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Zur Didaktik der Entropie
Modellierung eines Kondensationsphasenübergangs
Michael Wagner
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für LehrerInnenbildung
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Lehramt Sek (AB) Unterrichtsfach Mathematik Unterrichtsfach Physik
Betreuer*in
Christos Likos
Mitbetreuer*in
Marianne Korner
DOI
10.25365/thesis.78198
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-19501.58737.958345-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Ziel dieser Arbeit ist die analytische Lösung und Simulation eines thermodynamischen Modellsystems mit einem Kondensationsphasenübergang. Darauf folgt die didaktische Rekonstruktion dieser Fachstruktur, um ein Erklärmodell für den Begriff der Entropie für Physiklehrpersonen zu erstellen. In der theoretischen Einführung werden die für die Arbeit notwendigen Grundlagen zusammengefasst. Darin findet sich zum einen ein Überblick über die thermodynamische Modellierung, die Fundamentalgleichung der Thermodynamik und Grundlagen der statistischen Mechanik. Im Anschluss wird ein thermodynamisches Modellsystem, welches nur aus einer bestimmten Anzahl an Boxen und Teilchen besteht, eingeführt und analytisch gelöst. Die analytische Lösung wird verglichen mit einer Simulation der konkreten Verteilung der Teilchen auf die Boxen. Danach folgt eine didaktische Behandlung des Entropiebegriffs. Es einige Ansätze über den Forschungsstand zur Didaktik der Entropie gesammelt und analysiert. Im Anschluss wird ein Erklärmodell zum Entropiebegriff entwickelt. Dabei werden im Schritt der Elementarisierung "Key Ideas" generiert, auf welchen die Struktur des Erklärmodells basiert. Das Erklärmodell stellt sich bei der qualitativen Evaluierung durch ein Interview als nachvollziehbar und sinnvoll heraus. Mithilfe des Erklärmodells konnten Anwendungsfragen erfolgreich gelöst werden.
Abstract
(Englisch)
The aim of this thesis is the analytical solution and simulation of a thermodynamic model system with a condensation phase transition. This is followed by the didactic reconstruction of this subject structure in order to create an explanatory model for the concept of entropy for physics teachers. The theoretical introduction summarizes the basics necessary for the work. This includes an overview of thermodynamic modeling, the fundamental equation of thermodynamics and the basics of statistical mechanics. Subsequently, a thermodynamic model system consisting of only a certain number of boxes and particles is introduced and solved analytically. The analytical solution is compared with a simulation of the actual distribution of the particles in the boxes. This is followed by a didactic treatment of the concept of entropy. Some approaches to the state of research on the didactics of entropy are collected and analyzed. An explanatory model for the concept of entropy is then developed. In the elementarization step, 'key ideas' are generated on which the structure of the explanatory model is based. The explanatory model proves to be comprehensible and meaningful during the qualitative evaluation in an interview. With the help of the explanatory model, application questions could be successfully solved.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Entropie Didaktik Phasenübergang Didaktik der Entropie
Schlagwörter
(Englisch)
Entropy Didactics
Autor*innen
Michael Wagner
Haupttitel (Deutsch)
Zur Didaktik der Entropie
Hauptuntertitel (Deutsch)
Modellierung eines Kondensationsphasenübergangs
Paralleltitel (Englisch)
On the didactics of entropy
Paralleluntertitel (Englisch)
modeling of a condensation phase transition
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
IV, 77 Seiten : Illustrationen
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Christos Likos
Klassifikation
33 Physik > 33.25 Thermodynamik. statistische Physik
AC Nummer
AC17494291
Utheses ID
74996
Studienkennzahl
UA | 199 | 520 | 523 | 02