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Gutachten der DPG zum Karlsruher Physikkurs (KPK)
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Systemdynamiker



Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 530
Wohnort: Flurlingen

BeitragVerfasst am: 22. Feb 2013 19:23    Titel: Gutachten der DPG zum Karlsruher Physikkurs (KPK) Antworten mit Zitat

Die Deutsche Physikalische Gesellschaft hat ein Gutachten anfertigen lassen, in dem der KPK auf eine groteske Art angegriffen wird

http://www.dpg-physik.de/veroeffentlichung/stellungnahmen_gutachter/index.html

Hier meine erste Antwort http://www.youtube.com/watch?v=0lPF-2zOCcM

[Ich habe den Titel etwas aussagekräftiger gestaltet. Nicht jedem wird 'KPK' geläufig sein. para]

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Gast





BeitragVerfasst am: 22. Feb 2013 21:44    Titel: Antworten mit Zitat

Die Trägheitskraft würde ich nach links eintragen, die Zugkraft nach rechts.
D2



Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723

BeitragVerfasst am: 22. Feb 2013 22:27    Titel: Antworten mit Zitat

"Obwohl nur statische elektrische und magnetische Felder vorliegen, ergibt die Berechnung des Poyntingvektors eine im Kreis fließende elektromagnetische Energie, der sich ein Drehimpuls zuordnen lässt. Der in dem kreisenden Energiefluss enthaltene Drehimpuls ist die Ursache für die bei der Entladung auftretende magnetische Komponente der Lorentzkraft. Während des Entladens wird der in der Energieströmung enthaltene Drehimpuls abgebaut und an die Ladungen des Entladestromes abgegeben. Das scheinbar sinnlose und paradoxe Ergebnis der kreisenden Energieströmung erweist sich also geradezu als notwendig, um dem Gesetz der Impulserhaltung gerecht zu werden."

http://de.wikipedia.org/wiki/Poynting-Vektor
Mit welchem Meßinstrument wird die "kreisende Energieströmung " gemessen?



Poynting.gif
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen.
Systemdynamiker



Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 530
Wohnort: Flurlingen

BeitragVerfasst am: 26. Feb 2013 13:03    Titel: Drei Bilder Antworten mit Zitat

Meinen Synthesevorschlag für die Mechanik habe ich soeben hochgeladen. Da passen Kräfte, Impulsströme und Energie nahtlos zusammen: http://www.youtube.com/watch?v=RGLocnPH5u0
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Systemdynamiker



Anmeldungsdatum: 22.10.2008
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BeitragVerfasst am: 01. März 2013 00:19    Titel: konvektive Impulsströme Antworten mit Zitat

In menen neuesten Video zeige ich, dass die Argumentation der DPG noch absurder erscheint, wenn man die konvektiven Impulsströme dazu nimmt http://youtu.be/ivVHOFrpzzM
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TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 9618

BeitragVerfasst am: 01. März 2013 07:37    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe den KPK nicht gelesen (und werde es sicher auch nicht tun). Ich habe mir aber das Gutachten und die darin enthaltenen Zitate aus dem KPK durchgelesen, und komme zu der Ansicht, dass die DPG recht hat.

Es wird eine neue, sozusagen "private" Terminologie eingeführt. Dies ist an sich schon nachteilig, da diese nicht in den Kontext der etablierten Physik, ihrer Terminologie und Methodik passt. Darüberhinaus bietet die neue Terminologie nur als Terminologie keine didaktischen Vorteile (man begegnet oft der irrigen Annahme, man hätte ein Phänomen verstanden, wenn man nur einen Namen dafür hat). Und nicht zuletzt wird an einigen besonders krassen Beispielen aufgezeigt, dass diese Terminologie massiv in die Irre führt.

Daher ist die Empfehlung der DPG, den KPK keinesfalls zu verwenden, absolut nachvollziehbar.

(Es gibt jedoch einen Grundgedanken, den ich für sinnvoll halte, nämlich die Physik weniger stark anhand ihrer historischen Entwicklung zu lehren; muss man wirklich jede Wendung und daher auch Wirrung mitgehen, oder kann man ggf. ausgehend von den modernen Theorien ein vereinfachtes Modell ableiten?)

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Er muss sozusagen die Leiter wegwerfen, nachdem er auf ihr hinaufgestiegen ist.
Ludwig Wittgenstein
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 9618

BeitragVerfasst am: 01. März 2013 08:15    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe jetzt die Entgegnung seitens der Autoren bzw. Herausgeber des KPK ebenfalls gelesen.

http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/kpk/Fragen_Kritik/Entgegnung_DPG.pdf

Dort werden auch andere - teilw. relativ alte - Bücher zitiert, die eine ähnliche Terminologie verwenden. Dazu ist zu sagen, dass die zitierten Stellen heute oft ebenso merkwürdig anmuten. Nur weil Sommerfeld etwas über magnetische Ladungen schreibt, muss es deswegen noch lange nicht vernünftig bzw. für einen bestimmten Leserkreis angebracht sein.

Insgs. ist die Agumentation, dass ande Autoren ähnliche Konzepte oder Terminologien verwenden, noch kein Beleg dafür, dass diese auch vernünftig und besser sind als die etablierten.

Eine generelle Kritik, die ich an vielen (unterschiedlichen) Methoden und didaktischen Konzepten habe ist eine starke Fokussierung auf Anschaulichkeit. Mir ist klar, dass Schüler sich anschauliche Bilder besonders gut einprägen. Nur leider gibt es in der modernen Physik einige grundsätzlich unanschauliche, abstrakte Konzepte (das der Entropie gehört dazu), so dass jede Eranschaulichung zu einer Verfälschung führt. Und somit lernen viele Schüler heute anschauliche, jedoch inhaltlich falsche Darstellungen. Und später ist man dann damit beschäftigt, ihnen ein falsches Bild auszutreiben, um es durch ein neues, teilweise ebenfalls falsches Bild zu ersetzen. Ein grandioses Beispiel sind Orbitale. Sie ersetzen das falsche Bild der Bohrschen Planetenbahnen durch ein falsches Bild der keulenförmigen Orbitale, ohne dass den Schülern klar wird, was diese Orbitale bedeuten, und - mindestens genauso wichtig - was sie nicht bedeuten.

Wenn man also neue didaktische Konzepte zur Entropie und zum Magnetismus einführt und dabei Korrektheit zugunsten von Anschaulichkeit opfert, dann ist das eine didaktische Katastrophe.

Wohlgemerkt, das ist nicht nur für den KPK, diesen Fehler begehen viele Lehrbücher.

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Ludwig Wittgenstein
Uriezzo



Anmeldungsdatum: 15.09.2011
Beiträge: 281
Wohnort: Großostheim

BeitragVerfasst am: 01. März 2013 09:01    Titel: Antworten mit Zitat

Ich kann mich TomS nur anschließen. Ich habe das Gutachten gelesen und kann die Argumentation dort nachvollziehen:

Zunächst zum Impulsstrom: Vielleicht mag es aus Sicht der Vereinheitlichung der Physik Sinn machen, den Begriff der Kraft zu ersetzen. Die Kraft spielt eine wesentliche Rolle in der Mechanik; später wird ihre Rolle immer geringer und der Begriff Kraft wird eigentlich kaum noch verwendet. Auf der anderen Seite ist Kraft ein sehr intuitiver Begriff, mit dem jeder Schüler sofort etwas anfangen kann. Demgegenüber ist der Begriff eines Impulsstroms sehr abstrakt: Wie soll ich einem Schüler erklären, was da fließt? Bereits der Begriff des elektrischen Feldes bereitet vielen nicht so starken Schülern Schwierigkeiten. Hier wird also Verständlichkeit einem fragwürdigen Konzept von Vereinheitlichung geopfert und das ist nicht im Sinne der Schüler.

