OS, PH, Kl. 10, LB 1
Feldlinien als Kraftwirkungslinien	Feldlinie als Raumkurve
homogene und inhomogene Felder	Interpretation von Dichte und Richtung der Feldlinien
Beherrschen der Berechnung der Kraft im Gravitationsfeld	⇒ Problemlösestrategien: erdnahes und radiales Gravitationsfeld
Gravitation und Gravitationsfeld	Gravitationsfeldstärke
Newton‘sches Gravitationsgesetz $F = γ \cdot \frac{m \cdot M}{r^{2}}$	Gravitationsdrehwaage
Übertragen der Kenntnisse über das Feldmodell auf das elektrische Feld	⇒ Lernkompetenz: Analogiebetrachtungen
Trennung und Nachweis von Ladungen	Elementarladung Influenz, dielektrische Polarisation (Dipol) LDE: Ladungseigenschaften, Elektroskop
Feldlinienbilder typischer Ladungsanordnungen
elektrische Feldstärke als feldcharakterisierende Größe $\vec{E} = \frac{\vec{F}}{Q}$	LDE: Kraftwirkung auf Probeladung im Plattenkondensator
Abschirmung elektrischer Felder	Faraday‘scher Käfig Erkundungsaufgabe: technische Anwendungen
Übertragen der Kenntnisse auf das radiale elektrische Feld
Coulomb‘sches Gesetz $F = \frac{1}{4 \cdot π \cdot ε_{0} \cdot ε_{r}} \cdot \frac{q \cdot Q}{r^{2}}$	wechselseitige Kraftwirkung zweier Punktladungen ⇒ Lernkompetenz: Analogiebetrachtungen zum Gravitationsfeld
elektrische Feldstärke $E = \frac{1}{4 \cdot π \cdot ε_{0} \cdot ε_{r}} \cdot \frac{Q}{r^{2}}$
Kennen des Kondensators als Anordnung zur Speicherung elektrischer Energie	Plattenkondensator
elektrische Spannung $U = \frac{W_{e l}}{q}$	Probeladung q Spannung als Potenzialdifferenz
Proportionalität zwischen Ladungsmenge und Spannung, $Q = C \cdot U$
Kapazität $C = \frac{Q}{U}$ und $C = ε_{0} \cdot ε_{r} \cdot \frac{A}{d}$	Bedeutung des Dielektrikums in einem Kondensator
Energie des elektrischen Feldes $E_{e l} = \frac{1}{2} \cdot C \cdot U^{2}$
Auf- und Entladevorgang eines Kondensators im Gleichstromkreis	Auf- und Entladezeit, Zeitkonstante $τ$ rechnerisch und grafisch
Milikanversuch	Elementarladung Schülervortrag
SE	Entladekurve Kondensator
Anwenden von Energiebilanzen auf die Bewegung von Ladungsträgern im homogenen elektrischen Feld
Bewegung parallel zu den Feldlinien	Linearbeschleuniger
Bewegung senkrecht zu den Feldlinien	Bahnparabel und deren Gleichung
Übertragen der Kenntnisse auf elektrische Leitungsvorgänge	LDE: elektrische Leitungsvorgänge ➔ OS, PH, Kl. 9, LB 1
Voraussetzungen
elektrischer Strom als gerichtete Bewegung freibeweglicher Ladungsträger, $I = \frac{∆ Q}{∆ t}$	Differenzierung für leistungsstarke Schüler: $I = \frac{d Q}{d t}$
Anwenden grundlegender Gesetze des elektrischen Gleichstromkreises	LDE/SE: Widerstandsschaltungen ⇒ Werteorientierung: exaktes Arbeiten
Reihenschaltung und Parallelschaltung Ohm‘scher Widerstände	Gruppenarbeit: Berechnung von Widerständen, Strömen und Spannungen, Vorwiderstand für LED, Betrachtungen zur elektrischen Leistung und Energie ⇒ Kommunikationsfähigkeit: Beschreiben von Vorgängen und Ergebnissen
Übertragen der Kenntnisse über das Feldmodell auf das magnetische Feld	⇒ Lernkompetenz: Erarbeitung von Analogien ➔ OS, PH, Kl. 10, LB 1
Feldlinienbilder von Stab-, Hufeisenmagnet, stromdurchflossenen Leiter und stromdurchflossener Spule	LDE: Permanent- und Elektromagnete LDE: gerader Leiter, Oersted-Experiment, Stromwaage Werkstoffe im Magnetfeld
bewegte Ladungen als Ursache des Magnetismus	im stromdurchflossenen Leiter, im Erdinneren, im Permanentmagnet
magnetische Flussdichte $\vec{B}$ als feldcharakterisierende Größe
homogenes Magnetfeld im Inneren einer stromdurchflossenen Spule $B = μ_{0} \cdot μ_{r} \cdot \frac{N \cdot I}{l}$
Anwenden der Kraftwirkung auf im Magnetfeld bewegte Ladungsträger und stromdurchflossene Leiter	Ablenkung des Elektronenstrahls in der Elektronenstrahlröhre Halleffekt und -sensor Teilchenbeschleuniger (Synchrotron)
Lorentz-Kraft $\vec{F_{L}} = q \cdot (\vec{v} \times \vec{B})$	LDE: Fadenstrahlrohr ⇒ Methodenbewusstsein: Handregel ➔ MA, Kl. 12, LB 1
Kraft auf einen langen, geraden, stromdurchflossenen Leiter $\vec{F} = l \cdot (\vec{I} \times \vec{B})$	Ampere-Definition
Anwenden der Kenntnisse auf die elektromagnetische Induktion	➔ OS, PH, Kl. 10, LB 1
magnetischer Fluss $ϕ = \vec{B} \cdot \vec{A}$
Induktionsvorgänge in einer Spule $U_{i n d} = - N \cdot \frac{d ϕ}{d t}$ mit folgenden Fällen:	LDE: Induktionsvorgänge Induktionsgesetz, Lenz‘sche Regel
B = konstant und A veränderlich	Generator
A = konstant und B veränderlich	Transformator SE: Transformator
Selbstinduktion und Induktivität einer Spule $U_{i n d} = - L \cdot \frac{∆ I}{∆ t}$ mit $L = μ_{r} \cdot μ_{0} \cdot N^{2} \cdot \frac{A}{l}$	LDE: Selbstinduktion
Energie des Magnetfeldes $E_{m a g} = \frac{1}{2} \cdot L \cdot I^{2}$	Feldenergiedichte ⇒ Lernkompetenz: Analogien
Wirbelströme	Wirbelstromanwendungen in der Technik Verluste durch Wirbelströme
Beurteilen der Bedeutung der elektromagnetischen Induktion

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