Verfügbarkeit: Magnetismus hoch 4

Magnetismus hoch 4: Fachliche Strukturierung und Entwicklung multipler Repräsentationen zum Magnetismus für die Hochschule

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Laumann, Daniel (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Berlin Logos [2017]
Schriftenreihe:	Lernen in Naturwissenschaften 2
Schlagworte:	Magnetismus Physik Didaktik Experimente Digitale Medien Hochschulschrift
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	IX, 626 Seiten Illustrationen, Diagramme 21 cm x 14.5 cm
ISBN:	9783832545710 3832545719

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG ................................................................................................................. 1 2 INHALTLICHE MOTIVATION UND AUSGANGSLAGE.............................................. 7 2.1 KONZEPTE UND FORSCHUNGSBEFUNDE ZUR VERMITTLUNG VON MAGNETISMUS 8 2.1.1 VERMITTLUNGSKONZEPTE FUER MAGNETISMUS IN DER SCHULISCHEN UND UNIVERSITAEREN LEHRE . ................................................................................. 11 2.1.1.1 MODELLE, REPRAESENTANTEN UND VISUALISIERUNGEN .................... 13 2.1.1.2 EXPERIMENTELLE Z U G AE N G E .......................................................... 23 2.1.2 EMPIRISCHE BEFUNDE ZUM KONZEPTUELLEN VERSTAENDNIS UND MENTALEN MODELLEN VON L E RN E N D E N .................................................... 26 2.1.2.1 KONZEPTUELLES VERSTAENDNIS VON L E RN E N D E N .......................... 28 2.1.2.2 VORSTELLUNGEN VON LERNENDEN UND MENTALE M ODELLE............ 31 2.2 BEFRAGUNG VON LEHRPERSONEN ZUR AKTUELLEN BEHANDLUNG VON M A G N ETISM U S ................................................................................... 34 2.2.1 DURCHFUEHRUNG UND K ONZEPTION............................................................. 35 2.2.2 AUSWERTUNG, ERGEBNISSE UND D ISKUSSION ........................................... 38 2.3 INHALTLICHE LEGITIMATION UND MOTIVATION DES LEHRKONZEPTES ................ 52 3 STRUKTUR UND ZIELSETZUNG DES FORSCHUNGSPROJEKTES......................................... 59 3.1 LERNEN MIT MULTIPLEN REPRAESENTATIONEN .................................................... 62 3.1.1 ENAKTIVE, IKONISCHE UND SYMBOLISCHE REPRAESENTATIONSEBENEN .... 67 3.1.2 INFORMATIONSSPEICHERUNG UND -VERARBEITUNG NACH DEM MULTIMEDIA-PRINZIP .............................................................................. 69 3.1.3 RELEVANTE REPRAESENTATIONSFORMEN UND ZUGEHOERIGE INTERDEPENDENZEN 75 3.2 FORSCHUNGSMETHODE DESIGN-BASED RESEARCH ....................................... 79 4 SACHSTRUKTUR UND FACHLICHE K LAERU NG................................................................... 85 4.1 MAKROSKOPISCHE BESCHREIBUNG VON M AGNETISM US.................................. 89 4.1.1 PHAENOMENOLOGISCHE BESCHREIBUNG DER ERSCHEINUNGSFORMEN VON MAGNETISMUS IN M ATERIE ............................................................ 89 4.1.2 MAGNETISCHE SUSZEPTIBILITAET UND RELATIVE MAGNETISCHE PERMEABILITAET 97 4.1.3 KENNGROESSEN MAGNETISCHER FELDER.......................................................... 99 4.1.3.1 VERLAUF MAGNETISCHER FELDLINIEN EINES STABMAGNETEN .... 102 4.1.3.2 DISKUSSION VERSCHIEDENER GROESSEN ZUR BESCHREIBUNG MAGNETISCHER FELDER......................................................................109 4.1.4 MAGNETISIERUNGSPROZESSE ........................................................................... 116 4.1.4.1 DIA- UND PARAMAGNETISCHE MAGNETISIERUNGEN .......................... 117 4.1.4.2 FERROMAGNETISCHE MAGNETISIERUNGEN UND MODELL DER WEISSSCHEN B E Z IRK E ......................................................................118 4.1.5 MAGNETISMUS STATIONAERER STROEME UND BEWEGTER LADUNGEN ................. 123 4.1.5.1 ELEKTROMAGNETISMUS ZEITLICH KONSTANTER F ELDER ....................... 