Entropie ist in der Tat ein schwieriger Begriff. Soweit ich mich erinnern kann, wurde die Größe bei uns in der Schule überhaupt nicht verwendet. Man kann also sehr gut Thermodynamik bis zu einem gewissen Level ohne Entropie unterrichten. Dieses Vorgehen ist meines Erachtens einem Vorgehen vorzuziehen, bei dem eine fragwürdige Definition von Entropie eingeführt wird, die Schüler, die sich später für Leistungskurse oder ein Physikstudium entscheiden, zwingt, umzudenken.

Was die magnetischen Ladungen angelangt, halte ich die Einführung für kompletten Schwachsinn: Bisher wurden keine magnetischen Monopole nachgewiesen und es macht also absolut keinen Sinn, solche einzuführen, zumal die Elektrodynamik sehr gut ohne dieses Konzept auskommt.

Nun habe ich den KPK selbst nicht durchgelesen, aber die drei Beispiele aus dem Gutachten machen meiner Meinung nach bereits deutlich, dass das Konzept als solches inkonsistent ist:

Am Beispiel der Entropie und der magnetischen Ladungen wird mit größerer Anschaulichkeit argumentiert. Aber da, wo bereits jetzt im Unterricht diese Anschaulichkeit gegeben ist, nämlich bei dem Begriff der Kraft, ausgerechnet da wird nun eine abstraktere Größe eingeführt. Das passt ja irgendwie nicht zusammen.
StefanV



Anmeldungsdatum: 08.03.2013
Beiträge: 9

BeitragVerfasst am: 08. März 2013 12:01    Titel: @Uriezzo @TomS Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Wenn man also neue didaktische Konzepte zur Entropie und zum Magnetismus einführt und dabei Korrektheit zugunsten von Anschaulichkeit opfert, dann ist das eine didaktische Katastrophe

Ich habe den KPK hier liegen und mir die entsprechenden Stellen angeschaut (und nicht nur diese). Nirgendwo sehe ich, dass Korrektheit zugunsten der Anschaulichkeit geopfert wird.
Uriezzo hat Folgendes geschrieben:

Was die magnetischen Ladungen angelangt, halte ich die Einführung für kompletten Schwachsinn: Bisher wurden keine magnetischen Monopole nachgewiesen und es macht also absolut keinen Sinn, solche einzuführen, zumal die Elektrodynamik sehr gut ohne dieses Konzept auskommt.

Das ist einer der wichtigen Punkte in diesem Streit: warum denken "wir etablierten Physiker" sofort an magnetische Monopole, wenn von magnetischen Ladungen die Rede ist?

Ich habe hier drüber etwas geschrieben:
http://forum.teachscience.de/viewtopic.php?f=8&t=14

Das forum habe ich eingerichtet, um, wenn möglich) die Diskussion über dieses Gutachten etwas zu bündeln. Dieser Vorgang sollte etwas mehr Öffentlichkeit bekommen. Man kann die Karlsruher Didaktik ablehnen oder nicht, aber die Argumente der Gutachter sind qualitativ sehr schwach. Dort wird gar nicht über sinnvolle Didaktik geredet, sondern stattdessen versucht, auf eine "richtig-falsch" Diskussion hinzuarbeiten. Die Argumente im Gutachten sind meist oberflächlich und eine Mischung aus "Falsch-Verstehen" und "Nicht-Verstehen" des KPK, sowie fragwürdigen Behauptungen.
Gruß, Stefan Vinzelberg
StefanV



Anmeldungsdatum: 08.03.2013
Beiträge: 9

BeitragVerfasst am: 08. März 2013 14:14    Titel: @TomS "private" Terminologie Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:

Es wird eine neue, sozusagen "private" Terminologie eingeführt. Dies ist an sich schon nachteilig, da diese nicht in den Kontext der etablierten Physik, ihrer Terminologie und Methodik passt.

Es ist gerade eine der Stärken des KPK, dass die eingeführte Terminologie keine singuläre ist. Nicht jedes physikalische Phänomen bekommt sofort einen neuen Namen, sondern es werden konsequent Begriffe verwendet, die in verschiedenen Teilgebieten von Nutzen sind. "Ströme" werden überall in der Physik verwendet. In der zugrunde liegenden Mathe unterscheidet sich der Impulsstrom nicht von anderen Strömen.
Dadurch bekommt man einen besseren Überblick dafür, wie die verschiedenen Gebiete der Physik hinsichtlich ihrer mathematischen Beschreibung zusammenhängen.
Ich kann mir nicht vorstellen, dass ein nach KPK unterrichteter Schüler ein Problem damit hat, dass, was als Impulsstrom eingeführt wurde, später als Kraft zu bezeichnen. Der Begriff Kraft wird ja auch im KPK nicht religiös gemieden. Es gibt ein eigenes Kapitel, in dem der Begriff Kraft eingeführt wird. Kraftmesser werden als solche bezeichnet, in Gleichungen wird konsequent das Symbol F verwendet. All dies wird aber im DPG-Gutachten verschwiegen.
Gruß
Stefan Vinzelberg
T.rak92



Anmeldungsdatum: 25.01.2012
Beiträge: 296

BeitragVerfasst am: 08. März 2013 17:41    Titel: Antworten mit Zitat

Nachdem ich beide Stellungnahmen gelesen habe und auch sonst ein bisschen zum KPK recherchiert habe denke ich, dass das DPG Urteil richtig war allerdings vllt. aus etwas andern Gründen als den im Text geschilderten.

Das größte Problem sehe ich darin, dass die im KPK verwendeten Modelle
stark von den allgemein üblichen abweichen. Dadurch wird natürlich die Kommunikation zwischen "normalen" und KPK Schülern und auch der Übergang zur Universität erschwert.

Wenn man eine vorhandene Terminologie durch eine neue ersetzen möchte, dann sollte man gute Gründe dafür haben.

Der KPK sagt, dass die "Einheit" der Physik in seinem Konzept stärker gewürdigt wird, aber es stellt sich da die berechtigte Frage, ob so eine Einheit überhaupt existiert. Selbst wenn das zutrifft, und der KPK fachlich korrekt ist (was teilweise fraglich ist) und eine Modellierung vorschlägt, die äquivalente Aussagen wie die normale Physik liefert, wäre das kein direkter Grund auf das KPK umzusteigen. Dann sollte man überprüfen, ob die Methoden des KPK häufig zu einfacheren Rechnungen führen, was ich natürlich nicht beurteilen kann.

Aber selbst wenn all dies gegeben ist muss man sich immer noch fragen, was denn eigentlich der Sinn vom Schulunterricht der Physik ist. Für mich ist das Ziel, dass man die Grundstrukturen der etablierten Physik kennenlernt und ggf. auf ein naturwiss. Studium/Ausbildung vorbereitet wird. Hier versagt meiner Ansicht nach das Konzept, denn es werden Begriffe komplett anders eingeführt und schon die Tatsache, dass gestandene Physiker sich mit den Begriffen unwohl fühlen zeigt, dass diese momentan nicht so in der Wissenschaft verwendet werden.

