Schon vor gut 200 Jahren entdeckte der Physiker H. C. Oersted, dass vom Strom durchflossene Leiter beliebiger Gestalt in ihrem Umfeld ein Magnetfeld erzeugen. Er stellte allerdings auch fest, dass jedes Magnetfeld eine unterschiedliche Stärke bzw. verschiedene magnetische Flussdichten besitzt.

In dem vorliegenden Beitrag werden zunächst wichtige Begriffe wie die „Stärke“ eines Magnetfeldes und die magnetische Flussdichte wiederholt und darauf aufbauend erklärt, wie diese Größen auf Grundlage der Arbeiten von Laplace, Biot und Savart berechnet werden können. Dabei stehen den Jugendlichen am Ende der Einheit reichhaltige Aufgaben zur Verfügung, anhand derer Sie das erworbene Wissen anwenden können.

Die Schülerinnen und Schüler lernen:

was man unter dem Begriff der magnetischen Flussdichte versteht und welche Besonderheiten in einem Magnetfeld hierbei vorhanden sind. Des Weiteren wird eine grundlegende Gleichung des Elektromagnetismus behandelt – das Biot-Savart-Gesetz. Hierbei erlernen die Schülerinnen und Schüler den theoretischen Hintergrund dieses Gesetzes und die Anwendung innerhalb von kontextbezogenen Aufgaben. Dadurch wird der Nutzen und die Wichtigkeit dieses Gesetzes hervorgehoben.

• Inhalt: Berechnung der magnetischen Flussdichte einer flachen Kreisspule und eines Helmholtz-Spulenpaares, Anwendung des Biot-Savart-Gesetzes unter Verwendung der Linearen Algebra
• Medien: Programmierbarer Taschenrechner (CAS), Computer mit Berechnungssoftware
• Kompetenzen: Erläutern von Gültigkeitsbereichen von Modellen und Theorien und Beschreiben von Aussage- und Vorhersagemöglichkeiten, Anwenden bekannter mathematischer Verfahren, Beurteilen der Eignung von physikalischen Modellen und Theorien für die Lösung von Problemen