1. Elektrostatik

1.1 Unterschiedliche Aufladung
Reibt man z.B. ein Plastiklineal an einer Kunststofffolie (oder andere Materialien), kennt man den Effekt, dass sich die zwei Materialien unterschiedlich aufladen. Auf dem einen Material sitzen dann eben die positiven Ladungen und auf dem Gegenpartner die negativen. Diesen Effekt kann man nun entweder qualitativ mit einem Elektroskop zeigen, so wie es üblicherweise gemacht wird, oder man hält die zwei Materialien einfach über die Feldmühle und sieht einmal einen positiven und einmal einen negativen Ausschlag. Hält man einige Zeit das Lineal in gleicher Höhe über der Feldmühle, bemerkt man die langsame Entladung durch die Luftionen.

1.2 "Ich glaub ich hör das Feld..."
Eine sehr witzige und eindrucksvolle Demonstration des Vorhandenseins von Feldern ist folgende. Man lässt die Elektronik der Feldmühle ausgeschaltet und schließt den Ausgang eines Plattenpaares direkt an den Eingang eines NF-Verstärkers an. Also alles ohne Gleichrichtung mit Lichtschranke oder ähnlichem. Durch die Motordrehung wird eine sinusähnliche Spannung erzeugt. Diese steigt in ihrer Amplitude an, wenn das Feld entsprechend steigt. Nun wird diese durch den NF-Verstärker verstärkt und man hört ganz deutlich das Lauter- und Leiserwerden des Summens, wenn man mit einem geladenen Kamm o.ä. in die Nähe kommt.
Der Versuch selbst ist zwar, wie so oft bei eindrucksvollen Versuchen, nichts besonderes, aber für Schüler sicherlich ein Erlebnis und für den Lehrer ist der Versuch mit wenig Aufwand zu realisieren..

1.3 Schwache Felder
Nun ist ein großer Vorteil der Feldmühle gegenüber sonstigen elektrostatischen Messgeräten, wie dem schon erwähnten Elektroskop, die sehr viel höhere Empfindlichkeit. Es ist mit der beschriebenen Feldmühle möglich, aus 3m Entfernung noch einen geladenen Kamm ganz deutlich zu registrieren. Man kann das Vorhandensein des Feldes sehr schön zeigen, wenn man den Kamm einmal vor sich hält und ihn dann hinter den Rücken nimmt, dann verschwindet der Ausschlag. Sehr eindrucksvoll kann man dann auch Schülern klar machen in welcher Größenordnung sich Textilien aufladen. Durch diese und ähnliche Versuche, kann man eindrucksvoll Quantität und Eigenschaften der Felder zeigen.

1.4 Universelle Einsatzmöglichkeit bei Schulexperimenten
Natürlich bietet es sich auch an, die Feldmühle, aufgrund ihrer relativ kleinen Form, in Standardversuche einzusetzen. Hier sei auf eine Beschreibung der Firma Phywe hingewiesen, die selbst Feldmühlen mit Zubehör herstellt und auch ein Heft mit Experimenten (mit Plattenkondensator u.a.) herausgegeben hat. Wenn man sich nun zum Selbstbau entschlossen hat, muss man natürlich selbst improvisieren und basteln. Ich denke allerdings, dass man dies, vielleicht sogar mit den Schülern gut realisieren kann (z.B. mit Plattenkondensatoren aus Pappe mit Alufolie überklebt).

1.5 Einsatz im "Freien Feld"
Mich persönlich hat von Anfang an, die Messung quasi elektrostatischer Felder in der Natur interessiert. In meinem ersten Artikel über die Feldmühle im Praxisheft 11 bin ich bereits kurz auf das natürlich "Schönwetterfeld" zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre eingegangen. Dieses Feld ist mit der beschrieben Feldmühle einfach und eindeutig nachweisbar.

1.5.1 Der Putzeimer kommt zum Einsatz...
Man suche sich eine möglichst freie Fläche aus, beispielsweise einen Sportplatz. Dort stellt man nun die Feldmühle, entweder direkt auf dem Boden oder in einer festen Höhe auf. Es empfiehlt sich vielleicht vorher eine Kalibrierung der Feldmühle in einem künstlichen Feld durchzuführen (Beschreibung dazu auch im Praxisheft 11), um die Messpannung einem Feldwert zuordnen zu können.
Um den vielleicht vorhandenen Offset der Schaltung festzustellen, ist es sinnvoll sich einen Metallputzeimer zu besorgen, den man mit einem Erdspies oder über den Schutzleiter der Steckdose erdet. Diesen stülpt man nun über die Feldmühle und schirmt somit das Feld ab und kann nun das Offset ablesen und bei der späteren Berechnung berücksichtigen. Beiläufig sei erwähnt, wenn man den Eimer nicht erdet, kann man deutlich zeigen, dass die Abschirmung nicht vorhanden ist. Klingt trivial ist aber vielen beim Experimentieren gar nicht so bewusst - Erfahrung des Autors.
Nun nimmt man den Eimer wieder weg, geht ein paar Schritte von der Mühle weg, um die Messung durch seine Eigenladung nicht zu Verfälschen, und liest den Wert ab (eine lange Messleitung erspart das Fernglas... ) Mit diesem Messwert und der vorherigen Kalibrierung der Mühle kann man nun das natürliche Feld berechnen. Wenn man nun alles richtig gemacht hat, es wirklich blauer Himmel war und nicht gerade ein Gewitter am Heranziehen war, müsste ein Wert zwischen 100-200 V/m herauskommen. Hier sei darauf verwiesen, dass dieses Schönwetterfeld einem Tagesgang unterliegt und deshalb nicht immer konstant sein kann.

1.5.2 Verzerrungen und Verbiegungen des Feldes
Gebäude, landschaftliche Unebenheiten und vieles mehr bewirken, dass das Feld bzw. die Äqipotentialflächen nicht homogen und "gerade" sind, sondern sich biegen und entsprechend verzerrt werden. Nun könnte man sich überlegen wie die Verzerrung im einzelnen Fall sein mag bei einem Gebäude aus Holz, Beton oder Stahl, aber interessant ist es eben immer in der Physik, das mal selber nach zu messen.
Wir können also wieder die Feldmühle nehmen und an einem Tag mit wenig Bewölkung (damit das Feld ungefähr konstant ist) in unterschiedlicher Entfernung eines Gebäudes messen. Dann wird man vielleicht feststellen, dass weiter weg vom Gebäude auf freiem Feld, der Ausschlag größer ist (kann bis zu Faktor 10 sein). Geht man nun näher zum Gebäude hin wird der Ausschlag immer geringer. Misst man jedoch am Dach, erhält man auch wieder einen deutlich erhöhten Ausschlag. Wenn man diese Messungen genau und systematisch durchführt, kann man die Form der Verzerrung des Feldes nachbilden. Das könnte einmal eine andere Variante sein um Äquipotentalflächen zu demonstrieren!

Diese Liste von Vorschlägen zum Einsatz der Feldmühle im Schulunterricht, soll nur eine Anregung sein. Sicherlich fallen engagierten und interessierten Lehrern noch zahllose weitere Einsatzmöglichkeiten ein!