Erdmagnetfeld - Physik - PDF

[Magnetismus] Sachanalyse =========== Definition Magnetismus ---------------------- Magnetismus ist ein physikalisches Phänomen, das durch die Wechselwirkung von Magneten, magnetisierten oder magnetisierbaren Objekten und bewegten elektrischen Ladungen wie etwa in stromdurchflossenen Leitern zum...

[Magnetismus] Sachanalyse =========== Definition Magnetismus ---------------------- Magnetismus ist ein physikalisches Phänomen, das durch die Wechselwirkung von Magneten, magnetisierten oder magnetisierbaren Objekten und bewegten elektrischen Ladungen wie etwa in stromdurchflossenen Leitern zum Ausdruck kommt. Ein Magnetfeld, das einerseits von diesen Objekten erzeugt wird und andererseits auf sie wirkt, dient zur Vermittlung dieser Kraft. Letztendlich lassen sich alle Ausprägungen des Magnetismus auf die Bewegung elektrischer Ladungen oder den magnetischen Moment von Elementarteilchen als Folge ihres Spins zurückführen. Magnetismus ist ein Bereich des Elektromagnetismus, der eine der vier physikalischen Grundkräfte darstellt. Magnete ------- Magnete haben die Fähigkeit, spezifische Stoffe wie Eisen (Fe), Nickel (Ni) und Kobalt (Co) magnetisch anzuziehen oder abzustoßen. Diese Substanzen sind ferromagnetisch. Diese Stoffe können in der Nähe eines Magneten selbst magnetisiert werden, was bedeutet, dass sie auch Magnete werden. Im Gegensatz dazu sind die meisten Magnete aus solchen Substanzen gefertigt. Metalle der Gruppe der seltenen Erden (Lanthanoide), die sehr hohe Anziehungskräfte entwickeln, sind die besonders starken Permanentmagneten. Es ist daher notwendig, mit solchen Magneten sorgfältig umzugehen. Es gibt Magnetpole in jedem Magneten, in denen die magnetische Kraft besonders stark wirkt. Ein unkomplizierter Magnet besitzt zwei Pole, nämlich den Nordpol und den Südpol. Daher wird er als Dipol bekannt. Die Namen Nord- und Südpol entstehen durch die Feststellung, dass sich dieselben Pole abstoßen und sich ungleiche Pole anziehen. Magnete werden für spezifische Zwecke gefärbt: Der Nordpol ist normalerweise rot und der Südpol grün. Dauermagnete, genauso wie ein Stabmagnet, haben einen dauerhaften magnetischen Effekt. Diese Beispiele sind üblich und werden häufig im Unterricht verwendet. Im Unterschied dazu ist es möglich, Elektromagnete anzu- und auszuschalten. Wenn man starke magnetische Kräfte benötigt, die nur vorübergehend wirksam sein sollen, ist dies besonders nützlich. Insgesamt sind Magnete beeindruckende Gegenstände. Sie haben die Fähigkeit, Materialien nicht nur anzuziehen oder abzustoßen, sondern auch andere Substanzen zu magnetisieren. In zahlreichen Bereichen des Alltagslebens und der Technik werden sie eingesetzt. \+ pdf Wissenschaft :: Physik: Elektrizität und Magnetismus :: Magnetismus Bild - Bildwörterbuch Magnetfeld ---------- [Pdf s. 157] [ Feldlinien] [ Magnetische Dipole] [Arten von Magneten] [Formen von Magneten] [Kompass] [Was ist Magnetismus (+ Magnetfeld)? ] [Wie funktionieren Magnete (+ welche Magneten gibt es)?] [Was ist das Erdmagnetfeld:] Das Erdmagnetfeld ist ein unsichtbares, jedoch messbares Magnetfeld, das den Planeten umgibt und für den Schutz vor Sonnenwind für die Erde von großer Bedeutung ist, da es geladene Teilchen aus dem Weltraum ablenkt, die sonst direkt auf die Atmosphäre und die Erdoberfläche treffen könnten, schützt es den Planeten. Für das Leben auf der Erde ist dieses Magnetfeld unerlässlich (Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, o. J.). Das Magnetfeld der Erde wird durch Vorgänge im äußeren und inneren Erdkern erzeugt. Der äußere Kern besteht aus leitfähigen Flüssigkeiten, wie Nickel und flüssigem Eisen. Durch den Temperaturunterschied des äußeren Erdkerns, bilden sich so genannte „Konvektionsströme" (Klatt, 2022), dies sind Bewegungen des flüssigen Metalls, die durch die Erdrotation und Wärmeschwankungen verursacht werden. Durch die Bewegungen entstehen elektrische Ströme, erzeugt durch die elektrischen Ladungen im Erdkern, welche das Magnetfeld um die Erde bilden. Diese Wechselwirkung wird als „Dynamo-Effekt" bezeichnet (Stern, 2001). Jedoch ist das Magnetfeld der Erde nicht durchgehend stabil, sondern kann sich über einen langen Zeitraum hinweg auch verändern. Die Magnetpole können sich nach langer Zeit auch verschieben und manchmal kehren sich die Pole des Feldes auf diese Weise um, indem der Nord- und der Südpol ihre Positionen tauschen. Die Häufigkeit dieser