Hintergrundinformationen für die Lehrer/innen: - Nawi-Netz-Voitsberg

Hintergrundinformationen
für Lehrer/innen

Hintergrundinformationen für die Lehrer/innen:
Licht nimmt man meistens nicht bewusst wahr, wohl aber die Abwesenheit von Licht,
nämlich die Dunkelheit, weil Sehen ohne Licht nicht möglich ist.
Wann nimmt man Licht wahr?
Die Optik, wie sie in der Grundstufe und auch noch in der Sekundarstufe I behandelt wird,
wird als so genannte „geometrische Optik“ bezeichnet. Es gibt auch noch die Wellenoptik.
In der geometrischen Optik geht man von der Modellvorstellung der Lichtstrahlen aus,
die sich geradlinig nach allen Seiten hin ausbreiten.
Man kann sich also Lichtstrahlen vorstellen, die von einer Lichtquelle ausgesendet
werden und, wenn kein Hindernis im Wege ist, sich beliebig lange ausbreiten. Wenn nun
so ein Lichtstrahl auf einen Gegenstand trifft, so kann er ganz oder zum Teil reflektiert,
also zurückgeworfen werden.
Es gibt verschiedene Arten von Lichtquellen. Natürliche, wie die Sonne, Blitz, Feuer oder
leuchtende Tiere und Pflanzen (Glühwürmchen, Tintenfisch, diverse Pilze und Seerosen)
und künstliche (Kerze, Gaslampe, elektrische Beleuchtung).
Die vom Menschen genutzten Lichtquellen haben sich im Laufe der Zeit ständig
weiterentwickelt:
• Ab 1500 v. Chr.: Kienspan, Fackel
• Ab 1000 v. Chr.: Öl- und Fettlampe
• Ab 500 n. Chr.: Kerze
• Ab 1900 n. Chr.: Gaslampe, Petroleumlampe, Elektrolampe
Damit man etwas sehen kann, muss das Licht in die Augen gelangen. Wenn man ein
Objekt anschaut, so bedeutet das nicht, dass man den Gegenstand sieht, weil etwas von
unserem Auge ausgeht, auch wenn es in unserer Sprache so ausgedrückt wird (etwas
anschauen, den Blick auf etwas richten). Eigentlich ist es so, dass das Licht der Sonne
oder einer anderen Lichtquelle auf den Gegenstand fällt und von diesem in die Augen
trifft.
Ist man in einem dunklen Raum, kann man nichts sehen. Erst dann, wenn eine Lampe
eingeschaltet oder eine Kerze angezündet wird und das Licht direkt von ihnen oder von
den beleuchteten Gegenständen in unsere Augen gelangt. Körper und Gegenstände, die
selbstständig leuchten, bezeichnet man als Lichtquellen. Gegenstände, die selbst nicht
leuchten, sieht man erst dann, wenn sie von einer Lichtquelle beleuchtet werden und das
bei ihnen auftreffende Licht zurückwerfen und dieses Licht in unsere Augen trifft. Wenn
man direkt in die Lichtquelle schaut, sieht man die Lichtstrahlen selbst nicht. Wenn das
Licht aber auf kleine Staubteilchen oder kleine Wassertröpfchen (z.B. Nebeltröpfchen)
trifft und von diesen abgelenkt wird, kann man die Lichtstrahlen sehen. Bei dieser
Ablenkung an den Staub- oder Wasserteilchen kann man auch erkennen, dass sich das
Licht geradlinig ausbreitet. Zwischen Lichtquelle und beleuchtetem Gegenstand gibt es
keinen Knick oder keine Kurven.

