4.2.1 Die Wechselwirkungen zwischen Magneten qualitativ beschreiben und die Eigenschaften mit Hilfe von Modellen erklären
Unterrichtsmaterial zum Lernziel: Die Maturandinnen und Maturanden können die Wechselwirkungen zwischen Magneten qualitativ beschreiben und die Eigenschaften mit Hilfe von Modellen erklären.
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Magnetfeld eines geraden stromdurchflossenen Leiters (interaktive Simulation)
Interaktive Simulation zum Magnetfeld eines geraden Leiters: Der Strom kann per Schaltknopf umgekehrt werden, eine Magnetnadel lässt sich frei positionieren, und die konzentrischen Feldlinien samt Rechte-Hand-Regel werden erklärt. Erlaubt selbständiges Erkunden der Richtung des Magnetfelds um einen stromdurchflossenen Leiter.
Interaktive Simulation: Magnetfeld eines Stabmagneten (Walter Fendt / LEIFIphysik)
Eine HTML5-Simulation, in der Schüler:innen mit einer bewegbaren Magnetnadel das Feldlinienbild eines Stabmagneten erkunden. Die Nadel zeichnet Feldlinien mit Pfeilspitzen ein, der Magnet kann umgedreht werden. Kurze Bedienanleitung, keine Aufgaben oder Erklärtexte.
Interaktive Simulation: Elektromagnetischer Schwingkreis
Interaktive Simulation eines elektromagnetischen Schwingkreises mit Kondensator, Spule und einstellbarem Widerstand. Die Lernenden variieren Kapazität, Induktivität und Widerstand und beobachten Schwingungsdauer, Spannungs- und Stromverläufe sowie Energieumwandlungen inklusive Dämpfung, aperiodischem Grenzfall und Kriechfall.
Physik-Skript G4: Ströme und Magnete
Umfassendes Skript zur Elektrizitäts- und Magnetismuslehre fürs Gymnasium, mit geschichtlichem Einstieg, Modellvorstellungen (Elementarmagnetchen, Influenz/Polarisation), Coulombgesetz und Stromkreisen sowie vielen Übungsaufgaben und Lösungen. Enthält Praktikums- und Protokollaufgaben und reizvolle Transferaufgaben mit Realweltbezug (Millikan-Versuch, Erdladung, Mond auf Umlaufbahn).
Interaktive Simulation: Feldlinienbild eines Stabmagneten mit Magnetnadel
Ein interaktives Simulationswerkzeug, mit dem Lernende das Feldlinienbild eines stabförmigen Dauermagneten erkunden. Mit der Maus wird eine Magnetnadel im Feld bewegt; die durch deren Mittelpunkt verlaufende Feldlinie wird eingezeichnet, der Magnet lässt sich umdrehen und das Bild löschen. Enthält kaum erklärenden Text, ist aber als exploratives Werkzeug didaktisch wertvoll.
Simulation: Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters
Ein interaktives Simulationswerkzeug, in dem Schüler:innen den Strom durch einen senkrechten Draht umkehren und mit einer verschiebbaren Magnetnadel das Magnetfeld erkunden können. Die Feldlinien als konzentrische Kreise und die Rechte-Hand-Regel werden kurz erläutert, auch der Unterschied zwischen technischer Stromrichtung und Elektronenbewegung wird thematisiert.
Interaktives Magnetfeld eines Stabmagneten mit Kompassnadel
Interaktive Simulation, in der Schüler:innen das Magnetfeld eines Stabmagneten mit einer beweglichen Magnetnadel erkunden und Feldlinien mit Pfeilspitzen selbst aufzeichnen. Ein Schaltknopf dreht den Magneten um, sodass die Umkehrung des Feldes direkt beobachtet werden kann. Reines Werkzeug ohne erklärenden Text, aber zum selbständigen explorativen Erkunden von Feldlinien bestens geeignet.
