Das Elektronengasmodell in der Sekundarstufe I

Abstract

Trotz mehrjähriger unterrichtlicher Bemühungen besitzen viele Schüler am Ende der Sekundarstufe I kein ausreichend entwickeltes Verständnis der elementaren Elektrizitätslehre. Insbesondere die Entwicklung eines unabhängigen Spannungsbegriffs stellt Schüler in der Sekundarstufe I vor enorme Schwierigkeiten. Ein Grund hierfür könnte neben der zentralen Stellung des Stromkonzepts auch in der didaktisch unbegründeten Fokussierung auf die Differenzgröße Spannung im traditionellen Unterricht liegen. Im Gegensatz zum Potenzial, das einem Leiterabschnitt lokal zugeordnet werden kann, bezieht sich die elektrische Spannung nämlich immer auf die Differenz zweier Potenzialwerte in einem Stromkreis. Es ist daher naheliegend anzunehmen, dass eine bildhaft-anschauungsorientierte Vorstellung des Potenzials entscheidend zu einem besseren Verständnis elektrischer Stromkreise beitragen kann.

Das Elektronengasmodell stellt über die Gleichsetzung des Elektronengasdrucks mit dem elektrischen Potenzial einen vielversprechenden Ansatz dar, eine solche anschauliche Erklärung für das Potenzial zu liefern. Fachlich basiert das Elektronengasmodell auf den physikalischen Eigenschaften der wenig beachteten Oberflächenelektronen in elektrischen Stromkreisen, die im Gegensatz zu Leitungselektronen vor und nach einem Widerstand unterschiedliche Dichten aufweisen. Nach einer Einordnung in bisherige Unterrichtsansätze wird im Artikel daher der fachliche Hintergrund des Elektronengasmodells näher beleuchtet, bevor die für die Schule nötigen didaktischen Elementarisierungen sowie mögliche Stärken und Schwächen des Modells diskutiert werden.