Magnetismus hoch 3 - Selbstkonsistente Modellierung von Dia-, Para- und Ferromagnetismus

Abstract

Magnetische Phänomene stellen eine zentrale Grundlage für vielfältige technologische Anwendungen unserer Gesellschaft dar. Auch die Grundlagenforschung zu magnetischen Phänomen ist ein aktuelles und dynamisches Arbeitsgebiet. Untersuchungen von Lernenden sowohl in der Schule als auch in der Hochschule zeigen andererseits, dass diese im Bereich Magnetismus über ein geringes konzeptuelles Verständnis verfügen. Eine potentielle Ursache hierfür ist die geringe Anschlussfähigkeit der unterschiedlichen Modelle in den verschiedenen Ausbildungsphasen. Um diese Anschlussfähigkeit der Erklärungsansätze gewährleisten zu können ist es notwendig ein selbstkonsistentes Modell zu entwickeln, das die Grundlage zur konzeptuellen Weiterentwicklung (conceptual change) darstellt. 

In diesem Beitrag wird gezeigt wie die zentrale Ausprägungsform Ferromagnetismus mit Hilfe der weniger bekannten Phänomene des Dia- und Paramagnetismus erschlossen werden kann. Diese Herangehensweise ermöglicht die separate Betrachtung des Orts- (Diamagnetismus) und Spinraums (Paramagnetismus) sowie deren Wechselwirkung (Ferromagnetismus). Zur Reduktion der komplexen quantenmechanischen Ursachen für Magnetismus wird ein auf Visualisierungen basierendes Schema gewählt, das zunächst für die Hochschullehre konzipiert wird und durch weitere didaktische Reduktionen und phänomenologische Ergänzungen auch für die Schule zugänglich gemacht werden kann.