Letztenendes ist die Modellvorstellung zwar Geschmackssache, aber man muss sich trotztem auf ein Arbeitsmodell einigen und dieses sollte in der Schule auch gelehrt werden. Ich denke eine neue Begriffsbildung sollte von oben sprich Universitäten ausgehen. Wenn diese weitgehen akzeptiert ist, kann man Sie auf die Schule ausbauen.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 9618

BeitragVerfasst am: 08. März 2013 20:07    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, genau!
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Er muss sozusagen die Leiter wegwerfen, nachdem er auf ihr hinaufgestiegen ist.
Ludwig Wittgenstein
StefanV



Anmeldungsdatum: 08.03.2013
Beiträge: 9

BeitragVerfasst am: 08. März 2013 20:27    Titel: Terminologie im KPK Antworten mit Zitat

T.rak92 hat Folgendes geschrieben:
Das größte Problem sehe ich darin, dass die im KPK verwendeten Modelle stark von den allgemein üblichen abweichen. Dadurch wird natürlich die Kommunikation zwischen "normalen" und KPK Schülern und auch der Übergang zur Universität erschwert.

Das ist genau nicht der Fall. Im Gegenteil betont der KPK gerade diejenigen Modelle und Größen, die überall und immer wieder in der Physik verwendet werden: Mengenartige Größen (Energie, Impuls, Ladung, ...), und deren Zusammenhang (z.B. Bilanzieren, Ströme bilden, Kontinuitätsgleichung).
Das ist nur gerade in der Mechanik unüblich, möglicherweise weil diese so alt ist. Spätestens der Übergang in die Quantenmechanik zeigt aber, dass die im KPK verwendeten Größen und Zusammenhänge viel größere Bedeutung haben als die traditionell mechanischen. Plötzlich ist dort von Kraft keine Rede mehr, der Ort ist nie mehr scharf, aber Energie und Impuls werden wichtig uvm.
T.rak92 hat Folgendes geschrieben:
Wenn man eine vorhandene Terminologie durch eine neue ersetzen möchte, dann sollte man gute Gründe dafür haben.

Die Diskussion sollte sich nicht zu sehr an diesem einen Begriff "Impulsstrom" aufhängen. Wie gesagt, im KPK darf man auch Kraft sagen. Es geht nicht so sehr um Terminologien, sondern um Zusammenhänge zwischen Begriffen.
T.rak92 hat Folgendes geschrieben:
Für mich ist das Ziel, dass man die Grundstrukturen der etablierten Physik kennenlernt und ggf. auf ein naturwiss. Studium/Ausbildung vorbereitet wird. Hier versagt meiner Ansicht nach das Konzept, denn es werden Begriffe komplett anders eingeführt und schon die Tatsache, dass gestandene Physiker sich mit den Begriffen unwohl fühlen zeigt, dass diese momentan nicht so in der Wissenschaft verwendet werden.

Ich habe den umgekehrten Weg kennen gelernt. In meiner Schulzeit gab es noch keinen KPK, aber ich habe in Karlsruhe in einigen Vorlesungen Konzepte der Karlsruher Didaktik kennen gelernt. Ich habe das als sehr wohltuend empfunden. All der ganze Newton-Sums (F=m*a, actio=reactio) fiel nicht einfach vom Himmel, wie in der Schule, sondern wurde ganz zwanglos aus dem Strombild abgeleitet. Und an vielen Stellen (bis heute) ist mir immer wieder klar geworden, wie sich physikalische Theorien immer wieder dieser Begriffe und Zusammenhänge bedienen, die man dort kennen gelernt hat.
Gruß
Stefan Vinzelberg
Jayk



Anmeldungsdatum: 22.08.2008
Beiträge: 1450

BeitragVerfasst am: 28. März 2013 12:38    Titel: Antworten mit Zitat

Das scheint ja eine sehr kontroverse Diskussion zu sein. Mir kommen da einige Fragen auf.

1. Wikipedia sagt, der Impulsstrom ist eine tensorielle Größe, was vernünftig klingt. Wo gibt es denn eine systematische Einführung in die Konzepte der Systemphysik, wo alles mathematisch korrekt beschrieben wird? Bis jetzt habe ich nicht mehr als ein paar krumme Pfeile gesehen, die vom Boden über eine Person zu einem Wagen gehen, wobei sich mir die Frage stellt, wie man krumme Pfeile rechtfertigt, zumal ja mit solchen lustigen Pfeilen erstmal impliziert wird, dass man die Richtung einer Kraft ignoriert.

2. Es werden immer nur komplexe Probleme (Skilift und so) beschrieben. Wie sieht es mit einfachen Problemen (einfach nicht unbedingt vom Aufwand beim Lösen, sondern im Sinne von Überschaubarkeit) aus, z. B. harmonischer Oszillator, elastische Stöße, Zweikörperproblem? Wie würde eine entsprechende Formulierung des Problems aussehen?

3. Was hat es mit den magnetischen Ladungen auf sich? Die DPG weist ja darauf hin, dass . Wie kann man da von magnetischen Ladungen sprechen? Bei elektrischen Feldern gilt ja , aber offensichtlich gibt es kein Äquivalent für magnetische Felder, also eine magnetische Ladungsdichte oder sowas...

Bei all dem kommt die große Frage: Ist die Theorie überhaupt schon vollständig? Ist ihre Äquivalenz nachgewiesen?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 9618

BeitragVerfasst am: 29. März 2013 11:59    Titel: Antworten mit Zitat

Jayk hat Folgendes geschrieben:
1. Wikipedia sagt, der Impulsstrom ist eine tensorielle Größe, was vernünftig klingt.

Wo sagt Wikipedia das?

http://de.wikipedia.org/wiki/Energie-Impuls-Tensor

Dazu musst du Feldtheorien und insbs. die ART lernen

Jayk hat Folgendes geschrieben:
3. Was hat es mit den magnetischen Ladungen auf sich? Die DPG weist ja darauf hin, dass . Wie kann man da von magnetischen Ladungen sprechen? Bei elektrischen Feldern gilt ja , aber offensichtlich gibt es kein Äquivalent für magnetische Felder, also eine magnetische Ladungsdichte oder sowas...

Gemäß der Maxwellschen Theorie existieren keine magn. Ladungen. Der entspr. Term ist Null. Alles andere ist Spekulation, eine Erweiterung der bestätigten Theorien.

_________________
Er muss sozusagen die Leiter wegwerfen, nachdem er auf ihr hinaufgestiegen ist.
Ludwig Wittgenstein
StefanV



Anmeldungsdatum: 08.03.2013
Beiträge: 9

BeitragVerfasst am: 30. März 2013 17:32    Titel: Antworten mit Zitat

Jayk hat Folgendes geschrieben:
3. Was hat es mit den magnetischen Ladungen auf sich? Die DPG weist ja darauf hin, dass . Wie kann man da von magnetischen Ladungen sprechen? Bei elektrischen Feldern gilt ja , aber offensichtlich gibt es kein Äquivalent für magnetische Felder, also eine magnetische Ladungsdichte oder sowas...
Bei all dem kommt die große Frage: Ist die Theorie überhaupt schon vollständig? Ist ihre Äquivalenz nachgewiesen?