Spulenfeld: Grenzübergang von der exakten zur Näherungsformel
Lösung einer mittelschweren Physikaufgabe zum Magnetfeld einer Zylinderspule. Die Aufgabe verlangt das Erläutern des Grenzübergangs von der exakten Formel für kurze Spulen zur Näherungsformel für langgestreckte Spulen sowie eine quantitative Abschätzung, ab welcher Länge die Näherung weniger als 5% vom exakten Wert abweicht. Komplette Musterlösung mit algebraischer Herleitung und Zahlenwert enthalten.
Simulation: Magnetfelder von Stabmagnet und Erde erkunden
Interaktive Simulation, mit der Lernende das Magnetfeld eines Stabmagneten und das Erdmagnetfeld mit einem beweglichen virtuellen Kompass und einstellbarer Feldstärke untersuchen können. Begleitet wird sie durch wenige offene Entdeckeraufgaben zur Feldrichtung, zum Zusammenhang von Feldstärke und Entfernung sowie zum Erdmagnetfeld. Hinweis: Flussdichte als Oberstufen-Thema ist ausgewiesen.
Arbeitsblatt: Elektromagnet-Feld-Simulation (PhET-Stil)
Anleitungsblatt zu einer interaktiven Simulation, mit der das Magnetfeld von Stabmagneten und Elektromagneten mittels Kompassnadeln, Elektronenanimation und Spannungs-/Frequenzreglern erkundet wird. Fünf offene Aufgaben (Vorhersagen, Zusammenhang Feldstärke–Abstand, Vergleich Stabmagnet–Elektromagnet) begleiten das Explorieren, Lösungen fehlen. Didaktisch klar aufgebaut und durch das eigenständige Ausprobieren mit dem Werkzeug ansprechend, aber ohne Erklärtext und Antwortlösung.
Erklärvideo zur magnetischen Kraft
Interaktives Erklärmaterial zu Kräften zwischen Magnetpolen mit einer Simulationsanimation, in der Polstärken und Abstand per Schieberegler verändert werden können. Qualitative Beschreibung von Anziehung/Abstossung sowie der Abhängigkeit der Kraft von Polstärke und Abstand. Ergänzt durch Hinweise zu Vereinfachungen der Darstellung.
Identifikation dreier Metallstäbe (Kupfer, Eisen, Magnet) durch Kraftwahrnehmung
Ein kniffliges Experiment-Rätsel: Drei optisch gleiche Metallstäbe (Kupfer, unmagnetisierter Stahl, Dauermagnet) sollen ohne Hilfsmittel identifiziert werden, indem man sie über die liegenden Stäbe führt und die Kräfte «erfühlt». Die ausführliche Lösung erklärt die charakteristischen Kraftverläufe (keine Kraft / Null in der Mitte / konstante Kraft).
Simulation: Gleichstrom-Elektromotor mit Leiterschleife
Eine reduzierte Simulation eines Gleichstrommotors mit einer Leiterschleife im Magnetfeld eines Hufeisenmagneten. Die interaktive Visualisierung zeigt Stromrichtung, Feldlinien und Lorentzkraft und erklärt die Drei-Finger-Regel.
Eisenstäbe in Spule
Physikalische Übungsaufgabe mit vollständiger Musterlösung zum Elektromagnetismus: Zwei Weicheisenstäbe in einer Spule stossen sich beim Einschalten des Stroms ab, auch nach Umpolung. Die Lösung erklärt den Vorgang über die Ausrichtung der Elementarmagnete (Modellvorstellung) und verlangt eine Skizze.
Simulation: Magnetfeld eines geraden stromdurchflossenen Leiters
Interaktive HTML5-Simulation von Walter Fendt, die das Magnetfeld eines geraden stromdurchflossenen Leiters zeigt. Die Stromrichtung lässt sich umkehren und eine Magnetnadel frei verschieben, um die Feldrichtung zu erkunden. Eine Aufgabe verlangt die Überprüfung mit der Rechten-Faust-Regel.