Spiegel und Spiegelbilder
Spiegel sind Gegenstände, die im Erfahrungsbereich von Grundschüler/innen
allgegenwärtig sind. In Märchen und Phantasiegeschichten bekommt der Spiegel oft eine
Bedeutung als Ratgeber (Spieglein, Spieglein an der Wand, ...) oder als Eingang in eine
andere Welt. Viele Kinder wissen aber auch, dass man mit Spiegel gezielt zurückwerfen
bzw. gezielt woanders hinlenken kann. Wichtige Einsichten über Eigenschaften von
Spiegel bzw. Eigenschaften des Spiegelbildes können durch Beobachtungen gefunden
werden. Anwenden und Vertiefen lassen sich diese Erkenntnisse durch den Bau von
aufschlussreichen Objekten, wie z. B. von Periskopen.
Zur Erklärung der Funktionsweise eines Periskops kommt vor allem die Reflexion zum
Tragen. Trifft ein Lichtstrahl auf einen Gegenstand, so wird, je nach Beschaffenheit der
Oberfläche viel oder wenig Licht wieder abgestrahlt (reflektiert). Bei ebenen Spiegeln gilt
das Reflexionsgesetz: Der Einfallswinkel ist gleich groß wie der Reflexionswinkel
(bezogen auf das Einfallslot).
(Quelle: http://www.uni-potsdam.de/u/physik/didaktik/projekt/spiegel/Bild/s4-1.gif 01.08.09)
Wie entsteht ein Regenbogen?
Der Regenbogen ist für die Kinder die auffälligste Farberscheinung, die sie gelegentlich
am Himmel beobachten können. Die übliche Erklärung des Regenbogeneffekts geht von
der Reflexion und Brechung des Lichtes an den einzelnen Regentropfen aus. Das weiße
Licht besteht aus den Regenbogenfarben rot, orange, gelb, grün, blau und violett. Jeder
Farbanteil wird an der Grenze Luft-Wasser verschieden stark in seiner Richtung
abgelenkt, die Physiker nennen das die Brechung des Lichts. Dabei wird Blau am
meisten, rot am wenigsten gebrochen.

http://www.medienwerkstatt-online.de/lws_wissen/bilder/210-1.gif

Hintergrundinformationen
für Lehrer/innen

Luft allgemein
Die Erde wird von einer Luftschicht umgeben, die aus einem Gemisch von
verschiedenen Gasen besteht. Die Hauptbestandteile sind Stickstoff (78%), Sauerstoff
(21%), Kohlenstoffdioxid (0,035%) und einige Edelgase. Hinzu kommen noch geringe
Anteile an Kohlenstoffmonoxid, Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid, Stickstoffmonoxid,
Methan, Ammoniak, Ozon und einige mehr. Neben natürlichen Quellen (Vulkane, Blitze,
Mikroorganismen...) kommen vermehrt Gase anthropogenen Ursprungs wie
Industrieanlagen, Kraftwerke, Verkehr.
Neben den angeführten Gasen befindet sich auch immer ein gewisser Anteil an
Wasserdampf, welcher von der Höhe der Temperatur abhängt. Mit steigender
Temperatur nimmt die Luft mehr Wasserdampf auf. Sinkt die Temperatur, kondensiert
der Wasserdampf und fällt als Regen aus.
Das Gewicht von einem Liter Luft beträgt bei 0° C und einem Luftdruck von 1,013 bar
1,2928 g. Der Luftdruck ist der Druck, den eine Luftsäule auf zum Beispiel 1 cm2 ausübt.
Mit diesem Druck kann man einer 10 hohen Wassersäule das Gleichgewicht halten. Mit
einem so genannten Barometer kann man den Luftdruck messen. Mit Hilfe des
Luftdrucks kann man eine Voraussage treffen, ob das Wetter gut oder schlecht wird.
Sachinformation Luft
Luft ist für Menschen, Tiere und Pflanzen lebensnotwendig. Früher galt Luft neben
Feuer, Wasser und Erde als Element. Heute weiß man, dass Luft ein Gemisch aus
verschiedenen Gasen ist. Allerdings können wir Luft nicht sehen, riechen, hören,
fühlen oder schmecken, weshalb wir ihre Existenz gerne vergessen. Auch Versuche
mit der Luft durchzuführen, ist aus diesem Grund nicht ganz einfach.
Die Tatsachen,
- dass wir ständig Luft ein- und ausatmen,
- dass ein starker Luftdruck auf uns lastet
- dass Luft etwas Konkretes, Stoffliches ist,
sind Schülerinnen und Schülern der Volksschule nicht immer bewusst.
Diese mangelnde Wahrnehmung findet ihre Begründung in der Tatsache, dass es sich
bei dem Element Luft zwar aus physikalischer Sicht um einen Körper handelt, dieser
Körper aber im eigentlichen Sinne nicht „greifbar“ ist. Kinder, die gewöhnlich ihre
Umgebung mit allen Sinnen erkunden und be-greifen, geraten bei der Frage „Was ist
Luft?“ an die Grenzen ihrer Vorstellungskraft.
Luft ist ein Gasgemisch, aus dem die Atmosphäre der Erde besteht, von dem wir ständig
umgeben sind und ohne dem wir nicht leben können. Im Alltag verwenden wir den Begriff
jedoch manchmal mit „nichts“ (sich in Luft auflösen).
Luft ist naturwissenschaftlich ein Stoff, der wie Wasser aus Materieteilchen besteht, aber
bei Zimmertemperatur gasförmig und unsichtbar ist. Die Lufthülle der Erde erstreckt sich
über eine Höhe von bis zu 1000 km und wird nach oben hin immer dünner. Das Gewicht
der gesamten Lufthülle entspricht 1 kg/cm2 und wird als Luftdruck bezeichnet. Dieser
nimmt mit zunehmender Höhe ab.
Das Thema „Luft“ bietet Zugang zu einer ganzen Reihe grundlegenden Einsichten.