Im KPK geht es eigentlich nicht um eine neue Theorie. Selbst die benutzten Begriffe sind i.d.R. nicht neu. Vieles ist nur für "etablierte" Physiker ungewohnt, woraus sich ein Großteil der Ablehnung erklärt.
Was die "magnetische Ladung" angeht, so ist dieser Begriff nichts anderes als die "magnetische Polstärke". Dafür wurde auch in der Vergangenheit schon der Begriff "magnetische Ladung" oder ähnliches verwendet: Sommerfeld nannte sie "magnetische Raumdichte" (sie ist Quelle des H-Feldes). Jackson in "Classical E.-dynamics" spricht von "effectice charge density" usw. Alle (natürlich auch der KPK) weisen ausdrücklich darauf hin, dass als Quelle des H-Feldes nur Dipol-Ladungen in Frage kommen, da es keine magn. Monopole gibt. Also eigentlich überhaupt kein Aufreger.
Die Ablehnung des Begriffs "Ladung" durch die DPG und andere in diesem Zusammenhang ist meiner Meinung nach auf einen "Reflex" der Leute zurückzuführen, die nicht sauber zwischen den beiden Begriffen "Ladung" und "geladenes Teilchen" trennen. Bei vielen erzeugt der Begriff "Ladung" automatisch die Vorstellung eines kleinen grauen Kügelchens mit Plus- oder Minus-Zeichen auf dem Rücken. Damit verbindet sich die Vorstellung, dass solche "Ladungsteilchen" irgendwie separierbar sein müssten (was sie bei der magn. Ladung nicht sind).
Gruß, StefanV
StefanV



Anmeldungsdatum: 08.03.2013
Beiträge: 9

BeitragVerfasst am: 30. März 2013 18:03    Titel: Antworten mit Zitat

Jayk hat Folgendes geschrieben:
1. Wikipedia sagt, der Impulsstrom ist eine tensorielle Größe, was vernünftig klingt.

Hierzu noch eine kleine Präzisierung: Die Impulsstromdichte ist ein Tensor (der in der Kontinuumsmechanik auch als Spannungstensor bekannt ist).
Durch die Tensoreigenschaft kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass x-Impuls (der einer Bewegung einer Masse in x-Richtung entspricht) nicht unbedingt in x-Richtung in einen Körper hineinfließen muss. Wenn man mit einem Seil zieht, müssen Impulsrichtung (x-Impuls) und Richtung des Stromes übereinstimmen, aber mit einer starren Stange kann man x-Impuls auch in y-Richtung übertragen, wobei die Stange gebogen bzw. geschert wird.
Wenn man die Stromdichte (die die "Übertragungsrichtung" des Impulses anzeigt) des x-Impulses über die orientierte Kontaktfläche mit dem Körper integriert, bekommt man die x-Komponente der Kraft auf den Körper. Desgleichen für y- und z-Komponente.
Gruß, StefanV
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 9618

BeitragVerfasst am: 30. März 2013 18:06    Titel: Antworten mit Zitat

StefanV hat Folgendes geschrieben:
Die Ablehnung des Begriffs "Ladung" durch die DPG und andere in diesem Zusammenhang ist meiner Meinung nach auf einen "Reflex" der Leute zurückzuführen, die nicht sauber zwischen den beiden Begriffen "Ladung" und "geladenes Teilchen" trennen. Bei vielen erzeugt der Begriff "Ladung" automatisch die Vorstellung eines kleinen grauen Kügelchens ...

Das ist keineswegs der Fall.

Der Begriff "Ladung" ist in der modernen Physik über das Noethertheorem eng mit dem Begiff der "Symmetrie" verbunden. Demzufolge entspricht die Ladung als Volumenintegral über eine Ladungsdichte (als Nullkomponente eines erhaltenen Noether-Stromes) dem Generator der Symmetrie (aus der die Stromerhaltung folgt).

Dies alles trifft auf die elektrische Ladung zu, nicht jedoch auf die mit dem Magnetfeld assoziierten Ströme. Insofern ist es mehr als irreführend, hier von Ladung zu sprechen. Mit dem Magnetfeld ist keine Größe verknüpft, für die dieser Begriff "Ladung" in irgendeiner Form zuträfe.

Daher die Ablehnung.

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Ludwig Wittgenstein
StefanV



Anmeldungsdatum: 08.03.2013
Beiträge: 9

BeitragVerfasst am: 30. März 2013 19:59    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Der Begriff "Ladung" ist in der modernen Physik über das Noethertheorem eng mit dem Begiff der "Symmetrie" verbunden. Demzufolge entspricht die Ladung als Volumenintegral über eine Ladungsdichte (als Nullkomponente einer erhaltenen Stromes) dem Generator der Symmetrie.
Dies alles trifft auf die elektrische Ladung zu, nicht jedoch auf die mit dem Magnetfeld assoziierten Ströme. Insofern ist es mehr als irreführend, hier von Ladung zu sprechen. Mit dem Magnetfeld ist keine Größe verknüpft, für die dieser Begriff in irgendeiner Form zuträfe.

Gut, ich korrigiere mich. Der Reflex besteht darin, mit dem Begriff "Ladung" automatisch "elektrische Ladung" zu assoziieren und damit all die mit der "el. Ladung" verbundenen Eigenschaften, wie z.B. die von Dir oben erwähnten.
Ich habe den Begriff "Ladung" zwar zunächst auch ausschließlich im Kontext mit "el. Ladung" kennen gelernt (später dann z.B. auch im Zusammenhang mit der Farbladung der starken WWirkung). Trotzdem sehe ich keinen Grund, dass der Name "Ladung" reserviert sein muss für eine Größe die z.B. "als Volumenintegral einer Ladungsdichte Generator einer Symmetrie ist". Im KPK ist Ladung eine Eigenschaft eines Stoffes, an die ein Feld koppeln kann. Dann wird sowohl auf die weit reichenden Analogien zwischen el. und magnet. Feld und Ladung hingewiesen (z.B. dass man für beide ein Gauß'sches Gesetz formulieren kann), als auch auf die Unterschiede (z.B. dass magnetische Ladung nie "unipolar" bzw. isoliert auftritt). Letzten Endes geht es um Verwendung von Begriffen, um Sprachregelungen. Mit der Bezeichnung "Magnet. Ladung" wird auf die weit gehenden Anlogen zwischen Elektrostatik und Magnetostatik hingewiesen, z.B. Feldstruktur bei gebundener el. Ladung eines Dielektrikums und einem Permanentmagneten. Nirgendwo wird allerdings behauptet beide Ladungstypen seien das Gleiche. Wenn man statt der Magnet. Ladung die "magnet. Polstärke" benutzt, führt man unnötigerweise einen weiteren Begriff ein, der völlig isoliert ist. Nicht vergessen, es geht im KPK um Mittelstufenschüler die gerade ersten Kontakt mit Feldgrößen machen.
Gruß, StefanV
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 9618

BeitragVerfasst am: 30. März 2013 20:30    Titel: Antworten mit Zitat

StefanV hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Der Begriff "Ladung" ist in der modernen Physik über das Noethertheorem eng mit dem Begiff der "Symmetrie" verbunden. Demzufolge entspricht die Ladung als Volumenintegral über eine Ladungsdichte (als Nullkomponente einer erhaltenen Stromes) dem Generator der Symmetrie.
Dies alles trifft auf die elektrische Ladung zu, nicht jedoch auf die mit dem Magnetfeld assoziierten Ströme. Insofern ist es mehr als irreführend, hier von Ladung zu sprechen. Mit dem Magnetfeld ist keine Größe verknüpft, für die dieser Begriff in irgendeiner Form zuträfe.

Gut, ich korrigiere mich. Der Reflex besteht darin, mit dem Begriff "Ladung" automatisch "elektrische Ladung" zu assoziieren und damit all die mit der "el. Ladung" verbundenen Eigenschaften, wie z.B. die von Dir oben erwähnten.
Ich habe den Begriff "Ladung" zwar zunächst auch ausschließlich im Kontext mit "el. Ladung" kennen gelernt (später dann z.B. auch im Zusammenhang mit der Farbladung der starken WWirkung).