Der Ørsted-Versuch: Magnetische Wirkung des elektrischen Stroms
Anleitung zum klassischen Ørsted-Versuch, bei dem eine Magnetnadel neben einem stromdurchflossenen Leiter ausschlägt. Das Material führt durch Aufbau, Durchführung, Beobachtung und Auswertung und ordnet die Entdeckung historisch ein. Es folgt daraus, dass um einen stromdurchflossenen Leiter ein Magnetfeld entsteht, dessen Stärke und Richtung vom Strom abhängen.
Skript GF5: Ströme und Magnete (Elektrizität und Magnetismus)
Umfangreiches Skript für das Grundlagenfach Physik (GF 5) zu Elektrostatik, Magnetismus und Stromkreisen mit historischem Einstieg, Merkkästen, Demonstrations-Experimenten und zahlreichen Übungsaufgaben (inkl. Lösungsverweis). Die Aufgaben reichen von Routineanwendungen des Coulombgesetzes bis zu originellen Knobelaufgaben (z.B. Mond mit 1000 kg Elektronen zu wenig, Millikan-Tröpfchen).
Videoquiz zu Magneten und dem Elementarmagnete-Modell
Ein Videoquiz zum Permanentmagnetismus, das das Wissen über magnetische Eigenschaften und das Elementarmagnete-Modell interaktiv überprüft. Die Aufgabe ist als leichte Übung mit einblendbarer Lösung konzipiert. Es dient der Wiederholung und Selbstkontrolle des Grundwissens.
Quiz zu magnetischen Grundeigenschaften
Ein kurzes Online-Quiz von LEIFIphysik zur Überprüfung von Grundwissen über magnetische Grundeigenschaften, mit einblendbarer Lösung und Grundwissens-Verweisen. Es dient als schnelle Selbstkontrolle nach der Behandlung des Permanentmagnetismus.
WEISSsche Bezirke – Magnetnadelmodell mit Helmholtzspulen
Versuchsanleitung zur Modellierung ferromagnetischer Stoffe mit einer Magnetnadelplatte zwischen Helmholtzspulen: Entstehung und Umkippprozesse von WEISSschen Bezirken, Remanenz und Hysteresekurve werden qualitativ und teilweise quantitativ untersucht. Eine Transferaufgabe (Magnetisieren und Entmagnetisieren eines Eisennagels) rundet das Material ab.
Ørsted-Versuch: Das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters
Das Material beschreibt den historischen Ørsted-Versuch zur Demonstration der magnetischen Wirkung eines stromdurchflossenen Leiters. Zwei Versuchsaufbauten (Magnetnadeln über und unter dem Leiter sowie Nadeln auf einer Glasplatte) zeigen die kreisförmige Feldstruktur, abgeleitet aus dem beobachteten Verhalten der Nadeln, ergänzt um die Rechte-Faust-Regel zur Bestimmung der Feldrichtung. Eine Verständnisaufgabe zum Verhalten einer Magnetnadel auf Leiterhöhe schliesst das Material ab.
Elektromotor: Rotor, Stator und Kommutator verstehen
Gut strukturierte Versuchsanleitung mit zwei aufeinander aufbauenden Experimenten: Zuerst ein Rotor ohne Kommutator, der nur eine Vierteldrehung macht, dann mit Kommutator zur Dauerdrehung. Anschauliche Erklärungen mit Beobachtung/Schlussfolgerung-Schema, Rechte-Faust-Regel und praxisnahen Hinweisen zum Totpunkt.
Magnetfelder stromdurchflossener Leiter: Experiment mit Leiterschleife und Spule
Experimentieranleitung zur Sichtbarmachung von Magnetfeldern mit Eisenspänen an Leiterschleife, Spule und Ringspule, mit Beobachtungsbeschreibungen und zentralen Erkenntnissen. Eine Aufgabe zur Richtung der Feldlinien bei einer Ringspule rundet das Material ab, allerdings ohne Lösungen und ohne weitergehende quantitative Behandlung.