Luft kann andere Stoffe verdrängen und beansprucht Raum:
Beobachtbar ist dieses Phänomen z. B. wenn unter Wasser in einen geschlossenen
Behälter Luft dazu gefüllt werden kann oder wenn ein „leerer“ Becher kopfüber ins
Wasser gedrückt wird.
Daraus folgt: Das Umgießen von Flüssigkeiten und Feststoffen gelingt immer außerhalb
des Wassers. Gase, die sehr viel leichter als Wasser oder genauso leicht wie Luft sind,
können nur „unter Wasser“ umgegossen werden.
Kann Luft durch Schräghalten des Bechers entweichen, so wird Wasser in den Becher
gedrückt. Dafür verantwortlich ist die Luft im Zimmer, die einen bestimmten Luftdruck hat.
Das Wasser im Becher steigt nicht höher als der Wasserspiegel in der Schüssel. An
diesem Punkt ist die Kraft, mit der die Luft auf das Wasser in der Schüssel drückt,
genauso groß wie die Kraft der Luft, die auf das Wasser in der Flasche drückt.
Es ist ein wichtiger Erkenntnisschritt, dass man Luft erst einschließen muss, um sie
transportieren zu können.
Luft treibt an:
Grundsätzlich schenken Schüler/innen dynamischen Effekten mehr Aufmerksamkeit als
statischen, daher empfiehlt es sich, zuerst Phänomene mit bewegter Luft zu
untersuchen, wie Gegenstände durch Pusten zu bewegen, bevor man sich unbewegter
Luft zuwendet.
Ein Windrad dreht sich schnell, wenn die Luft auf das Papier trifft und durch die vier
Flügel geleitet wird. Die Luft wird dabei nicht aufgehalten, aber sie übt einen Druck auf
die Flügel aus. Dieser Druck erzeugt die Drehung des Windrades.
Vermutlich kamen die Mesopotamier vor rund 4.000 Jahren als Erste auf die Idee, den
Wind über Flügel streichen und damit ein Rad antreiben zu lassen. Sie pumpten mit der
gewonnenen Kraft Wasser auf ihre Felder.
Erst vor rund 900 Jahren begannen europäische Müller die Windkraft zu nutzen.
Eine gerichtete Luftbewegung in der Atmosphäre bezeichnet man als Wind.
Wind entsteht als Ausgleichströmung, wenn sich hauptsächlich infolge von
unterschiedlicher Erderwärmung, Druckunterschiede gebildet haben. Die Luft strömt
dann von Gebieten mit höherem Luftdruck zu Gebieten mit niedrigerem Luftdruck.
Alle Kinder haben selbst bereits ganz konkrete Winderfahrungen. Der Wind bläst alles
durcheinander, er hat Kraft und treibt Gegenstände wie Schirme durch die Gegend, er
lässt den Drachen hoch in die Luft steigen, Wellen auf dem Meer erzeugen Segelschiffe
fahren oder Vögel lang am Himmel segeln.
Physikalisch betrachtet sind wir damit beim Thema Energieumwandlung. Energie wird
umgewandelt – Windkraft geht in Bewegung über.
Doch bewegte Luft bringt uns nicht nur Nutzen. Manchmal verwandelt sie sich in einen
rasenden Sturm, Orkan oder gar Hurrikan und dann hat sie sogar zerstörerische und
lebensgefährliche Kräfte.