124 4.1.5.2 ELEKTROMAGNETISMUS ZEITLICH VERAENDERLICHER FELDER ................. 133 4.1.6 ZUSAMMENFASSUNG DER MAKROSKOPISCHEN BESCHREIBUNG VON MAGNETISMUS .............................................................................................138 4.2 MIKROSKOPISCHE BESCHREIBUNG VON M A G N E TISM U S ..................................... 141 4.2.1 KLASSISCHE BESCHREIBUNG MAGNETISCHER M O M E N TE ................................ 149 4.2.1.1 MAGNETISCHE MOMENTE IN DER NEWTONSCHEN MECHANIK . . . 150 4.2.1.2 MAGNETISCHE MOMENTE IN DER HAMILTONSCHEN MECHANIK . . 162 4.2.2 SKIPPING ORBITS UND DAS BOHR-VAN LEEUWEN-THEOREM ....................... 164 4.2.3 VISUELLE REPRAESENTATIONEN QUANTENMECHANISCHER GRUNDLAGEN .... 169 4.2.3.1 ORTSZUSTAND VON ELEKTRONEN ....................................................... 171 4.2.3.2 VEKTORPOTENTIAL UND EINFLUSS AUF DEN ORTSZUSTAND VON E LEK TRO N E N .................................................................................... 180 4.2.3.3 SPINZUSTAND VON ELEKTRONEN ....................................................... 192 4.2.3.4 UEBERGANG VON KLASSISCHER ZU QUANTENMECHANISCHER BESCHREIBUNG VON ELEKTRONENZUSTAENDEN...................................201 4.2.4 BEITRAEGE ZUM MAGNETISCHEN M O M E N T.................................................... 209 4.2.4.1 MAGNETISCHES MOMENT DURCH MIKROSKOPISCHE STROEME DES E LEK TRO N S.......................................................................................215 4.2.4.2 MAGNETISCHES MOMENT DURCH MIKROSKOPISCHE STROEME DES A TO M K ERN S....................................................................................223 4.2.4.3 MAGNETISCHES MOMENT DES ELEKTRONENSPINS ............................. 224 4.2.4.4 MAGNETISCHES MOMENT DES K E RN S P IN S ..................................... 228 4.2.4.5 VERGLEICH UND ZUSAMMENFASSUNG DER BEITRAEGE ZUM MAGNETISCHEN M O M E N T................................................................229 4.2.5 ATOMARER UND MOLEKULARER MAGNETISMUS BEI NICHT-WECHSELWIRKENDEN MAGNETISCHEN M OM ENTEN................................235 4.2.5.1 LANGEVIN-/LARMOR-DIAMAGNETISMUS ........................................ 237 4.2.5.2 LANGEVIN-PARAMAGNETISMUS....................................................... 244 4.2.5.3 VAN VLECK-PARAMAGNETISMUS ..................................................248 4.2.6 MAGNETISMUS QUASIFREIER ELEKTRONEN BEI NICHT-WECHSELWIRKENDEN MAGNETISCHEN M O M E N TE N ........................................................................249 4.2.6.1 LANDAU-DIAMAGNETISMUS ............................................................ 254 4.2.6.2 PAULI-PARAMAGNETISMUS ............................................................ 267 4.2.6.3 VERGLEICH MAGNETISCHER ERSCHEINUNGEN QUASIFREIER ELEKTRONEN OHNE WECHSELWIRKUNG..............................................272 4.2.7 FERROMAGNETISMUS ALS KOLLEKTIVES PHAENOM EN ........................................ 274 4.2.8 ZUSAMMENFASSUNG DER MIKROSKOPISCHEN BESCHREIBUNG VON MAGNETISMUS ............................................................................................290 4.2.9 MAGNETISMUS AN DEN GRENZEN DER PHYSIK ........................................... 294 4.2.9.1 MAGNETISCHE PHAENOMENE IN ULTRASTARKEN MAGNETFELDERN . . 295 4.2.9.2 TEMPERATURABHAENGIGKEIT MAGNETISCHER ERSCHEINUNGEN . . . 299 4.3 UEBERSICHT UND ZUSAMMENFASSUNG DER SACHSTRUKTUR ............................ 304 5 EXPERIMENTELLE Z U G AE N G E .....................................................................................309 5.1 MAGNETISCHES P E N D E L...................................................................................... 314 5.1.1 VERSUCHSAUFBAU UND D URCHFUEHRUNG ...................................................... 