Angestrebte Kompetenzen im
Inhaltsfeld „Elektrodynamik“ im Leistungskurs der Stufen
Q1 und Q2
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Eigenschaften elektrischer Ladungen und Felder
- Ich weiß, dass elektrische Ladung eine grundlegende
Eigenschaft von Materie ist und kenne ihre Einheit.
- Ich kenne einfache Experimente, um Ladung zu
trennen und sie nachzuweisen.
- Ich weiß, dass ein elektrisches Feld der
Wirkungsbereich einer elektrischen Ladung ist.
- Ich kenne einige einfache Formen von elektrischen
Feldern. Insbesondere sind mir die Eigenschaften
homogener Felder bekannt.
- Ich weiß, dass die Spannung als Verhältnis von
Energie und Ladung definiert ist und kann so die
Energie bei elektrischen Leitungsvorgängen bestimmen.
- Ich weiß, dass das Feld einer Punktladung
radialsymmetrisch ist und die Kraftwirkung durch das
Coulomb-Gesetz beschrieben wird.
- Ich kenne den prinzipiellen Aufbau eines
Kondensators.
- Ich weiß, dass die Kapazität als Verhältnis von
gespeicherter Ladung und der anliegenden Spannung
definiert ist.
- Ich kann die Kapazität aus den Baudaten eines
Kondensators bestimmen.
- Ich weiß, dass der Entladevorgang eines
Kondensators exponentiell mit der Zeit abläuft. Ich
kann die zugrundeliegende Diifferentialgleichung
aufstellen und lösen.
- Ich vermag mit Hilfe eines
Messwerterfassungssystems die Entlade- beziehungsweise
Aufladekurve eines Kondensators aufnehmen.
- Ich kenne den Aufbau des Millikan-Versuchs und
weiß, wie mit dessen Hilfe die Elementarladung
gemessen werden kann.
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Bewegung von Ladungsträgern in elektrischen und
magnetischen Feldern
- Ich weiß, dass elektrische Ladung, die sich durch
ein homogenes elektrisches Feld bewegt, eine
parabelförmige Bahn beschreibt.
- Ich weiß, dass elektrische Ladung, welche sich
relativ zu einem Magnetfeld bewegt, die Lorentz-Kraft
erfährt.
- Ich kann die Wirkungsrichtung der Lorentzkraft
bestimmen (Drei-Finger-Regel).
- Ich kenne einfach Experimente zum Nachweis der
Lorentzkraft.
- Ich kenne Aufbau und Funktionsweise einer
Elektronenstrahlröhre und einem Fadenstrahlrohr.
- Ich kann mit Hilfe eines Fadenstrahlrohrs die
spezifische Ladung eines Elektrons bestimmen.
- Ich kenne den Aufbau und die Eigenschaften eines
Wien-Filters.
- Ich bin mit der prinzipiellen Funktionsweise eines
Zyklotrons vertraut und kann die Zyklotronfrequenz
berechnen. Ich weiß, dass für hohe Frequenzen
klassische Beschreibungen der Ladungsbewegung nicht
ausreichen.
- Ich vermag Messwerte mit einem Oszilloskop oder
Messwerterfassungssystem zu gewinnen und im Hinblick
auf Zeiten, Frequenzen oder Spannungen auszuwerten.
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Elektromagnetische Induktion
- Ich kann am Beispiel der Leiterschaukel das
Auftreten einer Induktionsspannung durch die Wirkung
der Lorentzkraft auf bewegte Ladungsträger erklären.
- Ich weiß, dass Induktionserscheinungen an einer
Leiterschleife auf die beiden grundlegenden Ursachen
"zeitlich veränderliches Magnetfeld" oder "zeitlich
veränderliche (effektive Fläche)" zurückzuführen ist.
- Ich kann das Induktionsgesetz in seiner allgemeinen
Form formulieren und anwenden. Insbesondere weiß ich,
dass die Induktionsspannung proportional zur
zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses ist.
- Ich kann anhand des Thomsonschen Ringversuchs die
Lenz´sche Regel erläutern.
- Ich kann bei technischen Prozessen das Auftreten
erwünschter bzw. nicht erwünschter Wirbelströme
bewerten.
- Ich weiß, was Selbstinduktion ist.
- Ich weiß, was die Induktivität ist und kenne ihre
Einheit.
- Ich kann Ein- und Ausschaltvorgänge quantitativ
untersuchen.
- Ich kann das Entstehen sinusförmiger
Wechselspannungen in Generatoren erklären.
- Ich kann die Übersetzungsverhältnisse von Spannung
und Stromstärke beim Transformator ermitteln.
- Ich kann Parameter von Transformatoren zur gezielten
Veränderung einer elektrischen Wechselspannung
angeben.
- Ich kann ein physikalisches Modellexperiment zu
Freileitungen verwenden, um technologische Prinzipien
der Bereitstellung und Weiterleitung von elektrischer
Energie zu demonstrieren und zu erklären.
- Ich kann die Notwendigkeit eines geeigneten
Transformierens der Wechselspannung für die effektive
Übertragung elektrischer Energie über große
Entfernungen bewerten.
- Ich kann den Einfluss und die Anwendung
physikalischer Grundlagen in Lebenswelt und Technik am
Beispiel der Bereitstellung und Weiterleitung
elektrischer Energie aufzeigen.
- Ich kann Vor- und Nachteile verschiedener
Möglichkeiten zur Übertragung elektrischer Energie
über große Entfernungen beurteilen.
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Elektromagnetische Schwingungen und Wellen
- Ich kann einen elektromagnetischen Schwingkreis
aufbauen und die darin ablaufenden Vorgänge
beschreiben.
- Ich kann die Schwingung durch eine
Differentialgleichung beschreiben und Letztere durch
einen geeigneten Ansatz lösen.
- Ich vermag gedämpfte und erzwungene
elektromagnetische Schwingungen qualitativ und
quantitativ zu beschreiben.
- Ich kann Analogien zwischen elektromagnetischen und
mechanischen Schwingungen aufstellen.
- Ich kann mithilfe der Wellenwanne qualitativ unter
Verwendung von Fachbegriffen auf der Grundlage des
Huygens’schen Prinzips Kreiswellen, ebene Wellen sowie
die Phänomene Beugung, Interferenz, Reflexion und
Brechung veranschaulichen.
- Ich weiß, dass ein Hertz-Dipol ein besondere Form
eines Schwingkreises darstellt. Ich kann anhand dessen
die Entstehung und Ausbreitung elektromagnetischer
Wellen beschreiben.
- Ich kenne das Huygensche Prinzip und vermag mit
Hilfe geeigneter Simulationssoftware grundlegende
optische Phänomene wie Reflexion, Brechung und Beugung
zu erklären.
- Ich weiß, was Interferenz ist und wie
Interferenzmuster - nicht nur bei elektromagnetischen
Wellen - zustandekommen.
- Ich kann die Beugung am Doppelspalt, Gitter und
Einfachspalt qualitativ und quantitativ beschreiben.
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