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(laufend)

Dieses Projekt wurde am Institut für Physik der Carl-von-Ossietzky Universität begonnen und wird nun an der Abteilung für Physik und ihre Didaktik und Geschichte der Universität Flensburg fortgesetzt.

Ziel dieses Projekts ist die wissenschaftshistorische und fachdidaktische Aufarbeitung der Bestimmung der Elementarladung, die aus heutiger Sicht eng mit dem Namen Robert Millikan verbunden ist. Millikan’s Öltröpfchenversuch gilt als eines der zehn ‚schönsten’ Versuche der Physikgeschichte (Physics World 2002). Gleichzeitig wird der sich aus diesem Experiment ableitende Schulversuch regelmäßig kritisiert; beispielhaft sei hier die Bewertung durch Jones angeführt: "… as teaching-lab experiment it does not enjoy a good reputation for three principal reasons: eyestrain, tedium, and poor, unconvincing results" (Ray C. Jones: The Millikan oil-drop experiment: Making it worthwile. In: American Journal of Physics 63 (1995), S. 970-977). Diese Diskrepanz ist eine Motivation dafür, gerade dieses Experiment einer wissenschaftshistorischen Analyse zu unterziehen. Diese Analyse ist eng verknüpft mit den bereits von Andreas Makus durchgeführten Untersuchungen der Experimente Felix Ehrenhafts, deren Ergebnisse dieser als Beleg für die Existenz von Subelektronen wertete (vgl. Andreas Makus: Felix Ehrenhaft und der Streit um das Elektron. Blätter für Technikgeschichte 64 (2002), S. 25-45).

Gleichzeitig soll diese Analyse dafür genutzt werden, einen anderen didaktischen Zugang zu der Bestimmung der Elementarladung zu entwickeln und zu erproben. Dieses didaktische Forschungsvorhaben erfolgt in Zusammenarbeit mit der History & Philosophy of Science in Science Education Research Group in Winnipeg.

Einzelarbeiten im Projekt

Sebastian Kowalski: Die historische Entwicklung der Darstellung von Elektronen in Schulbüchern

Das Ziel meiner Arbeit war es, die historische Entwicklung der Darstellung von Elektronen in Schulbüchern nachzuzeichnen. Zu diesem Zweck wurden Schulbücher aus dem Zeitraum von 1905 bis 1950 untersucht. Dabei zeigte sich, dass in den Büchern sowohl positive als auch negative Elektronen auftauchten, wobei die Begriffe der positiven und negativen Elektronen einem Bedeutungswandel unterliegen. Auch was mit dem Begriff Elektron bezeichnet wird, eine Quantisierung der Ladung oder ein Teilchen, das eine Ladung trägt, stellt sich von Buch zu Buch anders da.

Christoph Müller-Hill: Die Bestimmung der Elementarladung mittels eines Gerätes einer Lehrmittelfirma

Ziel meiner Bachelorarbeit ist es, die Elementarladung mit Hilfe des experimentellen Aufbaus zum Millikan-Versuch der Firma "Pasco" zu bestimmen. Dies geschieht durch Messen der Sink- und Steigzeiten von Öltröpfchen, die sich im elektrischen Feld eines horizontalen Plattenkondensators bewegen. Im Rahmen meiner Arbeit werden insbesondere Hinweise zum experimentellen Einsatz des Geräts entwickelt sowie potentielle Probleme beim Experimentieren und deren Lösungen erarbeitet. Weitere Fragestellungen in meiner Arbeit sind, wie genau mit dem Gerät tatsächlich gemessen werden kann und wie sich Erfahrungen im Umgang mit dem Gerät auf die Genauigkeit der erzielten Ergebnisse auswirken.

