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Methodische Variante A: einführende Instruktion

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5. Einführung des „Eisen-Magnet-Modells“

Kurzbeschreibung

Nach dem eben gezeigten Phänomen drängt sich die Frage auf, warum Eisen selbst zum Magnet werden kann. Sie wird durch Einführung der Modellvorstellung zum Ferromagnetismus – dem Eisen-Magnet-Modell – geklärt. Hierfür bietet sich die für diesen Zweck entwickelte Computersimulation an, mit der über einen Beamer allen Schülern sowohl Symbolik und Funktion des Modells als auch der Modellcharakter erklärt wird. Mehr dazu im Materialteil zu diesem Thema.

Gerade im Bezug auf den Modellcharakter ist zu beachten, dass immer wieder der hypothetische Charakter des Modells betont werden sollte. Man kann sich also vorstellen, dass sich im Inneren eines Eisenstücks unzählig viele, winzig keine „Magnetchen“ befinden, die sich im (ungeordneten) Ursprungszustand in ihrer Wirkung nach Außen aufheben. Bei äußerer Annäherung eines Magneten ordnen sich die Magnetchen zunehmend parallel an und verstärken sich in ihrer Wirkung.

Material:

  • Laptop mit Simulation der Modellvorstellung
  • Beamer

 oder

  • Tafelbild (siehe Abb. 18)
Computersimulation ohne Magnet:

sachinfo abb12
Abbildung 16: Screenshot der Computersimulation ohne Magnet

Erklärungen, die durch die Lehrkraft dazu gegeben werden:

  • Der graue Kasten stellt ein Eisenstück dar.
  • Um uns Dinge, die mit dem Eisenstück und einem Magneten zusammenhängen, besser erklären zu können, haben sich Naturwissenschaftler eine Modellvorstellung ausgedacht.
  • Man kann sich vorstellen, dass Eisen (und alle anderen magnetisierbaren Stoffe) aus winzig kleinen Magnetchen bestehen. Im Inneren dieser Stoffe sind unvorstellbar viele dieser kleinen Magnetchen. Wir betrachten deshalb immer einen stark vergrößerten Ausschnitt und benutzen für die Magnetchen das Symbol (abb_symbol)
  • Diese kleinen Pfeile sollen also Magnetchen darstellen. Und wie die echten Magnete haben auch diese Magnetchen einen Nord- und einen Südpol. Der Nordpol ist immer an der Spitze des Magnetchens und des Südpol immer am stumpfen Ende.
  • Wenn sich in der Nähe des Eisenstücks kein Magnet befindet sind die vielen Magnetchen, die wir uns im Inneren des Eisenstücks vorstellen, ungeordnet, d.h. sie schauen alle  in verschiedene Richtungen. Die Wirkungen von den kleinen Magnetchen mit ihren beiden Polen heben sich also nach Außen auf. Das Eisenstück ist nicht magnetisiert.
  • In einem Eisenstück sind aber nicht wirklich so kleine Pfeile! Wir stellen uns das nur so vor, damit wir uns die Wirkung von Magneten besser erklären können.
Computersimulation mit Magnet:

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Abbildung 17: Screenshot der Computersimulation mit Magnet

Erklärungen, die durch die Lehrkraft dazu gegeben werden:

  • Wenn sich nun ein Magnet diesem unmagnetisierten Eisenstück nähert, dann richten sich die Magnetchen in dem Eisenstück aus. D.h., wenn sich der Magnet mit dem Südpol nähert, dann werden alle Nordpole von den Magnetchen in dem Eisenstück angezogen. Die Magnetchen richten sich so aus, dass die Pfeilspitzen (also die kleinen Nordpole) weg vom Magneten schauen. Dadurch sind alle Südpole von den Magnetchen auf der rechten Seite und es bildet sich hier ein Südpol und auf der anderen Seite ein Nordpol. Das Eisenstück ist selbst zu einem Magneten geworden.
  • Dreht man den Magneten um, so richten sich die Magnetchen in die andere Richtung aus, d.h. die Pole des magnetisierten Eisenstücks werden vertauscht.
  • Die Ergebnisse werden im Tafelbild (zusätzlich) visualisiert.

abb18 Abbildung 18: Tafelbild/rechte Seite

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