Ich sehe diesen Reflex der Assoziation mit el. Ladung nicht, wohl aber die (berechtigte) Assoziation mit dem von mir genannten allgemeinen Ladungsbegriff.

StefanV hat Folgendes geschrieben:
Trotzdem sehe ich keinen Grund, dass der Name "Ladung" reserviert sein muss für eine Größe die z.B. "als Volumenintegral einer Ladungsdichte Generator einer Symmetrie ist". Im KPK ist Ladung eine Eigenschaft eines Stoffes, an die ein Feld koppeln kann.

Das ist ein sehr eng gefasst Ladungsbegriff.

Natürlich kann ist eine Noether-Ladung etwas, an das ein Feld koppeln kann. Aber nicht alles, an was ein Feld koppelt, ist eine Ladung. So koppelt das Magnetfeld eben nicht an die elektrische Ladung sondern an den elektrischen Strom (bzw. die Stromdichte).

StefanV hat Folgendes geschrieben:
Dann wird sowohl auf die weit reichenden Analogien zwischen el. und magnet. Feld und Ladung hingewiesen (z.B. dass man für beide ein Gauß'sches Gesetz formulieren kann), als auch auf die Unterschiede (z.B. dass magnetische Ladung nie "unipolar" bzw. isoliert auftritt).


StefanV hat Folgendes geschrieben:
Letzten Endes geht es um Verwendung von Begriffen, um Sprachregelungen.

Genau. Und da hat sich eben eingebürgert - aus gutem Grund - nicht von magnetischen Ladungen zu sprechen.

StefanV hat Folgendes geschrieben:
Mit der Bezeichnung "Magnet. Ladung" wird auf die weit gehenden Anlogen zwischen Elektrostatik und Magnetostatik hingewiesen ...

... bzw. sogar eine Analogie suggeriert, wo gar keine ist, bzw. nur eine unvollständige.

StefanV hat Folgendes geschrieben:
Wenn man statt der Magnet. Ladung die "magnet. Polstärke" benutzt, führt man unnötigerweise einen weiteren Begriff ein, der völlig isoliert ist.

Die Rechtfertigung für die Einführung des irreführenden Begriffs "magnetische Ladung" sollte nicht ein anderer, ungeschickt gewählter Begriff sein.

StefanV hat Folgendes geschrieben:
Nicht vergessen, es geht im KPK um Mittelstufenschüler die gerade ersten Kontakt mit Feldgrößen machen.

Und genau deswegen sollte man ihnen nichts vorsetzen, was in der Fachwelt nur Kopfschütteln hervorrufen wird (was macht der arme Schüler, wenn er an eine andere Schule kommt und vom Lehrer schlecht benotet wird, weil er von magnetischen Ladungen erzählt?)

Generell: ein Großteil der Verständnisschwierigkeiten im Physikunterricht rührt daher, dass man immer wieder damit beschäftigt ist, den Schülern zu erklären, dass das, was letztes Jahr noch richtig war, jetzt falsch, oder zumindest überholt ist. Anstatt von den modernen Begrifflichkeiten auszugehen und diese korrekt, durchgängig, sowie geeignet vereinfacht zu verwenden, geht man oft den verschlungenen historischen Weg. Nun versucht der KPK teilw. damit zu brechen, um den Preis, einen anderen Fehler zu begehen, nämlich wieder eine neue, wenig verbreitete Nomenklatur einzuführen.

Überflüssig.

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Ludwig Wittgenstein
D2



Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723

BeitragVerfasst am: 30. März 2013 21:07    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Der Begriff "Ladung" ist in der modernen Physik über das Noethertheorem eng mit dem Begiff der "Symmetrie" verbunden. Demzufolge entspricht die Ladung als Volumenintegral über eine Ladungsdichte (als Nullkomponente eines erhaltenen Noether-Stromes) dem Generator der Symmetrie (aus der die Stromerhaltung folgt).

Dies alles trifft auf die elektrische Ladung zu, nicht jedoch auf die mit dem Magnetfeld assoziierten Ströme. Insofern ist es mehr als irreführend, hier von Ladung zu sprechen. Mit dem Magnetfeld ist keine Größe verknüpft, für die dieser Begriff "Ladung" in irgendeiner Form zuträfe.

Daher die Ablehnung.

Tatsächlich, allein aus Symmetriegründen, sollte man nicht von Ladungen, sondern von Dipolen sprechen. Zur Erinnerung - jede el. Ladung hat einen Partner mit entgegengesetzter Ladung.
http://www.bilder-hochladen.tv/pic/hyuonDGx/

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TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 9618

BeitragVerfasst am: 30. März 2013 21:10    Titel: Antworten mit Zitat

D2 hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Der Begriff "Ladung" ist in der modernen Physik über das Noethertheorem eng mit dem Begiff der "Symmetrie" verbunden. Demzufolge entspricht die Ladung als Volumenintegral über eine Ladungsdichte (als Nullkomponente eines erhaltenen Noether-Stromes) dem Generator der Symmetrie (aus der die Stromerhaltung folgt).

Dies alles trifft auf die elektrische Ladung zu, nicht jedoch auf die mit dem Magnetfeld assoziierten Ströme. Insofern ist es mehr als irreführend, hier von Ladung zu sprechen. Mit dem Magnetfeld ist keine Größe verknüpft, für die dieser Begriff "Ladung" in irgendeiner Form zuträfe.

Daher die Ablehnung.

Tatsächlich, allein aus Symmetriegründen, sollte man nicht von Ladungen, sondern von Dipolen sprechen.

Du hast den hier zugrundegelegten Symmetriebegriff nicht verstanden.

_________________
Er muss sozusagen die Leiter wegwerfen, nachdem er auf ihr hinaufgestiegen ist.
Ludwig Wittgenstein
D2



Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723

BeitragVerfasst am: 30. März 2013 21:34    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Du hast den hier zugrundegelegten Symmetriebegriff nicht verstanden.

Ich spreche von weiteren Symmetrien,
wo die Spannung U in Strom I, L in C, R in Y usw. ohne Bedenken umgetauscht werden können.
http://www.systemdesign.ch/index.php?title=Magnetfeld_und_Induktivit%C3%A4t

_________________
Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen.
Jayk



Anmeldungsdatum: 22.08.2008
Beiträge: 1450

BeitragVerfasst am: 31. März 2013 20:34    Titel: Antworten mit Zitat

StefanV hat Folgendes geschrieben:
Jayk hat Folgendes geschrieben:
3. Was hat es mit den magnetischen Ladungen auf sich? Die DPG weist ja darauf hin, dass . Wie kann man da von magnetischen Ladungen sprechen? Bei elektrischen Feldern gilt ja , aber offensichtlich gibt es kein Äquivalent für magnetische Felder, also eine magnetische Ladungsdichte oder sowas...
Bei all dem kommt die große Frage: Ist die Theorie überhaupt schon vollständig? Ist ihre Äquivalenz nachgewiesen?

Im KPK geht es eigentlich nicht um eine neue Theorie. Selbst die benutzten Begriffe sind i.d.R. nicht neu.


Vermutlich habe ich mich unklar ausgedrückt: es ist ja vielleicht keine neue Theorie, aber zumindest ein (wie ich dachte) neuer Formalismus. Ich habe da an die Nichtstandardanalysis gedacht, weil ich mich gerade versuche, in das Thema einzuarbeiten. Da sind ja Beweise geführt worden, z. B. dass die neue Definition der Stetigkeit () für Standardfunktionen äquivalent zur Definition in der Standardanalysis ist. Meine Frage bezog sich darauf, ob es Beweise gibt, dass man, wenn man konsequent den neuen Formalismus verwendet, immer dieselben Resultate erhält.