Martin Panusch: Replikation des Millikanschen Öltröpfchenversuchs

Das Zustandekommen der Ergebnisse des Millikanschen Öltröpfchenversuchs sind wiederholt kontrovers diskutiert worden. Von wissenschaftshistorischer Seite wurden drei wesentliche Kritiken seiner Arbeit unternommen (etwa Holton (Holton, G. (1978). Subelectrons, presuppositions, and the Millikan-Ehrenhaft dispute. Historical Studies in the Physical Sciences , 9, 161-224), Franklin [1982] und Fletcher [1982]). Dabei wurden insbesondere Millikans Laborbücher und seine Veröffentlichungen zu Rate gezogen, um die Güte seiner Forschung zu diskutieren.In meinem Promotion analysiere ich den Millikanschen Öltröpfchenversuch mit Hilfe der Replikationsmethode. Zielsetzung dieser Analyse ist eine symmetrische Betrachtung über das Verhältnis zu den Ehrenhaftschen Ergebnissen, um somit ein differenzierteres Bild der Millikanschen Praxis zu entwickeln. Dazu werde ich die kulturelle und materielle Dimension seiner Experimentierpraxis für mein Experiment erschließen und anwenden. Dazu aus der Vermessung von zwei Öltröpfchenapparate aus Chicago und Pasadena Zeichnungen erstellt worden die Grundlage für den Nachbau bilden. Im Mai 2012 wurde der Nachbau des Apparates fertiggestellt. Dieses Projekt wird durch die DFG gefördert.(mehr...)

Valentina Parlow: Reflexion und Analyse der Rezeption des Millikan-Experiments zur Bestimmung der Elementarladung unter besonderer Berücksichtigung didaktisierender Aspekte

In meiner Examensarbeit untersuchte ich Schul- und Lehrbuchdarstellungen des Experiments Robert A. Millikans (1868-1953) zur Bestimmung der Elementarladung. Das Experiment führte Millikan ab 1910 durch und wurde 1923 unter anderem dafür mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet.Das Ziel meiner Arbeit war es, einen Überblick über die Darstellungen des Experiments von seiner Entstehungszeit bis heute zu schaffen und mögliche Entwicklungen aufzudecken.Ich untersuchte Darstellungen aus den vergangenen 100 Jahren im Bezug auf ihre Sichtweise zum Wesen der Elektrizität, zum Wert der Elementarladung sowie im Bezug auf die Beschreibung des Versuchsablaufs und der beigefügten Illustrationen.Es hat sich aus meiner Sicht gezeigt, dass Schul- und Lehrbücher unter dem Titel "Millikan-Experiment" lediglich eine idealisierte Form des Experiments beschreiben, die dem historischen Versuch nur bedingt nahe kommt.

Franziska Schwarz: Konzeptionelle Vorstellungen von Studierenden im ersten Studienjahr Physik zum Begriff des Elektrons

Ziel meiner Bachelorarbeit war es, einen Überblick über die konzeptionellen Vorstellungen zum Begriff des Elektrons von Studierenden der Physik im ersten Studienjahr zu geben. Hierzu führte ich eine empirische Erhebung in Form einer schriftlichen Befragung in einer Vorlesung (prä und post)unter den Studierenden des zweiten Fachsemesters Physik der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg durch. Die Befragung (offene Fragen) sollte aufzeigen, welche Vorstellungen die Probandengruppe zu der Begrifflichkeit des Elektrons bereits entwickelt haben. Die Auswertung erfolgte qualitativ durch Kategorienbildung der Antworten, welche dann auf Häufigkeit untersucht wurden. Als Fazit ergab sich für mich aus der Auswertung der Ergebnisse, dass es den Studierenden im Allgemeinen sehr schwer fällt, ihr Konzept zum Elektron klar darzulegen, zu formulieren und sicheres Wissen zu präsentieren.