317 5.1.2 MESSERGEBNISSE UND DISKUSSION............................................................... 320 5.2 MAGNETISCHE TORSIONSDREHWAAGE..................................................................324 5.2.1 VERSUCHSAUFBAU UND D URCHFUEHRUNG ...................................................... 325 5.2.2 MESSERGEBNISSE UND DISKUSSION............................................................... 329 5.3 M AGNETISM USW AAGE.........................................................................................331 5.3.1 THEORETISCHER H IN TE RG RU N D .....................................................................337 5.3.2 VERSUCHSAUFBAU UND D URCHFUEHRUNG.......................................................343 5.3.2.1 BESTIMMUNG DES MASSENUNTERSCHIEDES ..................................... 347 5.3.2.2 BESTIMMUNG DER PROBENABMESSUNGEN ..................................... 348 5.3.2.3 BESTIMMUNG DES M AGNETFELDGRADIENTEN .................................. 350 5.3.3 MESSERGEBNISSE UND DISKUSSION............................................................... 358 5.3.3.1 MESSERGEBNISSE DER WAAGE MIT 0.01 G-GENAUIGKEIT .............. 359 5.3.3.2 MESSERGEBNISSE DER WAAGE MIT 0.001 G-GENAUIGKEIT ........... 361 5.3.3.3 VERGLEICHENDE DISKUSSION ............................................................ 363 5.4 MAGNETOOPTISCHER KERR-EFFEKT .....................................................................368 5.4.1 THEORETISCHER H IN TE RG RU N D .....................................................................371 5.4.2 VERSUCHSAUFBAU UND D URCHFUEHRUNG.......................................................378 5.4.3 MESSERGEBNISSE UND DISKUSSION............................................................... 384 6 DIGITALE INHALTE UND MULTIMEDIALE VISUALISIERUNGEN . . .................................. 391 6.1 EINFUEHRENDER KURZFILM UND P ROJEKTTEASER . .................................................392 6.1.1 PLANUNG UND KONZEPTION . . ................................................. .. 392 6.1.2 GESTALTUNGSELEMENTE UND R EALISIERUNG ................................................. 399 6.2 INTERAKTIVE S IM U LA TIO N E N ..................................... 402 6.2.1 INTERAKTIVE SIMULATION I - MAGNETISMUSWAAGE...................................405 6.2.1.1 ENTWICKLUNGSPROZESS UND ENTSCHEIDUNGSFINDUNG .................... 407 6.2.1.2 BESCHREIBUNG UND FACHLICHER BEZUG . ........................................ 411 6.2.1.3 REAL .-DIGITAL .............. .. . ......................................................... 415 6.2.2 INTERAKTIVE SIMULATION II - M AGNETISIERUNGSKURVEN .......................... 416 6.2.2.1 ENTWICKLUNGSPROZESS UND ENTSCHEIDUNGSFINDUNG .................... 417 6.2.2.2 BESCHREIBUNG UND FACHLICHER B EZUG ........................................... 419 6.2.2.3 REAL:DIGITAL ................................................................................. 422 6.2.3 AUSBLICK PROJEKT REAL:DIGITAL...................................................................423 7 PRAKTISCHE ERPROBUNG DER PROJEKTINHALTE UND EMPIRISCHE UNTERSUCHUNG . 427 7.1 UNTERSUCHUNGSPLAN UND INHALTLICHE GESTALTUNG DER PRAKTISCHEN E RP RO B U N G .............................................. 429 7.2 ALLGEMEINE BEURTEILUNG ZU INHALTEN UND GESTALTUNG DER P RA X ISD U RC H FUE H RU N G ............................ 434 7.3 ENTWICKLUNG DES KONZEPTUELLEN VERSTAENDNISSES VON M AGNETISMUS . . 439 7.3.1 BESCHREIBUNG DER METHODEN UND DURCHFUEHRUNG...................................440 7.3.1.1 PROBLEMZENTRIERTE LEITFADENINTERVIEWS ..................................... 441 7.3.1.2 OFFENE ITEMS - FRAGEBOGEN ........................................ 449 7.3.2 ERGEBNISSE UND D ISK U SSIO N ..................................................................... 453 7.3.2.1 OFFENE ITEMS - FRAGEBOGEN .................... 