Umpolungen liegt zwischen 100.000 und Millionen von Jahren. Schwankungen in der Intensität des Magnetfelds können auf eine bevorstehende Verschiebung hindeuten. Die Forschung ist noch nicht abgeschlossen, um den genauen Mechanismus zu ermitteln, der zu diesen Veränderungen führt (Deutsche Physikalische Gesellschaft, 2004). Auf der Erde ist der geografische Südpol der magnetische Nordpol, während der geografische Nordpol der magnetische Südpol ist. Diese Bezeichnungen leiten sich von den physikalischen Eigenschaften der Magnete ab. Ein Kompass hat eine bewegliche magnetische Nadel Ein Kompass ist Navigationsinstrument, das aus einer magnetisierten Nadel besteht. Diese bewegliche Nadel richtet sich nach dem Magnetfeld der Erde aus. Der magnetische Südpol der Erde zieht den magnetischen Nordpol einer Kompassnadel an. Dank dieser Ausrichtung entlang der Feldlinien zeigen Kompasse stets in Richtung des geografischen Nordpols. (Roth & Stahl, 2018). Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung. (2023, Jänner 2). *Lehrplan der Volksschule*. https://www.ris.bka.gv.at/Dokumente/Bundesnormen/NOR40263891/NOR40263891.pdfDeutsche Physikalische Gesellschaft. (2004, November 24). *Das Magnetfeld der Erde*. Welt der Physik. https://www.weltderphysik.de/gebiet/erde/erde/erdmagnetfeld/Klatt, R. (2022, Jänner 17). *Wärmeleitfähigkeit: Erdinneres kühlt schneller ab als gedacht*. Forschung und Wissen. https://www.forschung-und-wissen.de/nachrichten/geologie/erdinneres-kuehlt-schneller-ab-als-gedacht-13375775Roth, S., & Stahl, A. (2018). *Elektrizität und Magnetismus: Experimentalphysik---Anschaulich erklärt*. Springer Spektrum.Stern, D. (2001, September 17). *Ursachen des Erdmagnetismus*. https://pwg.gsfc.nasa.gov/earthmag/Dynamo2.htmZentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik. (o. J.). *Erdmagnetismus*. https://www.zamg.ac.at/cms/de/dokumente/geophysik/ZAMG\_Erdmagnetismus.pdf Didaktische Analyse =================== [Relevanz des Themas -- Lehrplanbezug] Das Thema Magnetismus ist ein grundlegendes Thema der Physik. Kinder begegnen Magnetismus in ihre Alltag, sei es bei Spielen, Versuchen und Experimenten oder bei der Verwendung eines Kompasses. [Sachunterricht -- Didaktische Grundsätze:] - „Lernumgebungen sollen so gestaltet sein, dass sie die Neugierde wecken, zum eigenständigen Beobachten, Forschen, Experimentieren und Gestalten anregen und damit nachhaltiges Lernen fördern." (Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung, 2023, S. 8) - „Die Kinder setzen sich mit Phänomenen der Natur auseinander und erkennen Zusammenhänge zwischen der belebten und unbelebten Umwelt." (Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung, 2023, S. 7) [Sachunterricht -- Kompetenzbereich Natur und Technik:] - „Die Schülerinnen und Schüler können grundlegende physikalische Eigenschaften und Zusammenhänge entdecken, z. B. Magnetismus." (Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung, 2023, S. 12) [Sachunterricht -- Experimentieren:] - „Experimente werden als wesentliche Methode genutzt, um den Kindern naturwissenschaftliches Denken näherzubringen." (Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung, 2023, S. 13) [Sachunterricht -- Anwendungsbereich Magnetismus:] - „Kinder erleben Magnetismus und seine Anwendungen im Alltag, z. B. durch das Arbeiten mit Magneten, Kompassen und Magnetfeldern." (Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung, 2023, S. 15) [Lernziele] - Die Schüler\*innen können Gegenstände nennen, die magnetisch / nicht magnetisch sind. - Die Schüler\*innen lernen, wie man das Magnet sichtbar machen kann. - Die Schüler\*innen lernen die Funktionsweise eines Kompasses kennen. - [Zielgruppe und Voraussetzungen] Das Stundenkonzept ist für die Grundstufe 2 vorgesehen (3. oder 4. Klasse). Die Kinder sollten in Vorfeld bereits die verschiedenen Magneten kennengelernt haben und wissen, dass ein Magnet einen +/- Pol hat. [Begründung der Unterrichtsplanung] Physikalische Grundlagen zu Magnetismus sollen durch reale Veranschaulichungen dargestellt werden. Es soll einerseits das Verständnis für diese physikalischen Phänomene und andererseits auch das praktische Handeln gefördert werden. Station 2: Kompass Materialien: - Stabmagneten - Kugel aus Papier oder Plastik - Kompass Ablauf: Experimente =========== [Magnet + Feldlinien] [Was ist magnetisch, was nicht?] [Kompass] [Abstoßen und Anziehen von Magnete] Stundenplanung ==============