Kraft auf Leiter und Induktion am Beispiel des Lautsprechers.

1) Ein einfacher Lautsprecher zum Selbstbau.

Fertige Lautsprecher sind für eine Demonstration im Unterricht meist zu klein. Weiterhin sind Spule und Magnet verkapselt und nicht sichtbar. Ein einfacher großer Lautsprecher kann aber mit geringem Aufwand auch selbst gebaut werden. Er erreicht dann zwar keine Hifi-Qualität, dafür ist aber das Funktionsprinzip gut zu erklären.
Man kann dabei nur ein Exemplar für die Sammlung bauen, oder auch im Rahmen einer Unterrichtssequenz Schülerinnen und Schüler einen Lautsprecher selbst bauen lassen. Die Zeit dafür wird man wahrscheinlich eher im NwT-Unterricht haben - z.B. im Rahmen einer Einheit zur Akustik - als im Physikuntericht.

Eine mögliche Anleitung zum Selbstbau und einen Erfahrungsbericht kann man in der Examensarbeit von Christina Willhalm nachlesen. www.examensarbeit.willhalm.de

	Der Lautsprecher, den ich vor Jahren einmal selbst gebaut habe, entstand ganz ähnlich: Die Membran besteht aus einem Zeichenkarton, auf den man zunächst einen Kreis von ca. 40 cm Durchmesser zeichnet und ausschneidet. Danach schneidet man ein Kreissegment von 30° bis 50° heraus (grau) und klebt den Karton an den Enden (rot) zusammen.
	Auf die Spitze des so entstandenen Kegels klebt man eine (halbierte) Klopapierrolle, auf die anschießend etwa 100 Windungen eines isolierten Kupferdrahts (Kupferlackdraht) gewickelt werden.
	Der Rand des Membrankegels wird auf eine dünne Span- oder Sperrholzplatte gelegt und mit einem Bleistift markiert. Dann sägt man den Kreis mit einer Stichsäge etwa 2 cm größer aus. Als Aufhängung der Membran (beim "richtigen" Lautsprecher nennt man das "Sicke") habe ich Papier einer Küchenrolle verwendet. Es ist etwas reißfester als Klopapier, das man aber auch nehmen kann. Als Kleber kann Alleskleber oder Holzleim verwendet werden. (vgl. Foto) Der Lautsprecher der Sammlung wird mit einem normalen Hufeisenmagneten betrieben.

Möchte man mit Schülern einen Lautsprecher bauen, eignen sich als Magnete auch käufliche Magnete aus Sintermaterial (Neodym), diese bekommt man z.B. beim www.magnet-shop.net
Passen Sie aber dann unbedingt auf, dass die Schülerinnen und Schüler nicht mit mehreren Magneten spielen. Diese werden teilweise mit so großen Kräften zusammengezogen, dass man sie anschließend nicht mehr trennen kann, es besteht dabei auch akute Verletzungsgefahr! Wählen Sie im Zweifelsfall lieber einen etwas schwächeren Magneten.

Denken Sie auch daran, dass solche starke Magnete nicht in der Nähe von Personen mit Herzschrittmachern eingesetzt werden dürfen.
Schüler sollten ihr Werk dann ihren Großeltern, die evtl. einen Schrittmacher haben, nicht vorführen!

2) Der Eigenbau Lautsprecher und die 3-Finger-Regel

Film: Eigenbaulautsprecher in Aktion

Mit dem Eigenbau-Lautsprecher lässt sich dann auch sehr gut die 3-Finger-Regel entwickeln. Dabei konzentriert man sich auf einen Teilausschnitt der Spule (z.B. den oberen Teil der Windungen, waagrecht gedacht):

Legt man über einen Schalter Gleichspannung an die Spule an, so wird diese je nach Polung nach vorn oder nach hinten bewegt, wenn der Schalter geschlossen wird. Man kann dann die Richtung der Bewegung mit der 3-Finger-Regel erklären.

Anschließend wird erarbeitet, was passiert, wenn man eine Wechselspannung anlegt.
Dies kann man dann schön mit einem Generator, der auch Frequenzen von weniger als 1 Hz erzeugen kann, zeigen.
Steigert man die Frequenz anschließend, werden Töne hörbar.
(vgl Film- auf den Link unter dem Bild klicken).

3) Der Lautsprecher als Mikrofon.

Film: Eigenbaulautsprecher als Mikrofon

Man kann den Eigenbau-Lautsprecher oder (besser) einen kommerziellen Lautsprecher auch leicht dazu verwenden, die Umkehrung der Kraft auf dem stromdurchflossenen Leiter - die Induktion durch Bewegung zu zeigen:

drückt man (vorsichtig!) auf die Membran, wird eine Spannung induziert. Die Spannungen liegen dabei im Bereich einiger Millivolt. Man benötigt zum Nachweis nicht unbedingt ein Oszilloskop. Ein empfindliches Drehspulinstument (z.B. mit 30 mV) in Mittelstellung genügt vollkommen und das Ganze wird für Schüler transparenter. Es eignen sich z.B. die Drehspulinstrumente mit Steckskalen von PHYWE.

Man kann damit leicht zeigen, dass sich die Polungsrichtung der Spannung umkehrt, wenn sich die Membran in den Magneten oder aus dem Magneten bewegt. Man kann sogar die Richtung der Elektronenbewegung mit der 3-Finger-Regel leicht entwickeln.
Diese Induktionsspannung bekommt man auch, wenn sich die Membran durch die Schwingung der Luftmoleküle im Takt einer Sprachschwingung bewegt. Dann wird der Lautsprecher zum Mikrofon.

Klaus-Dieter Grüninger, Landesbildungsserver, 2011