Luft bremst:
Luft bietet allen Gegenständen, die sich in ihr bewegen, Widerstand, sie bremst alle
Körper, die sich in ihr bewegen. Daher ist der Fall in Luft genau genommen kein freier
Fall, sondern ein gebremster Fall. Den absolut freien Fall auf der Erde gibt es nur im
luftleeren Raum. Entsprechend wird also jeder Gegenstand beim Fallen gebremst.
Beispiele für Luft bremst:
• Fährt man mit der Hand durch die Luft, so spürt man eine leichte Hemmung der
Bewegung.
• Viel besser kann man das spüren beim schnellen Fahrrad- oder Motorradfahren.
• ein Blatt Papier fallen lassen — erst offen und dann zusammengeknüllt!
• Unerwünscht: Luftwiderstand bei Fahrzeugen aller Art.
• Erwünscht: Fallschirm, Flugzeuglandung.
• Papierflugzeuge
Um den Luftwiderstand am eigenen Körper zu erfahren, können die Kinder im Freien
eine kurze Strecke laufen, zuerst mit einem geschlossenen Regenschirm und darauf mit
einem aufgespannten Schirm.
Kohlenstoffdioxid
Außer der „normalen“ Luft kann in der Grundstufe II auch dem Kohlenstoffdioxid
verstärkte Aufmerksamkeit geschenkt werden.
Kohlenstoffdioxid (CO2) ist, wie gewöhnliche Luft auch, ein farbloses und geruchloses
Gas, das man auch nicht schmecken kann, und trotzdem ist es überall in unserer
Umwelt. Es befindet sich in Getränken wie Mineralwasser (sowie Cola Fanta, usw.), Bier
und Sekt. Es entsteht beim Verbrennen von Kerzen, Holz und Papier, sowie aus
Brausetabletten und Backpulver und wir atmen es aus. Durch ein paar Eigenschaften
unterscheidet es sich aber von der Luft. Man kann es
umschütten, weil es schwerer ist als Luft. (Es hat eine höhere Dichte). Es erstickt die
Flammen und es löst sich in Wasser. Man kann es nachweisen, weil es klares
Kalkwasser trübt. Kohlenstoffdioxid ist aber für das Leben auf der Erde unentbehrlich.
Ohne CO2 gäbe es keine Pflanzen und damit auch keinen Sauerstoff, den wir zum
Atmen brauchen.
Die Luft besteht eigentlich aus zwei Hauptbestandteilen: Stickstoff mit 78% und
Sauerstoff mit 21%. Die Behandlung dieser beiden Gase erfolgt in der Sekundarstufe.

