9.1 Elektrische und magnetische Felder

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Ausgangspunkt dieses Abschnitts ist die Einführung des Begriffs Feld als physikalisches Modell für die Entstehung von Fernwechselwirkungen. In der 7. Jahrgangsstufe werden unter dem Lehrplaninhalt „Überblick über Kraftarten und ihre Ursachen“ die Gravitations- und die elektrische Kraft angesprochen, auf die magnetische Kraft wird hingewiesen. Es können also keinesfalls vertiefte Kenntnisse vorausgesetzt werden, eine adäquate Wiederholung sollte eingeplant werden. Aus der Zusammenschau von zumindest elektrischer und magnetischer Kraft kann der Feldbegriff als übergeordnetes Modell entwickelt werden. Richerd Feynman beschreibt das Konzept „Feld“ beispielsweise so:

 

„[...] Eine zutreffende Beschreibung ist es, zu sagen, dass durch die Existenz der [positiven] Ladung in gewissem Sinn ein 'Zustand' im Raum erzeugt [oder gestört] wird, so dass eine herangebrachte [negative] Ladung eine Kraft erfährt. Diese Fähigkeit zur Erzeugung einer Kraft wird ein elektrisches Feld genannt. […] Wir haben dann zwei Regeln: a) Elektrische Ladungen erzeugen ein Feld und b) Ladungen erfahren im Feld Kräfte […].“

(aus: Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands: Feynman Vorlesungen über Physik Band 1. München, Wien: Oldenbourg (21991); S. 36f)

 

Dieser Inhalt hat unvermeidbar einen hohen Abstraktionsgrad. Es ist deshalb sinnvoll, von Phänomenen auszugehen und in vielfältigen Situationen, zumindest im magnetischen Fall auch in leicht durchzuführenden Schülerexperimenten, Feldlinienbilder durch Nachweis der jeweiligen Kraftwirkung im Raum auch visuell darzustellen. Es gilt einen passenden Kompromiss zwischen fachwissenschaftlicher Exaktheit und Anschaulichkeit zu finden. Eine Argumentation mithilfe der „Dichte der Feldlinien“ beispielsweise ist durchaus adäquat. Zudem sollten an geeigneten Stellen Gemeinsamkeiten und Unterschiede elektrischer und magnetischer Felder erarbeitet werden.

Bei einem sehr beliebten Versuch wird die Bewegung eines schwimmenden Magneten verfolgt, die durch die Wirkung eines Magneten hervorgerufen wird. Die übliche Deutung ist problematisch:

Feldlinien zeigen die Wirkung der Kraft und nicht, wie dieser Versuch suggeriert, den Verlauf der resultierenden Bahn.
Die Erklärung der Abstoßung z. B. gleichnamiger Magnetpole erfolgt häufig durch das zugehörige Feldlinienbild, in dem sich die Feldlinien augenscheinlich „abstoßen“. Tatsächlich sollen Feldlinien jedoch die Wirkung auf einen hinzukommenden, weiteren Probekörper veranschaulichen, dessen felderzeugende Wirkung das bereits vorhandene Feld nicht spürbar verändert, also die Feldlinien keineswegs verbiegt.

 

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