1

Elektrostatik –fachlicher Hintergrund und Unterrichtsvorschläge

StiftungBildungspakt

Bayern

Florian Ziegler 11.3.2013florian.ziegler@phil.uni-augsburg.de

http://www.philso.uni-augsburg.de/lehrstuehle/grundschuldid/downloads_skripten/lehrerfortbildung__gribs/

2

Warum sollte man elektrostatischen Phänomenen im Sachunterricht Raum geben?• Die Menschheit kannte die statische

Elektrizität lange vor der fließenden Elektrizität.

• Die Erklärung ist hilfreich beim Aufbau einer Modellvorstellung zum Strom.

• Alle Experimente lassen sich mit einfachen Materialien und völlig gefahrlos durchführen.

4. Elektrostatik

3

Bohr´sches Atommodell:Kern: Protonen und NeutronenAtomhülle: ElektronenIn Atomen herrscht ein Gleich-gewicht zwischen positiven undnegativen Ladungen. Sie sind nach außen elektrisch neutral.Unterschiedliche Ladungen ziehen sich an, gleiche Ladungen stoßen sich ab.

Bildquelle: Zentrale für Unterrichtsmedien (www.zum.de)

4. Elektrostatik

4

Werden bei elektr. Nichtleitern äußere Elektronen (z.B. durch Reibung) entfernt, so entsteht ein Ladungsüberschuss.

Luftballon und Pullover ziehen sich gegenseitig an.

4. Elektrostatik

5

4. Elektrostatik

Warum zieht der geladene Luftballon aber elektrisch neutralen Pfeffer an?Die überschüssigen Elektronen am Luftballon drücken die Elektronen im Pfeffer von sich weg. Die positiven Pfeffer-Ladungen sind dadurch näher am Luftballon als die negativen.

6

+ + + +

+ + + +

+ + + +

+ + + +

- - - -

- - - -

- - - -

- - - -

- - --

- - --

- - --

- - --

7

4. Elektrostatik

Warum beginnen die Papiermännchen zu tanzen?

Durch die Ladungsverschiebung in den Atomen der Papiermännchen werden diese von den überschüssigen Elektronen auf dem Kunststofflineal angezogen.

10

4. Elektrostatik

Warum verbiegt sich der Wasserstrahl?

Wasser ist ein Dipol, da im Wasser-molekül Ladungsverschiebungen bestehen.

δ-

δ+δ+

11

4. Elektrostatik

Warum verbiegt sich der Wasserstrahl?

Die überschüssigen Elektronen auf dem Plastiklineal üben eine Anziehungskraft auf die positiv (teil-) geladenen Wasserstoff-atome aus und geben dem Wasserstrahl dadurch einen Richtungsimpuls.

12

Vorschläge für den Unterricht

13

Elektrostatik

1. Der Luftballon und seine Anziehungskraft:Phänomenbegegnung: Haare stehen zu Berge Vorwissen und erste Vermutungen Experimentierphase 1:

mit Salz und Pfeffer (KV 18) Gesprächskreis Input: Modellvorstellung (TA-Bild +

AB) (KV 19+20)Transfer: Warum standen die Haare zu

Berge?

14

15

Elektrostatik

1. Der Luftballon und seine Anziehungskraft: Experimentierphase 2:

andere Gegenstände anziehen (KV 21 oben)

Schüler setzen weitere eigene Ideen um (KV 21 unten)

16

Elektrostatik

2. Forscheraufträge aus dem Phänomenkreis:Anwenden der Erkenntnisse, Überprüfen der Vermutungen, Vertiefung und Transfer in weiteren Forscheraufträgen (KV 22-25)

Unterstützung durch Hilfekarten, Anregung durch weitere Nichtleiter

Evtl. Anfertigen eigener Skizzen zur Erläuterung

17

Elektrostatik

18

Elektrostatik

Individuelle Förderung und Differenzierung:„Salz und Pfeffer“-Versuch schafft gemeinsame Erfahrungsgrundlage für anschließendes GesprächVersuchsreihen sind offen und können von Schülern gut variiert werdenZuwendung der Lehrkraft zu Schülern gut möglich, die in die Erklärung des sich wiederholenden Phänomens noch einmal mit Anleitung einsteigen wollen.Angebot von Hilfekarten

19

Literatur

Ziegler, F., Grygier, P. & Hartinger, A. (Hrsg.) (2011): Individuelles Lernen im Sachunterricht – Strom und Magnetismus. Berlin: Cornelsen.

20

+ + + +

+ + + +

+ + + +

+ + + +

- - - -

- - - -

- - - -

- - - -

- - --

- - --

- - --

- - --