Hintergrundinformationen
für Lehrer/innen

Wasser allgemein
Wasser ist ein sehr wichtiger Stoff unseres täglichen Lebens. Zwei Drittel der Erdoberfläche
sind mit Wasser bedeckt und zugleich Lebensraum für viele Lebewesen. In vielen Bereichen
der Technik wird Wasser zum Beispiel als Transportmittel oder als Medium für den
Wärmetransport verwendet. Wasser verändert sich in einem Kreislauf in seinen
Erscheinungsformen. Als Regenwasser fällt es von den Wolken auf die Erde und den
Meeren herab und verdunstet anschließend durch die Wärme der Sonne, um später wieder
als Gas aufzusteigen und kondensiert an den Wolken wieder zu Regen. In welcher Form
das Wasser vorliegt, hängt in erster Linie vom Druck und der Temperatur ab. Bei 0° C ist
Wasser fest, man sagt dazu, dass dies der Schmelzpunkt oder Gefrierpunkt des Wassers ist.
Bei 100°C siedet Wasser, daher ist dies auch der Siedepunkt. Diese Werte beziehen sich
immer auf einen Luftdruck, wie er auf Meereshöhe vorherrscht.
Wasser besteht aus den Elementen Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O). Ein Teilchen
Wasser (H2O) setzt sich aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff
zusammen. Durch die unterschiedlichen Ladungszustände des Wasser- und
Sauerstoffatoms im Wassermolekül, können sich größere Zusammenschlüsse von
Wassermolekülen bilden. Man spricht dabei von so genannten
Wasserstoffbrückenbindungen. Diese Wasserstoffbrückenbindungen sind für den höheren
Siedepunkt des Wassers gegenüber anderen Stoffen verantwortlich. Die polare Eigenschaft
des Wassers ist auch der Grund dafür, dass Wasser viele andere polare feste Stoffe
auflösen kann. Solche ein fester Stoff ist zum Beispiel unser Kochsalz. Aber auch ein
anderes Phänomen wird mit dieser Eigenschaft erklärt. An der Oberfläche können sich die
Kräfte der Wassermoleküle nicht ausgleichen und werden nach innen gezogen, dadurch
kommt es zu einer großen Spannung an der Oberfläche des Wasser, welche auch
Oberflächenspannung bezeichnet wird. Mit Hilfe von Waschmitteln kann diese
Oberflächenspannung herab gesetzt werden, wodurch die Wasserteilchen wieder besser mit
den Schmutzteilchen in Kontakt treten können.
Eine weitere wichtige Größe ist die Härte des Wassers. Der Härtegrad des Wassers hängt
von den gelösten Calcium- und Magnesiumionen ab. Sind sehr viele dieser Ionen im Wasser
enthalten, spricht man von sehr hartem Wasser, sind dagegen wenige dieser Ionen enthalten
nennt man es weiches Wasser. Der Waschmittelverbrauch steigt mit der härte des Wassers
an. Auch die Bildung von Kalk an den Heizwendeln von Waschmaschine und Boiler sind eine
Folge von hartem Wasser.
Gelösten Stoff eindampfen
Wird ein gelöster Stoff eingedampft, geht das Wasser in seine Gasform über und der feste
Stoff bleibt übrig. Diese Methode wird in den “Salzgärten” vieler Länder zur Gewinnung von
Meersalz verwendet. Im Falle von Kochsalz wird als Produkt reines Kochsalz übrig bleiben.
Doch Vorsicht, handelt es sich um eine Zuckerlösung wird der produzierte feste Zucker durch
die hohe Temperatur der Teelichtkerze karamellisiert. Bei weiterer Erwärmung kann der
Zucker verkohlen.