Frage am Rand: Wieso hat denn das H-Feld eine Divergenz ungleich 0? In der Schule rechnet man ja immer nur mit dem B-Feld und laut Wikipedia gilt ja . Sollte da nicht sein?
StefanV



Anmeldungsdatum: 08.03.2013
Beiträge: 9

BeitragVerfasst am: 31. März 2013 21:14    Titel: Antworten mit Zitat

Jayk hat Folgendes geschrieben:
Meine Frage bezog sich darauf, ob es Beweise gibt, dass man, wenn man konsequent den neuen Formalismus verwendet, immer dieselben Resultate erhält.

Ich weiß nicht so recht, wie ich da anders drauf antworten kann. Der KPK und überhaupt die "Karlsruher Schule" stellen andere Begriffe in den Vordergrund (mengenartige Größen und ihre Ströme). Letzten Endes kommt aber, wenn man etwas ausrechnen will, nichts anderes heraus. Ob man vom 2. Newtonschen Gesetz oder von der Kontinuitätsgleichung des Impulses redet, macht didaktisch einen Unterschied, aber nicht in den Rechnungen und Resultaten.

Jayk hat Folgendes geschrieben:
Frage am Rand: Wieso hat denn das H-Feld eine Divergenz ungleich 0? In der Schule rechnet man ja immer nur mit dem B-Feld und laut Wikipedia gilt ja . Sollte da nicht sein?

Diese Gleichung gilt nur im Vakuum. Dort gibt es aber natürlich auch keine "Magneten". "In Materie" gilt .
Das -Feld hat dort seine Quellen, wo die Magnetisierung ihre Senken hat (und umgekehrt).
Gruß, StefanV
Jayk



Anmeldungsdatum: 22.08.2008
Beiträge: 1450

BeitragVerfasst am: 31. März 2013 22:52    Titel: Antworten mit Zitat

Also gibt es eine "magnetische Ladung" nur bei ferromagnetischen Materialien, weil dort und nicht mehr proportional sind?
frustudent
Gast





BeitragVerfasst am: 31. März 2013 23:23    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Also gibt es eine "magnetische Ladung" nur bei ferromagnetischen Materialien


Nein, es gibt keine magnetische Ladungen. Das M-Feld ist die Mittelung über die magnetischen Momente. Magnetische Momente gibt es aufgrund der Spins von Teilchen oder aufgrund von Strömen.
StefanV



Anmeldungsdatum: 08.03.2013
Beiträge: 9

BeitragVerfasst am: 01. Apr 2013 00:27    Titel: Antworten mit Zitat

Jayk hat Folgendes geschrieben:
Also gibt es eine "magnetische Ladung" nur bei ferromagnetischen Materialien, weil dort und nicht mehr proportional sind?

Es gibt sie generell bei Stoffen mit von 0 verschiedener Magnetisierung, das müssen nicht nur Ferromagneten sein.

Man kann natürlich die magnetische Ladung an den Enden eines Magneten und die Magnetisierung in seinem Inneren auf mikroskopische Ursachen zurückführen, aber dazu besteht im entsprechenden Kapitel des KPK kein Anlass, da es dort um die makroskopischen Eigenschaften magnetischer Materialien und des magnetischen Feldes geht. Die Beschreibung durch zwei betragsmäßig gleich große, aber entgegengesetzt "geladene" Pole ist dafür absolut adäquat (auch wenn es frustudent nicht gefällt) und ist, wie gesagt, auch keine Erfindung des KPK.
Gruß, StefanV
Jayk



Anmeldungsdatum: 22.08.2008
Beiträge: 1450

BeitragVerfasst am: 01. Apr 2013 12:38    Titel: Antworten mit Zitat

StefanV hat Folgendes geschrieben:
Jayk hat Folgendes geschrieben:
Also gibt es eine "magnetische Ladung" nur bei ferromagnetischen Materialien, weil dort und nicht mehr proportional sind?

Es gibt sie generell bei Stoffen mit von 0 verschiedener Magnetisierung, das müssen nicht nur Ferromagneten sein.


Das Diagramm bei Wikipedia (http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Permeability_by_Zureks.svg, im Wikipedia-Artikel zu "Magnetisierung" eingebunden) impliziert ja eine Proportionalität von und (und somit ja auch ) für alle nicht-ferromagnetischen Stoffe...
StefanV



Anmeldungsdatum: 08.03.2013
Beiträge: 9

BeitragVerfasst am: 01. Apr 2013 15:45    Titel: Antworten mit Zitat

Jayk hat Folgendes geschrieben:

Das Diagramm bei Wikipedia (http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Permeability_by_Zureks.svg, im Wikipedia-Artikel zu "Magnetisierung" eingebunden) impliziert ja eine Proportionalität von und (und somit ja auch ) für alle nicht-ferromagnetischen Stoffe...

Richtig. Sobald ist, ist auch . Dann enden sozusagen die magnetischen H-Feldlinien teilweise an "magnetischen Ladungen" auf der Oberfläche des Körpers, so dass das H-Feld im Inneren abgeschwächt wird.
. Da muss im Inneren und Äußeren gleich sein. Das bedeutet (da im Äußeren 0 ist).
Also ist und mit ist dann . Das fasst man üblicherweise zusammen zu . Also sobald hat man "magnetische Ladung" an den Enden des Körpers.
Gruß, StefanV
Yildirim
Gast





BeitragVerfasst am: 02. Apr 2013 13:34    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
[...]unanschauliche, abstrakte Konzepte (das der Entropie gehört dazu)[...]


wirklich? Also ich finde die Entopie ziemlich anschaulich. Zustände, die mehr Realisierungsmöglichkeiten kennen werden begünstigt. Die Entropie ist ein Maß für die Realisierungsmöglichkeiten. Dies steht in Konkurrenz zur Energieminimierung. Es gibt in der Regel keinen Zustand mit gleichzeitig minimaler Energie und maximaler Entropie, weshalb ein Kompromiss eingegangen werden muss. Dieser kann zum Beispiel die Minimierung der freien Energie sein mit der Temperatur als Gewichtungsfaktor. Je größer die Temperatur, desto höher die Mobilität und desto besser können die verschiedenen Möglichkeiten durchprobiert werden, weshalb dann bei steigender Temperatur die Entropiemaximierung gegenüber der Energieminimierung immer wichtiger wird.
Also ich finde das anschaulich.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 9618

BeitragVerfasst am: 02. Apr 2013 14:11    Titel: Antworten mit Zitat

Yildirim hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
[...]unanschauliche, abstrakte Konzepte (das der Entropie gehört dazu)[...]

Zustände, die mehr Realisierungsmöglichkeiten kennen werden begünstigt. Die Entropie ist ein Maß für die Realisierungsmöglichkeiten.
...
Also ich finde das anschaulich.

Ist es auch.

Aber du vergisst, dass Entropie in der Schule als rein thermodynamische Größe eingeführt wird, und da gibt es diese Abzählung von Mikrozuständen zunächst nicht.

_________________
Er muss sozusagen die Leiter wegwerfen, nachdem er auf ihr hinaufgestiegen ist.
Ludwig Wittgenstein
Yildirim
Gast





BeitragVerfasst am: 02. Apr 2013 17:21    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:

Ist es auch.

Aber du vergisst, dass Entropie in der Schule als rein thermodynamische Größe eingeführt wird, und da gibt es diese Abzählung von Mikrozuständen zunächst nicht.