Experiment: Elektromagnet mit Spule und Eisenkern bauen
Praktische Versuchsanleitung zum Bau eines Elektromagneten mit Netzgerät, Spule und Eisenkern. Die Schüler:innen untersuchen, wie Stromstärke, Windungszahl und Eisenkern die Magnetwirkung beeinflussen. Ausführliche Anleitung mit Durchführung und Deutung, aber ohne weiterführende Fragen oder formale Vertiefung.
Fernunterricht 2mb: Elektrizitätslehre und Magnetismus
Wochenplan-Seite für den Fernunterricht einer Physikklasse mit Materialien zu Stromkreisen (Kirchhoff, Ersatzschaltungen) und Magnetismus (Lorentzkraft, Elektromagnete, Induktion). Enthalten sind Aufgabenblätter zu Serien-/Parallelschaltungen, ein Physik-Journal-Artikel über den einfachsten Elektromotor der Welt sowie Anleitungen zu eigenen Experimenten und PhET-Simulationen.
Magnetfeldlinien sichtbar machen mit Eisenfeilspänen
Ein Experimentierblatt, bei dem Schülerinnen und Schüler mit Eisenfeilspänen magnetische Feldlinienbilder verschiedener Magnetanordnungen sichtbar machen, abzeichnen und deuten. Dazu kommen vertiefende Verständnisfragen zur Richtung, Überlagerung und zum Wesen von Feldlinien. Kurze Lehrerinformationen ergänzen das Material.
Der FI-Schalter: Funktionsweise des Fehlerstromschutzschalters
Erklärender Lehrtext zur Funktionsweise des FI-Schalters: vom Stromunfall über die Kompensation der Magnetfelder (Kompassversuch) bis zur induktiven Auslösung bei Wechselstrom. Schrittweise didaktisch aufgebaut mit Skizzen und einer Abschlussaufgabe.
Magnetische Flussdichte bei Spulenkombinationen
Rechenaufgabe zum Magnetfeld einer langen Spule: Nach Berechnung der Flussdichte im Spulinneren wird eine zweite baugleiche Spule mit gleichem bzw. entgegengesetztem Umlaufsinn angesetzt, und die Felder an den Spulenenden werden erschlossen. Musterlösung mit vollständiger Rechnung und symmetriebasierter Argumentation vorhanden.
Drehspulinstrument: Aufbau und Funktionsweise (Aufgaben mit Lösungen)
Aufgabenset zu Aufbau und Funktionsweise des Drehspulinstruments: Skizzieren und Erläutern des Prinzips, Erklärung, warum Wechselstrom nicht angezeigt wird und warum eine Rückstellvorrichtung nötig ist. Vollständige Musterlösungen sind enthalten. Kurzes, solides Übungsmaterial ohne Einstieg oder Beispiele.
Nord- und Südpol einer Spule experimentell bestimmen
Eine Prüfungsaufgabe mit Musterlösung: Mit Spule, Gleichstromquelle und Kompass soll experimentell die Lage der magnetischen Pole einer Spule bestimmt werden. Die Lösung zeigt das Vorgehen mit Kompassnadel und die Deutung über Anziehung/Abstossung der Pole.
Darstellung elektrischer Feldlinienbilder: Grießkörner in Rizinusöl und Plastikfasern
Versuchsanleitung zur sichtbaren Darstellung elektrischer Feldlinienbilder mit influenzierten Grießkörnern in Rizinusöl und mit Plastikfasern auf Karton. Enthält Materiallisten, Aufbau- und Durchführungshinweise sowie eine kritische Diskussion der Grenzen dieser Modellvorstellung.
Elektromagneten selbst bauen und untersuchen
Bauanleitung für einen einfachen Elektromagneten aus Nagel, Kupferdraht und Batterie mit vier begleitenden Versuchen (Anziehung, Polung, Wickelsinn, Doppelwicklung). Es handelt sich um ein Experimentierblatt mit Beobachtungsaufträgen und Platz für eigene Ergebnisaufzeichnungen, ohne Musterlösungen oder Erklärtext.