Wasser verdampft
Wasser besteht aus ganz vielen kleinen Teilchen, sie werden Moleküle genannt. Diese
Moleküle sind so klein dass man sie einzeln nicht sehen kann. Kommen ganz viele dieser
Teilchen zusammen, bilden sie einen Wassertropfen. Wenn die Temperatur über 100°C
steigt, verdampft das Wasser. Die Wassermolküle haben jetzt einen viel größeren Abstand.
voneinander und berühren sich nicht. Wenn die Temperatur unter 0° C (Schmelzpunkt) sinkt,
gefriert dieser Wassertropfen zu Eis. Die Wassermoleküle verbinden sich nun in einer ganz
bestimmten Anordnung - es bilden sich Eiskristalle. Diese Anordnung bildet Hohlräume
zwischen den Wassermolekülen, daher schwimmt Eis auf dem Wasser. Eis hat also eine
kleinere Dichte als Wasser. Dies nennt man auch die Anomalie des Wassers.
Wasser kann also fest, flüssig oder gasförmig sein. Man nennt diese Zustände auch
Aggregatzustände.
Wasser löst auf
Haben Teilchen (Moleküle) ein ähnliches Aussehen, so ist es ein Leichtes die Plätze zu
wechseln. Bei Zucker und Wasser ist dies der Fall und deshalb können die einzelnen
Wassermoleküle leicht in den Zwischenräumen des Zuckerkristalls “Platz” nehmen. Dabei
löst sich die feste Struktur des Zuckers auf und der Zucker erscheint nicht mehr in seiner
ursprünglichen Form. Wird jedoch das Wasser aus diesem Gemisch - man spricht von einer
Lösung - durch Verdampfen entfernt, bleibt wieder Zucker in seiner festen Form zurück.
Jedoch schmilzt der Zucker bereits bei ca. 180 °C und wird leicht bräunlich. Man nennt
diese Veränderung Karamellisierung.
Ganz anders verhält es sich bei Teilchen, die ein unähnliches Aussehen haben. Da hier die
flüssigen Teilchen nicht in die Zwischenräume passen, bleibt der feste Stoff in seiner
ursprünglichen Form erhalten. Dies wäre zum Beispiel zwischen Öl und Zucker der Fall.
Ebenso verhält es sich mit Wasser und Öl, auch da haben die einzelnen Teilchen einen
unterschiedlichen Aufbau. Es kommt zu keiner Vermischung. Also kann man sagen
“Gleiches löst sich nur in Gleichem”.

Hintergrundinformationen
für Lehrer/innen

Elektrizität allgemein
Elektrizität spielt in unserem täglichen Leben eine wichtige Rolle. Im Haushalt sind die
wichtigsten „Helfer“ ohne elektrischen Strom kaum vorstellbar, aber auch unser
gesamtes Verkehrswesen würde nicht funktionieren, wenn wir nicht die Vorzüge des
elektrischen Stromes nutzen könnten. Bereits Kinder im frühen Alter nutzen elektrische
Geräte, ohne ihre genaue Funktionsweise zu kennen. In diesem Zusammenhang sollten
aber nicht nur die Vorteile der Nutzung des elektrischen Stromes besprochen werden,
sondern auch auf die damit verbundenen Gefahren hingewiesen werden.
Die wichtigste Grundlage ist das Funktionsprinzip des geschlossenen Stromkreises. Da
dieses Verständnis in der Grundschule noch nicht vorausgesetzt werden kann, muss
dieses Prinzip durch Ausprobieren vermittelt werden. Dabei sollte das “Fließen von
Elektrizität” in einer verständlichen Form vermittelt werden. Elektrischer Strom kann nur
in einem geschlossenen Stromkreis aus Stromquelle, Leiter und Verbraucher fließen.
Grundlagen
Schließt man beispielsweise ein Lämpchen an eine Batterie an, leuchtet das Lämpchen
auf. Das Anschließen löst also eine Aktivität im Lämpchen aus, die Glühwendel beginnt
zu glühen und sendet dabei Licht aus. Die Vorstellung, dass etwas von der Batterie zum
Lämpchen fließt, kann ganz gut mit einem fließenden Wasser veranschaulicht werden,
dabei könnte der Batterie die Funktion einer Pumpe zukommen. Es müsste nur an Stelle
von Wasserteilchen so genannten “Elektrizitätsteilchen” eingeführt werden. In weiterer
Folge kann für diese Elektrizitätsteilchen der Begriff Elektronen eingeführt werden.
Die Stärke des elektrischen Stromes kann mit der Menge der Elektronen, die in einer
bestimmten Zeit fließen, erklärt werden. Die Größe der Stromstärke wird in Ampere (A)
und die Spannung in Volt (V) angegeben.