453 7.3.2.2 PROBLEMZENTRIERTE LEITFADENINTERVIEWS......................................464 7.3.2.3 ZUSAMMENFASSENDE DISKUSSION ZUR UNTERSUCHUNG DES KONZEPTUELLEN V ERSTAENDNISSES.................................................... 474 7.4 STUDIERENDENEINSTELLUNGEN ZUM P RO JE K TTE A SE R ........................................... 476 7.4.1 BESCHREIBUNG DER METHODEN UND DURCHFUEHRUNG...................................476 7.4.2 ERGEBNISSE UND D ISK U SSIO N ..................................................................... 480 7.5 STUDIERENDENEINSTELLUNGEN ZU INTERAKTIVEN S IM U LA TIO N E N ....................... 487 7.5.1 BESCHREIBUNG DER METHODEN UND DURCHFUEHRUNG...................................488 7.5.2 ERGEBNISSE UND D ISK U SSIO N ..................................................................... 491 8 FAZIT UND A U SB LIC K ........................................ 497 L ITERATURVERZEICHNIS...................................... .. ............................................................ 505 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 553 TABELLENVERZEICHNIS......................................................................................... .. . . . 556 ANHANG . ............................... .. ............................................................ .. .............. .. 557 A I UEBERSICHT GRUNDDATEN EMPIRISCHE U NTERSUCHUNGEN.................... 559 B .L MAGNETISCHE ANISOTROPIE ................................................................................ 561 B.2 THEORIE DES MIKROMAGNETISMUS............................................................ 565 B.3 FELDLINIENBILDER BEI ANZIEHUNG UND ABSTOSSUNG ZWEIER PERMANENTMAGNETEN ...................................................................................... 569 B.4 WELLENFUNKTIONEN DES W ASSERSTOFFATOM S........................................ 572 B.5 REELLE ATOMORBITALE DES W ASSERSTOFFATOMS.................................................573 B.6 WAHRSCHEINLICHKEITSSTROMDICHTE IM AEUSSEREN M AGN ETFELD ....................... 574 B. 7 MAGNETISCHE SUSZEPTIBILITAET DES MAGNETISMUS QUASIFREIER ELEKTRONEN 576 C. L VERSION A FRAGEBOGEN LEHRERBEFRAGUNG ....................................... 579 C. 2 VERSION B FRAGEBOGEN LEHRERBEFRAGUNG ............................................. 582 D. L SPRECHERTEXT ZUM EINFUEHRENDEN KURZFILM (D E U TSC H ) ................... .. . 586 D. 2 SPRECHERTEXT ZUM EINFUEHRENDEN KURZFILM (EN GLISCH ) ................... 588 E. L MATERIALIEN PRAXISDURCHFUEHRUNG.................................................................590 E. 2 FORSCHERBUCH PRAXISDURCHFUEHRUNG ........................................................... 591 F. L FRAGEBOGEN FBI: KONZEPTUELLES V ERSTAEN D N IS .............................. 609 F.2 FRAGEBOGEN FB2: PROJEKTTEASER.....................................................................613 F.3 FRAGEBOGEN FB3: WIDGET MAGNETISIERUNGSKURVEN .......................... .. . 615 F.4 INTERVIEWLEITFADEN: KONZEPTUELLES VERSTAENDNIS ............................... 617 F. 5 CODIERLEITFADEN: KONZEPTUELLES V ERSTAEN DN IS ................................. 618 G. L ERGEBNISSE GESCHLOSSENE ITEMS EINSTELLUNG DER STUDIERENDEN (P ROJEK TTEASER)..................................................................... 621 G.2 ERGEBNISSE BEFRAGUNG MULTIMEDIA SCIENCE SLAM 2015 (P ROJEK TTEASER)......................................................................................... .. . 622 G.3 ERGEBNISSE GESCHLOSSENE ITEMS EINSTELLUNG DER STUDIERENDEN (W ID G E T).................................................................. 623 DANKSAGUNG...................................................................................................................... 625
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