Algorithmen und Komplexität · 2. Halbjahr

Graphenalgorithmen: Einführung

Einführung in die Darstellung und grundlegende Traversierung von Graphen.

Über dieses Thema

Elektromagnetische Wellen sind die Informationsträger unserer Zeit. Schüler lernen, dass Licht, Funkwellen und Röntgenstrahlen physikalisch die gleiche Natur haben: sich selbst erhaltende Felder aus elektrischen und magnetischen Komponenten. Der Hertzsche Dipol dient als Modell für die Entstehung dieser Wellen durch beschleunigte Ladungen.

In der 11. Klasse wird das elektromagnetische Spektrum und die Ausbreitung im Vakuum (Lichtgeschwindigkeit) thematisiert. Die KMK-Standards fordern ein Verständnis für die technischen Anwendungen und die physikalischen Grenzen der Informationsübertragung. Das Thema verknüpft die Elektrodynamik mit der Optik und bereitet die Quantennatur des Lichts vor.

Ideen für aktives Lernen

Experiment: Der Hertzsche Dipol im Kleinen

Schüler nutzen einen Funkeninduktor oder einen einfachen Oszillator, um Radiowellen zu erzeugen und mit einer Empfangsantenne (Glimmlampe oder Multimeter) in einiger Entfernung nachzuweisen.

⏱ 40 Min.·Kleingruppen

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Stationenrotation: Das EM-Spektrum

An Stationen untersuchen Schüler verschiedene Wellenbereiche: Infrarot (Fernbedienung), Mikrowellen (Abschirmung durch Metallgitter), UV-Licht (Fluoreszenz) und sichtbares Licht (Spektren).

⏱ 50 Min.·Kleingruppen

Mission erstellen

Ich-Du-Wir (Denken-Austauschen-Vorstellen): Handy im Fahrstuhl

Schüler diskutieren, warum der Empfang im Aufzug oder in der Mikrowelle schlecht ist. Sie erklären in Paaren das Prinzip des Faradayschen Käfigs für elektromagnetische Wellen.

⏱ 20 Min.·Partnerarbeit

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Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Radiowellen sind Schallwellen, die durch die Luft fliegen.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Radiowellen sind elektromagnetische Wellen und brauchen kein Medium. Sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit, während Schall 1.000.000-mal langsamer ist. Ein Vergleich der Laufzeiten (Blitz und Donner) hilft bei der Unterscheidung.

Häufige Fehlvorstellung

Unterschiedliche Farben des Lichts sind unterschiedliche Arten von Wellen.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Alle Farben sind elektromagnetische Wellen, sie unterscheiden sich lediglich in ihrer Frequenz und Wellenlänge. Das Prisma-Experiment zeigt, dass weißes Licht ein Gemisch aus all diesen Frequenzen ist.

Häufig gestellte Fragen

Wie entsteht eine elektromagnetische Welle?

Sie entsteht immer dann, wenn elektrische Ladungen beschleunigt werden (z. B. Elektronen, die in einer Antenne hin- und herschwingen). Das sich ändernde elektrische Feld erzeugt ein magnetisches Feld und umgekehrt.

Was ist Polarisation bei EM-Wellen?

Polarisation beschreibt die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldvektors. Licht kann z. B. durch Polfilter so gefiltert werden, dass es nur noch in einer Ebene schwingt (wichtig für 3D-Kinos oder Sonnenbrillen).

Wie schnell breiten sich EM-Wellen aus?

Im Vakuum breiten sich alle elektromagnetischen Wellen mit der Lichtgeschwindigkeit c ≈ 300.000 km/s aus. In Materie (Glas, Wasser) sind sie etwas langsamer, was zur Brechung führt.

Wie kann man die Unsichtbarkeit von EM-Wellen im Unterricht überbrücken?

Durch Analog-Experimente mit Mikrowellensendern (3cm Wellenlänge). Da diese Wellen größer sind als Licht, können Schüler Interferenzknoten und Polarisation mit einfachen Gittern und Metallplatten haptisch 'ausmessen'.

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