Wirkung des elektrischen Stroms
Die Wirkungen des elektrischen Stroms zeigen sich in Form von Licht, Wärme und
Magnetismus.
Bei der Lichtwirkung wird eine Heizwendel zum Glühen gebracht und sendet dabei Licht
und aus aber auch Wärme wird dabei erzeugt. Ein Phänomen des elektrischen Stroms
ist es, dass um einen stromdurchflossenen Leiter ein Magnetfeld entsteht. Wird eine
Magnetnadel in die Nähe eines stromdurchflossenen Leiters gebracht, so wird diese
abgelenkt. Wickelt man diesen Draht zu einer Spule auf, verstärkt sich dieses
Magnetfeld. Dieses Magnetfeld kann noch weiter verstärkt werden, wenn in die Wicklung
ein Eisenkern eingeschoben wird.
Diesen Effekt macht man sich beim Betrieb von Elektromagneten und Elektromotoren zu
Nutze.
Die Gefahren des elektrischen Stroms
Strom kann auch durch den menschlichen Körper fließen. Dabei kann es durch die
Wärmewirkung zu Verbrennungen kommen. Allerdings löst der elektrische Strom im
Körper auch Reize auf Nerven und Muskel aus und besonders gefährlich sind dabei die
Reize auf den Herzmuskel. Die Herzmuskelfasern ziehen sich dabei nicht mehr
gleichmäßig, sondern unkoordiniert zusammen wodurch das “Herzklappenflimmern”
ausgelöst wird.
Daher ist im Unterricht besonders auf diese Gefahren hinzuweisen und nur im
Niederspannungsbereich unter 24 V zu arbeiten.
Im Haushalt werden die Gefahren durch geeignete Schutzmaßnahmen und
Schutzabschaltungen auf ein Minimum reduziert, jedoch sollten Reparaturen immer von
einem Fachmann durchgeführt werden.