OK da hast du Recht. Ich habe die phänomenologische Thermodynamik aber erst so richtig verstanden nachdem ich eine Vorlesung zur statistischen Physik gehört habe.
In diesem Bereich, so finde ich, schadet die Schulbildung. Zum Beispiel wird Wärme in der Schule (bzw. im Alltag) wie eine Zustandsgröße behandelt, obwohl es sich um eine reine Prozessgröße handelt. Hier tat ich mich beim Studienbeginn sehr schwer.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 9618

BeitragVerfasst am: 02. Apr 2013 17:24    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, da gebe ich dir recht; Thermodynamik als Einstieg ist eigtl. nicht unbedingt sinnvoll. Mir ging's genauso, statistische Mechanik war wesentlich konkreter und schlüssiger.
_________________
Er muss sozusagen die Leiter wegwerfen, nachdem er auf ihr hinaufgestiegen ist.
Ludwig Wittgenstein
Systemdynamiker



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Wohnort: Flurlingen

BeitragVerfasst am: 02. Apr 2013 20:04    Titel: Gutachter Antworten mit Zitat

Einer der Gutachter des DPG ist der Herausgeber des Gerthsen. Zu diesem Lehrbuch sollte man auch einmal ein Gutachten verfassen. Etwa zum

Problem Rakete: http://www.youtube.com/watch?v=r4QYZ87xSR8

zum Problem Kräfte einzeichnen: http://www.youtube.com/watch?v=k48LolMr0sA

oder zum Problem Wärme: http://www.youtube.com/watch?v=FeVAk19CS9I

_________________
www.zhaw.ch/~maur
Yildirim
Gast





BeitragVerfasst am: 02. Apr 2013 23:35    Titel: Antworten mit Zitat

Ich halte den Gertsen auch nicht grad für das beste Lehrbuch. Er ist häufig zu knapp, teilweise ungenau und manchmal falsch. Ich sehe ihn auch nicht als vollwertiges Lehrbuch, sondern als ein Nachschlagewerk an.

Die Videos finde ich aber ziemlich unverständlich. Beim Video mit der Raketengleichung fiel mir auf, dass eine "Privatterminologie" verwendet wird, was natürlich nicht zum Verständnis beiträgt.
Soweit ich es verstanden habe, wird die Gleichung F=m*dp/dt als Definitionsgleichung der Kraft aufgefasst und die Gleichung wird als Impulsstrom interpretiert. Nun ist der Impuls aber ein Vektor. Damit die Interpretation mit dem Impulsstrom Sinn macht, müsste man zum Impulsvektor eine skalare Erhaltungsgröße finden, die von einem Körper zum anderen Körper fließt. Analog dazu ist in der Elektrodynamik die fließende Größe die elektrische Ladung. Diese fließt durch eine Fläche. Zusammen mit dem Flächennormalenvektor und der Ladungsträgerdichte lässt sich daraus ein Ladungsstrom definieren zu dem es auch eine Kontinuitätsgleichung gibt.
Die Definition eines Energiestromes bereitet deshalb auch keine Probleme. Nur wie sieht dies beim Impulsstrom aus? Was genau fließt beim Impulsstrom? Fließen da Vektoren?


Ich stimme beim Video zur Wärme zu, dass das Kapitel im Gerthsen kein Meisterwerk ist. Insbesondere ist Wärme keine Zustandsgröße, wie es im Gerthsen suggeriert wird.

Ich würde phänomenologisch Wärme als einen Energieübertrag, der ausschließlich durch einen Temperaturgradienten zustande kommt, definieren.

wenn ich bspw. Wasser in einem Kochtopf über einer Herdplatte erhitze, besteht eine Temperaturdifferenz zwischen der Platte und dem Wasser. Damit verbunden ist ein Energiestrom. Würde ich keine weitere Leistung in das System Platte-Wasser reinstecken, käme es zu einem Temperaturausgleich.



So wie es dann aber im Video gemacht wird, finde ich es wieder ziemlich undurchsichtig und verwirrend.
Systemdynamiker



Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 530
Wohnort: Flurlingen

BeitragVerfasst am: 03. Apr 2013 07:46    Titel: Tensoren Antworten mit Zitat

Die Gleichung F =dp/dt =m*dv/dt wird als Definition der (resultierenden) Kraft angesehen, wenn man von den Newton-Axiomen her kommt. Im KPK und in der Systemphysik geht man vom Impuls als Primärmenge aus (wie die Masse oder die Ladung). Dann formuliert man die Bilanzgleichung, die konstitutiven Relationen und Verknüpfung mit der Energie.

Der Impuls und damit auch die Kraft transformieren sich wie Vektoren. Die zugehörige Stromdichte ist folglich ein Tensor zweiter Stufe. Wenn ich nun die Impulsströme darstellen will, brauche ich ein Koordinatensystem. Dann bekomme ich drei Impulsstrombilder (eines für jede Komponete). Diese Darstellung hängt von der Wahl des Koordinatensystems ab. Die Grundlegenden Gesetze (Bilanz, konstitutive, Verbindung mit Energie) lassen sich aber weiterhin koodrinatenfrei formulieren.

Zur allgemeinen Formulierung der Kontinuitätsgleichungen habe ich ein Video gemacht: http://www.youtube.com/watch?v=9XfkbwHfor8

_________________
www.zhaw.ch/~maur
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 6138

BeitragVerfasst am: 03. Apr 2013 08:09    Titel: Re: Tensoren Antworten mit Zitat

Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben:
Die Gleichung F =dp/dt =m*dv/dt wird als Definition der (resultierenden) Kraft angesehen, wenn man von den Newton-Axiomen her kommt.

Das ist schlicht falsch. F =dp/dt =m*dv/dt ist eine Bewegungsgleichung die aussagt wie sich der Impuls (oder die Geschwindigkeit) ändert bei einwirkender äußerer Kraft.

PS: Es wäre wirklich schön Einwände einfach mal als Text oder verlinktes Dokument zu sehen und nicht als langatmiges 10min Youtube-Video, das Leuten, die keine Erstsemester sind, ihre Zeit stiehlt...
Yildirim
Gast





BeitragVerfasst am: 03. Apr 2013 14:22    Titel: Re: Tensoren Antworten mit Zitat

jh8979 hat Folgendes geschrieben:

Das ist schlicht falsch. F =dp/dt =m*dv/dt ist eine Bewegungsgleichung die aussagt wie sich der Impuls (oder die Geschwindigkeit) ändert bei einwirkender äußerer Kraft.


Das finde ich jetzt nicht so falsch, wobei ich mich dann aber nicht direkt auf Newton beziehen würde. Die newtonschen Axiome sind in ihrer Originalgestalt sehr unpräzise. So ist der Kraftbegriff nirgends definiert. Nach Newton ist das Aktionsprinzip jedenfalls keine Definitionsgleichung.

Deshalb wurde das Grundgerüst der newtonschen Mechanik nach Lange und Westphal präzisiert.
Das sieht dann etwa so aus:

Zitat:
Postulat 1: Massenpunkte, die in einem endlichen Abstand voneinander entfernt sind, können sich paarweise beeinflussen.

Definition 1: Diese Beeinflussung heißt Wechselwirkung

Postulat 2: Der Einfluss der Wechselwirkung wird umso größer je kleiner der Abstand zweier Massenpunkte ist. Geht der Abstand gegen unendlich, geht die Wechselwirkung gegen null

Definition 2: Ein Massenpunkt, der soweit von allen anderen Massenpunkten entfernt ist, dass er keine Wechselwirkung mehr spürt, heißt freier Massenpunkt.

