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© Horst Hübel Würzburg 2005 - 2014

Begriff der "elektrischen Energie"

Lernschwierigkeiten müssen entstehen,

  • wenn sich der Lehrer oder Schulbuchautor nicht darüber im Klaren ist, ob er "elektrische Energie" im physikalisch/technischen Sinn meint (also echte Feld- oder auch  in bestimmten Fällen: potenzielle Energie), oder im umgangssprachlichen Sinn (also Strom-Arbeit, eine Austauschform von Energie). Dann gelingt es ihm auch nicht, widerspruchsfrei und einfach zu argumentieren.
  • wenn er - im Fall, dass er unter "el.E." Strom-Arbeit versteht, - nicht klar macht, dass mit dieser nur beim "Verbraucher" argumentiert wird. Dann können die Schüler nämlich nicht verstehen, dass die Größe der el.E. nicht nur von der ausreichenden Bereitstellung bei der Erzeugung, sondern auch vom "Verbraucher" abhängt, dass jede Manipulation am Verbraucher die vom E-Werk bereitgestellte el.E. (im Sinn von Strom-Arbeit) verändert.
  • wenn er suggeriert, dass "el.E." wie potenzielle oder Feldenergie irgendwo und in irgendetwas gespeichert ist, obwohl er "el.E." im Sinn von Strom-Arbeit gebraucht. Dann können die Schüler nämlich nicht verstehen, dass man diese Art von elektrischer Energie auf keine Weise speichern kann. Sie können dann nicht verstehen, dass keine el.E. (in diesem Sinn) erzeugt wird, wenn keine "Verbraucher" angeschlossen sind.

Dabei ist klar:

  • Es sind zwei Begriffe der elektrischen Energie in Gebrauch:

    • der physikalisch/technische Begriff der elektrischen Energie. Nach dieser Auffassung ist die elektrische Energie im elektrischen Feld enthalten, sowohl im statischen elektrischen Feld der Elektrostatik als auch als Anteil im elektromagnetischen Feld bei Wechselströmen oder elektromagnetischen Wellen. Zuständig ist im Vakuum die Energiedichte r = 1/2 E.D und der Energiestromvektor S = 1/µ0 E x B .

      Im Fall der Elektrostatik, wenn also ein Potenzialfeld vorliegt, gibt es zwei äquivalente Beschreibungsweisen für den "Träger" der elektrischen Energie: das elektrische Feld oder Ladungen im elektrischen Feld. Im letzteren Fall spricht man von potenzieller Energie der Ladungen im elektrischen Feld. Der Begriff der potenziellen Energie einer Ladung ist aber mit der Wegunabhängigkeit der Verschiebungsarbeit im elektrischen Feld verbunden. Wenn die Verschiebungsarbeit, wie in einem elektrischen Wirbelfeld (z.B. bei der Induktion), nicht eindeutig ist, macht der Begriff einer potenziellen Energie keinen Sinn.

    • Der umgangssprachliche Begriff der elektrischen Energie. Man könnte sie "Energie, die das E-Werk an den Verbraucher liefert" nennen. Dabei handelt es sich aber eigentlich nicht um eine Energie, sondern um Strom-Arbeit, die in einem Verbraucher verrichtet wird, wenn durch ihn ein Strom fließt. Arbeit gilt immer als Austauschform von Energie.

      Beim umgangssprachlichen Begriff wird nie danach gefragt, wie die Energie von der Stromquelle zum Verbraucher kam. Nur für die Strom-Arbeit beim Verbraucher wird (abgesehen von Leitungsverlusten) an das EVU gezahlt. Überlegungen betreffen die Folgen der el.E. im Verbraucher und die Bereitstellung der Strom-Arbeit durch das E-Werk. Wenn am Verbraucher eine Spannung U anliegt, dann wird beim Transport der Ladungsmenge DQ durch ihn die Strom-Arbeit DW = DQ.U verrichtet ("Der Verbraucher nimmt die elektrische Energie DW = DQ.U auf"). Dieses Konzept passt gut zur Definition der elektrischen Spannung U nach DIN 1324 über die Verschiebungsarbeit. Entscheidet sich der Lehrer für dieses Konzept, sind viele der komplizierten Fragen, die mit dem Transport der elektrischen Energie im physikalischen Sinn zusammenhängen, unter den Teppich gekehrt.

      Mehr zu den beiden Konzepten S. Elektrische Energie.