Hintergrundinformationen
für Lehrer/innen

Hintergrundinformationen für die Lehrer/innen zum Thema Magnet
Es kann davon ausgegangen werden, dass fast alle Volksschulkinder die magnetische Wirkung
kennen (Magnetisches Spielzeug, Haftbuchstaben).
Für den Sachunterricht ist beim Thema Magnet nur das Material Eisen wichtig. Die beiden
Metalle Nickel und Kobalt sind zwar ebenfalls magnetisierbar, aber im Alltag eigentlich
unbedeutend.
Der Name Magnet leitet sich von der Landschaft Magnesia im griechischen Thessalien ab, da
dort im Mittelalter gehäuft schwarze, metallisch glänzende Eisenoxidmineralien (Magnetit)
gefunden wurden. Der Magnetit konnte andere eisenähnliche Gegenstände anziehen.
Magnete haben immer zwei Pole, einen Nord- und einen Südpol (N und S). Jeweils an diesen
Stellen (also den Polen) eines Magneten ist die magnetische Anziehungskraft am stärksten.
Zwei gleiche Pole stoßen einander ab (N S) und zwei unterschiedliche Pole ziehen
einander an (N S). (Diese Tatsache kann für manche Kinder sehr verwirrend sein, da man
an einfärbigen Magneten die unterschiedlichen Pole nicht erkennen kann.)
Magnete, die dauerhaft magnetisch sind, nennt man Dauer-oder Permanentmagnete.
Diese sind aus besonderen, magnetischen oder magnetisierbaren Materialien und im
Gegensatz zum Elektromagneten ständig (permanent) magnetisch (während der Elektromagnet
nur so lange ein Magnetfeld besitzt, so lange dieser an den elektrischen Strom angeschlossen
ist).
Die magnetische Wirkung nimmt, wie andere Kräfte auch, mit der Entfernung ab, geht aber nicht
nur durch Luft hindurch sondern durch alle Materialien, die nicht von Magneten angezogen
werden.
Magnete gibt es in verschiedenen Ausführungen, wie in Form eines Stabes (Stabmagnet),
hufeisenförmig (Hufeisenmagnete) oder als flache Zylinder (Ringmagnete) und in beliebigen
Größen und Stärken. Als ferromagnetisch bzw. Ferromagnete bezeichnet man Stoffe, die von
Magneten angezogen werden. Die drei Elemente die diese Eigenschaft besitzen, sind Eisen,
Nickel und Kobalt, wobei Eisen für unseren Alltag die größte Bedeutung besitzt. Ist ein
Gegenstand ferromagnetisch, so kann man ihn ganz einfach magnetisieren: man streicht mit
einem Magneten mehrfach mit demselben Pol in die gleiche Richtung über den Gegenstand.
Jeder ferromagnetische Körper besteht nämlich aus vielen kleinen Bezirken, die sich wie kleine
Magnete verhalten und daher als Elementarmagneten bezeichnet werden. Im Normalfall liegen
diese durcheinander: Ihre Kräfte heben sich auf.
In einem Permanentmagneten sind diese Elementarmagneten dauerhaft gleich orientiert.
Wenn ein Körper magnetisiert wird, richten sich die Elementarmagneten alle in die gleiche
Richtung aus. Dadurch verstärken sich ihre Kräfte und sie werden magnetisch:
http://nibis.ni.schule.de/~ursula/Physik/ELehre/Skizzen/Elementarmagnete1.gif
Nicht magnetisch - Magnetisch -
Elementarmagnete sind ungeordnet Elementarmagnete sind ungeordnet

Teilt man einen so gewonnenen Magneten in der Mitte, so erhält man zwei neue Magneten, da
die Ausrichtung der Teilchen gleich bleibt:
Magnete werden durch Erhitzen oder starke Erschütterung entmagnetisiert, da die
Elementarmagneten dann ihre geordnete Anordnung verlieren und sich wieder chaotisch
anordnen.
Der Raum, in dem magnetische Kräfte wirksam sind, heißt Magnetfeld. Die magnetische
Wirkung wird durch dieses Magnetfeld vermittelt. Magnetische Feldlinien oder Kraftlinien sind
gedachte Linien, die die Richtung der magnetischen Kraft angeben. Diese können durch
Eisenfeilspäne sichtbar gemacht werden. Die Eisenspäne ordnen sich kettenförmig in Richtung
der Feldlinien an.
Die Feld- oder Kraftlinien verlaufen immer vom Nordpol zum Südpol eines Magneten.
Befindet sich ein frei beweglicher Magnet in einem anderen Magnetfeld, so wird er längs der
Feldlinien ausgerichtet und so zum Anzeigeinstrument der Feldlinien. Beim Kompass nutzt man
dies aus.
Die Erde verhält sich wie ein großer Magnet, der die Erde fast parallel zur Erdachse durchsetzt.
Eine Kompassnadel stellt sich daher unter der Wirkung des magnetischen Erdfeldes immer in
Nord-Süd-Richtung ein, ihr Nordpol zeigt immer nach Norden.
Die magnetische Kraft eines Magneten nimmt mit zunehmender Entfernung rasch ab.
Wenn zunächst unmagnetisches Eisen (oder ein anderer ferromagnetischer Stoff) in der
Umgebung eines Magneten selbst zum Magneten wird, so spricht man von magnetischer
Influenz.
Die Elementarmagnete im Eisenstück werden durch die Nähe des Magneten vorübergehend
geordnet, so dass sich das Eisenstück momentan als Magnet verhält.