Definition 3: Ein Bezugssystem, relativ zu dem jeder freie Massenpunkt
eine gerade Bahn beschreibt, wenn er in beliebiger Richtung in
Bewegung gesetzt und dann sich selbst überlassen wird, heißt ein Inertialsystem.

Postulat 3: Es gibt Inertialsysteme

Definition 4: Eine Zeitskala, bei deren Anwendung jeder freie Massenpunkt
relativ zu einem Inertialsystem unbeschleunigt ist, heißt eine
Inertialzeitskala.

Postulat 4: Eine Inertialzeitskala liefert jedes als Ganzes unver
änderliche, relativ zu einem Inertialsystem ruhende Körpersystem,
das unter gleichbleibenden äußeren Bedingungen Änderungen seines inneren Zustandes erfährt, die in gleicher Reihenfolge immer wieder durch
identische Zustände führen, sofern man die Zeitspannen, die zwischen
je zwei aufeinander folgenden identischen Zuständen verstreichen, als
gleich lang de finiert. Beispiele sind ein ganz ungedämpft schwingendes
Pendel und in oft - aber nicht immer - genügender Näherung gute
Pendeluhren, noch besser Quarzuhren. Eine praktisch genaue Inertialzeit
liefern die an ungestörten Atomen oder Moleküen ablaufenden
elementaren Schwingungsvorgänge. Auch die über den mittleren Sonnentag defi nierte Zeitskala weicht von einer Inertialzeitskala nur sehr
wenig ab.

Definition 5:
Eine Gesamtheit von Massenpunkten, die nur untereinander
in Wechselwirkung stehen, also nicht mit anderen Massenpunkten,
die der Gesamtheit nicht angehören, heit ein freies (oder abgeschlossenes)
System.

Postulat 5:
Besteht ein freies System nur aus zwei miteinander
in Wechselwirkung stehenden Massenpunkten, so erfahren sie bei
Verwendung einer Inertialzeitskala relativ zu jedem Inertialsystem entgegengesetzt gerichtete Beschleunigungen längs ihrer Verbindungslinie.
Das Verhältnis dieser Beschleunigungen ist bei zwei gegebenen Massenpunkten zeitlich konstant und von ihren momentanen Geschwindigkeiten und der Art ihrer Wechselwirkung unabhängig.

De nition 6
Es seien bei Verwendung einer Inertialzeitskala v1, v2 die
momentanen Geschwindigkeiten zweier solcher Massenpunkte relativ zu
einem Inertialsystem. Dann können wir die vorstehende Grunderfahrung
so formulieren:


Die hier eingeführten Faktoren m1, m2 sind den beiden Massenpunkten
eigentümliche positive skalare Konstanten. Sie verhalten sich umgekehrt
wie die Beträge der betreff enden Beschleunigungen
, sind also ein Maß für den Widerstand der Massenpunkte
gegen Beschleunigungen, für ihre Trägheit. Auch diesen Begri ff haben
wir damit eingeführt, ohne schon gleichzeitig den Begri ff der Kraft einzuführen. Man beachte aber, dass obige Gleichung lediglich das Verhältnis defi niert, aber über die Größenart der Masse nichts aussagt. Wir werden zeigen, dass die Masse (in der klassischen Mechanik) eine von der Wahl des Inertialsystems unabhängige Größe ist.


Definition 7
Erfährt ein Massenpunkt infolge einer beliebigen Wechselwirkung
mit anderen Massenpunkten bei Verwendung einer Inertialzeitskala
relativ zu einem Inertialsystem die Beschleunigung , so nennen wir den der Beschleunigung gleichgerichteten Vektor die auf den Massenpunkt wirkende Kraft.


Demnach ist das Trägheitsprinzip kein Axiom, sondern es gilt zwangsläufig in einem Inertialsystem unter Anwendung einer Inertialzeitskala.
Das Aktionsprinzip wurde hier zu einer Definitionsgleichung für die Kraft und das Reaktionsprinzip ist damit auch bereits enthalten.
Friedrich Karl Schmidt
Gast





BeitragVerfasst am: 03. Apr 2013 18:47    Titel: Antworten mit Zitat

Yildirim hat Folgendes geschrieben:
Dies steht in Konkurrenz zur Energieminimierung. Es gibt in der Regel keinen Zustand mit gleichzeitig minimaler Energie und maximaler Entropie, weshalb ein Kompromiss eingegangen werden muss. Dieser kann zum Beispiel die Minimierung der freien Energie sein mit der Temperatur als Gewichtungsfaktor. Je größer die Temperatur, desto höher die Mobilität und desto besser können die verschiedenen Möglichkeiten durchprobiert werden, weshalb dann bei steigender Temperatur die Entropiemaximierung gegenüber der Energieminimierung immer wichtiger wird.
Also ich finde das anschaulich.


Das Prinzip der Energieminimierung ist schon deshalb fragwürdig, weil die von einem System abgegebene Energie aufgenommen werden muss von einem anderen System, das dabei dem so genannten Minimierungsprinzip der Energie offensichtlich nicht folgt.

Schon Arnold Sommerfeld soll gesagt haben : Die Energie ist nur der Buchhalter, die Geschäftsführung liegt allein bei der Entropie.

Tatsächlich genügt die Betrachtung der Entropie. Nur darf man die Entropieänderung nicht auf die räumliche Verteilung beschränkt sehen, sondern muss die Entropieänderung berücksichtigen, die sich aus der Änderung der Energieverteilung ergibt,

Im Übrigen : Bezüglich der der Kompetenz der Herren von der DPG - Kommission in Bezug auf Thermodynamik war ich mir bereits nach dem Lesen dieses Absatzes hinreichend im Klaren :

Beispiel 2. Entropie und Wärme in der Thermodynamik
Der Karlsruher Physikkurs [5] verwendet einen alternativen Zugang zur Thermodynamik, der nicht auf
den Begriffen Temperatur und Wärme, sondern auf den Begriffen Temperatur und Entropie aufbaut.
Andere Zugänge zur Physik zu suchen, die Schülern das Verständnis erleichtern, ist legitim und wünschenswert, aber sie müssen auch überzeugen, und vor allem müssen sie wissenschaftlich korrekt
sein.
Die Thermodynamik ist ein Bereich der makroskopischen Physik, der die physikalischen Revolutionen
des 20. Jahrhunderts im Kern unberührt überstanden hat. Sie baut auf drei so genannten Hauptsätzen
auf: Einer, nullter Hauptsatz genannt, führt den Temperaturbegriff ein. Der erste Hauptsatz ist der Satz
von der Erhaltung der Energie, und der zweite Hauptsatz behandelt die Eigenschaften der Entropie.


Der erste Haupsatz versucht eine Aufteilung der von einem System ausgetauschten Energie in Wärme und Arbeit

Was bitte ist dann z.B. elektromagnetische Strahlung ? Ist es nun Wärme oder Arbeit? Eine andere Wahl lässt der erste Hauptsatz ja nicht. Und wie lautet überhaupt die Definiion von Wärme ? Und Arbeit ist in Zusammenhang mit Thermodynamik ja wohl auch nicht nur das , was man in der Mechanik gelernt hat.

Für mich ist jedenfalls klar, dass die vom KPK gewählte Einstiegsform, die auf der GIBBS` schen Fundamentalform basiert, der nicht nur fachlich , sondern auch der fachdidaktisch klar überlegene Ansatz ist.

Gruß Friedrich Karl Schmidt
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