Erklärvideo zum Elektromotor
Ein Erklärtext (mit Verweis auf Abbildungen und Animation) zum Aufbau und zur Funktionsweise eines einfachen Elektromotors mit Permanentmagneten. Es werden Rotor, Stator, Kommutator und verschiedene Ankertypen anschaulich erklärt.
Magnetfeld eines Stabmagneten – Wasserwannenversuch (Animation)
Eine kurze Animation, die den klassischen Wasserwannenversuch zeigt: Eine an einem Korken montierte magnetische Stricknadel fährt im Wasser die Feldlinien eines Stabmagneten nach. Damit wird die Feldlinien-Vorstellung magnetischer Wechselwirkung anschaulich demonstriert, allerdings ohne erklärenden Text, Aufgaben oder Vertiefung.
Lichtenberg'sche Figuren
Ein Bericht über das historische Experiment der Lichtenberg'schen Figuren, inklusive eines einfachen Nachbaus mit Antistatikbeutel, Glasplatte und Lykopodium-Pulver. Der Text vermittelt historischen Kontext zu Lichtenberg und beschreibt den Versuchsaufbau, bleibt aber überwiegend deskriptiv ohne eigene vertiefende physikalische Ausarbeitung.
Simulationsaufgabe zu Magnetismus
Ein digitales interaktives Werkzeug zum Magnetismus mit zwei Erkundungsaufgaben: Was passiert beim Einschalten des Schalters, und wie erkennt man das Vorzeichen der Ladungen? Es liegt kaum erklärender Text bei; die Aufgaben ohne Lösungen eignen sich als Begleitung zu einer Unterrichtssequenz.
Grundwissen Magnetismus: Permanentmagnete, Elementarmagnete und Magnetfeld
Grundwissensseite zur Magnetik für die Sekundarstufe: Pole, Elementarmagneten-Modell, magnetische Influenz, Feldlinienbilder und die Kraft zwischen Magnetpolen werden in knappen Stichpunkten erklärt. Dazu werden LEIFI-Quizze und Übungsaufgaben mit Musterlösungen angekündigt; im Text selbst steht nur das Grundwissen.
Vergleich von Drehspulinstrument und Elektromotor
Kurze Vergleichsaufgabe: Lernende nennen Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen Drehspulinstrument und Elektromotor mit Permanentmagnet. Eine Musterlösung mit den wesentlichen Punkten ist enthalten. Didaktisch schlicht und routiniert, aber solide einsetzbar als Verständnisfrage zur Lorentzkraft-Anwendung.
Magnetische Wirkung einer stromdurchflossenen Spule
Aufgabenblatt zu einem Versuch mit Spule, Schalter und Kompassnadel: Die Lernenden erklären die Drehung der Kompassnadel und die Verstärkung der magnetischen Wirkung durch einen Weicheisenkern. Die Lösungen sind enthalten und erklären die Magnetisierung über ausgerichtete Elementarmagnete. Ein kompaktes, korrektes Arbeitsblatt mit klassischen Transferaufgaben (Begründung der Massnahme in Teil c).
Übungsaufgaben zum Elektromagneten: Aufbau, Schrottplatz, Tragkraft
Eine Aufgabengruppe zum Elektromagneten: Aufbau eines Elektromagneten aus Spulen, U-Kern und Batterie, Vergleich mit Permanentmagneten auf Schrottplätzen und Erklärung der Tragkraftsteigerung durch einen Eisenkern. Lösungen sind knapp als Kurzantworten beigefügt.
Hubmagneten selbst bauen – Flexons Doppelwicklung
Kurze, handlungsorientierte Aufgabe: Die Schüler:innen wickeln aus einem Nagel und dünnem Kupferdraht eine Magnetspule, testen sie an einer Taschenlampenbatterie mit Büroklammern und prüfen bei Teil b) kritisch, ob Flexons Trickwicklung (Hin- und Rückleiter) tatsächlich einen Hubmagneten ergibt. Der Aufhebungseffekt gegenläufiger Ströme ist vorgegeben; Material ist fragmentarisch und ohne Lösungen.
