Unterrichtsmaterialien Physik: Elektromagnetische Induktion
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Strom aus – Spannung hochIn M 6 führen die Schülerinnen und Schüler ein Experiment zum Induktionsgesetz durch, das ihnen den Zündvorgang einer Leuchtstofflampe verdeutlicht.
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Was ist so besonders an Superpositionen?In den KMK-Bildungsstandards für Physik in der Oberstufe hat der Begriff Superposition einen besonderen Stellenwert: „Die Superposition bildet eine wesentliche Grundlage der analytisch-synthetischen Vorgehensweise in der Physik. Die Überlagerung gleicher physikalischer Größen oder die Zerlegung von physikalischen Größen in Komponenten wird z.B. bei der Kräfteaddition, bei der Vektorsumme von Feldstärken, bei der Bewegung von geladenen Teilchen in Feldern, beim Induktionsgesetz oder bei der Polarisation verwendet. Darüber hinaus ist die Superposition ein zentraler Begriff in der Quantenphysik“ ([1], S. 19). Allerdings gibt es wesentliche Unterschiede zwischen klassischen Überlagerungen und quantenphysikalischen Superpositionen, die wir im Folgenden näher erläutern.
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Das Induktionsphänomen demonstrieren und untersuchen - Eine Übersicht über geeignete Experimente und ApparaturenDie hier beschriebenen Experimente sollen je nach Einsatzbereich die folgenden Hauptanforderungen erfüllen: Sie sollen Phänomene deutlich demonstrieren (vor allem für Einstiegsphasen und für Schülerexperimente), präzise Messungen erlauben, spektakulär sein und/oder durch Unerwartetes zur Problemlösung anregen.
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„Convert Magnetism into Electricity“ - Wie mühsam Faraday das Induktionsphänomen entdeckteDer programmatische Satz „Convert magnetism into electricity“ findet sich in in Faradays Notizbuch 1822 eine geniale Ahnung, könnte man meinen. Aber so ist es nicht. Seit 1800 suchten Wissenschaftler nach den gegenseitigen Umwandlungen der „Grundkräfte“ Chemismus, Elektrizität, Magnetismus, Licht und Wärme. 1820 hatte Oersted die Umwandlung Elektrizität in Magnetismus, 1821 Seebeck den thermoelektrischen Effekt als Umwandlung von Wärme in Elektrizität gefunden: 1822 fehlte nur noch eine Umwandlung, eben diese wollte Faraday wie viele andere Wissenschaftler finden.
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Wie funktioniert induktives Laden?Strom aus der Steckdose erzeugt ein Magnetfeld. Dieses induziert wiederum Strom. Die Folge: Der Akku (etwa in einem Smartphone) kann über dieses Magnetfeld geladen werden. Seinen Ursprung hat diese Technologie bereits Anfang des 19. Jahrhunderts.
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Die Lenz'sche Regel - M1-M10In einem Einstieg erfahren die Schülerinnen und Schüler etwas über das Leben und die Arbeit von Werner Siemens. Unter anderem durch das Experiment mit einem Fahrraddynamo wird die Lenz'sche Regel eingeführt. Die Aufgaben stehen in dreifacher Differenzierung zur Verfügung.
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Ein Vergleich:Die SuS berechnen die Spannenergie und die elektrische bzw. magnetische Energie. Ferner befassen sie sich mit der Lenz'schen Regel, der Selbstinduktion und der Dämpfung.
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