Patrick Weusting: Der Millikan-Versuch zur Bestimmung der elektrischen Elementarladung: Stabilisierung und Verbesserung unter didaktisch-methodischen Aspekten

Grundlage dieser Examensarbeit ist ein Versuchsaufbau der Firma Leybold, zur Nachstellung des Öltröpfchen-Versuchs von Robert A. Millikan. Dabei standen insbesondere zwei Aspekte im Vordergrund. Zum einen die Stabilisierung des Versuchsaufbaus, d.h. es sollten Kriterien für die Durchführung von Messungen gefunden werden, deren Einhaltung mit einer hohen Sicherheit zu guten Ergebnissen führt.Hierzu gehörte auch, Probleme herauszufiltern, die auf die individuellen Eigenschaften des Versuchsaufbaus zurückzuführen sind, und sich auf die Qualität der Messergebnisse auswirken.Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit Möglichkeiten, den Versuchsaufbau durch Modifikation zu verbessern. Ziel war es, insbesondere die Qualität der Ergebnisse weiter zu erhöhen, und auch die Messungen angenehmer zu gestalten. Hierzu wurde der Einsatz eines Computers sowie eine alternative Möglichkeit der Beleuchtung durch einen Laser diskutiert.Die Beleuchtung mit einem Laser führte unerwarteterweise zu einer Beschleunigung der Öltropfen. Dieser Effekt wurde abschließend noch genauer untersucht. 

 

 

Publikationen

  • Panusch, Martin (2013): Rebuilding Millikan's Oil Drop Apparatus, in: Heering, Klassen, Metz (Eds): Enabling Scientific Understanding through Historical Instruments and Experiments in Formal and Non-Formal Learning Environments, Flensburg: Flensburg University Press, 55-61.
  • Panusch, Martin (2012): Bestimmung der Elementarladung à la Millikan 1911, in: Heering, Peter; Markert, Michael & Weber, Heiko (Hrsg, 2012): Experimentelle Wissenschaftsgeschichte didaktisch nutzbar machen. Ideen, Überlegungen und Fallstudien. Flensburg: Flensburg University Press, 111-131.
  • Panusch, Martin (2012): Millikan's Vessels, in: Bulletin of the Scientific Instrument Society, 113, 32-37.
  • Panusch, M.; Heering, P. (2011): Robert A. Millikan und die Bestimmung der Elementarladung: Historische Aspekte eines klassischen Experiments, in: Naturwissenschaften im Unterricht – Physik, 126, 32-35.
  • Müller-Hill, C.; Heering, P. (2011): Control and stabilization: Making Millikan's oil drop experiment work. (Translated from English) European Journal of Physics 32(5):1285-1291.
  • Heering, Peter: Doing it differently: attempts to improve Millikan’s oil-drop experiment. In: Physics Education 45 (4), 2010, 382-393 (gemeinsam mit S. Klassen).
  • Heering, Peter: Fragwürdiges beim Millikan-Versuch. Physik in unserer Zeit 5/2006, S. 227
  • Heering, Peter; Makus, Andreas: Fragliche Teilchen: Ehrenhafts Subelektronen. Physik in unserer Zeit 6/2006, S. 296
  • Panusch, Martin; Singh, Rajinder & Heering, Peter (2009) "How Milikan Got the Nobel Prize", in: S. Klassen (Hrsg.): Proceedings of the Second International Conference of Stories in Science Teaching, http://sci-ed.org/Conference-2008/Panusch-et-al.pdf
  • Heering, Peter (Hrsg.): Der Millikansche Öltröpfchenversuch zur Bestimmung der Elementarladung: Historische und didaktische Materialien I. Oldenburger VorDrucke 580 Oldenburg: Didaktisches Zentrum, 2009.
    Darin:
    Müller-Hill, Christoph: Die Stabilisierung experimenteller Handlungen am Beispiel des Millikan-Versuchs. S.11-33
    Panusch, Martin; Singh, Rajinder; Heering, Peter: Wie R.A. Millikan den Nobelpreis für Physik erhielt. S. 47 - 64
    Parlow, Valentina; Heering, Peter: Das Millikan Experiment und seine Behandlung in der Schule. S.35-45