Telegraphie und Morse-Code
Ein historisch orientierter Text zur Entwicklung der elektrischen und elektromagnetischen Nachrichtenübertragung von Sömmering über Ørsted, Gauss/Weber bis zu Morse, mit Beschreibung des Morse-Apparats und einer übersichtlichen Morse-Code-Tabelle. Eine einzige Aufgabe verlangt das Entziffern einer übermittelten Botschaft mittels des Morse-Alphabets.
Sicherungen im Haushalt: Der Leitungsschutzschalter
Erklärender Fachtext zu Sicherungsautomaten im Haushalt: Nennströme, Sicherungstypen sowie die Funktionsweise des Leitungsschutzschalters mit Elektromagnet (Kurzschluss) und Bimetall (Überlastung), veranschaulicht durch einen Modellversuch mit Stricknadel. Enthält Sicherheitshinweise zum Umgang mit Sicherungen und einen Link zu einer Animation, aber keine Aufgaben.
Versuchsauswertung: Magnetisierungskurve und Hysterese des Eisenkerns
Versuchsprotokoll zur Aufnahme der Neukurve und Hystereseschleife eines Eisenkerns mittels Spiegelgalvanometer (Fluxmessung über induzierte Spannungsstösse). Enthält Messwerttabellen, den Hinweis zur Auswertung als I-B-Diagramm sowie eine Deutung von Sättigung, Remanenz und Weißschen Bezirken. Die Auswertung selbst (Diagramm) bleibt den Lernenden überlassen; Lösungen oder weiterführende Aufgaben fehlen.
Erklärvideo zur magnetischen Influenz
Ein Erklärvideo-Transkript zur magnetischen Influenz, das das Phänomen anschaulich mit dem Modell der Elementarmagnete erklärt. Dazu kommen ferromagnetische Stoffe und ein Abschirmversuch mit Eisenplatte. Es fehlen Aufgaben, Übungen oder Selbstchecks.
Elektromagnete: Ørsted-Versuch, Spulen und Eisenkern
Anschaulicher Erklärtext zum Aufbau und zur Wirkung von Elektromagneten: vom Ørsted-Versuch über die Spulenwicklung mit Eisenkern bis zur Modellvorstellung der Elementarmagnete. Abschliessend werden Anwendungen (Schrottplatz, Supraleitung) und Vorteile gegenüber Dauermagneten erläutert.
Übungsaufgaben mit Lösungen: Missweisung des Kompasses und Magnetisierung durch Klopfen
Drei Aufgaben zum Erdmagnetfeld: Bestimmung der Deklination über den Polarstern, Deutung einer Deklination von 180° sowie Magnetisierung eines Weicheisenstabs mittels Inklinatorium und Hammer. Die Lösungen sind knapp mitgeliefert, aber ohne Einstieg, anschauliche Erklärung oder Diagramme im eigentlichen Aufgabenteil.
Simulation: Stabmagnet und Elektromagnet erkunden
Aufgabenset zu einer Magnetfeld-Simulation: Lernende sagen Feldrichtungen voraus, vergleichen Stabmagneten und Elektromagneten, variieren Strom und Windungszahl und untersuchen Induktion qualitativ und quantitativ. Das Material besteht nur aus der Aufgabenliste ohne Erklärtext oder Lösungen.
Flexons Klingel – Fehleranalyse einer Elektromagnet-Schaltung
Eine kurze Übungsaufgabe: Die Schüler:innen finden in einer nicht funktionierenden elektrischen Klingel mehrere Fehler (Kurzschluss, Kupferanker, fehlender Unterbrecherkontakt) und zeichnen einen korrigierten Schaltplan. Die vollständigen Lösungen sind beigelegt. Kompakt und fachlich sauber, aber ohne Einstieg oder Kontext – nur als kurze Ergänzung brauchbar.