Physik der kondensierten Materie 1
Condensed Matter Physics 1

Modul PH0017 [KM Expert 1]

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

PH0017 ist ein Semestermodul in Deutsch auf Bachelor-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Pflichtmodule im Bachelorstudiengang Physik (5. Fachsemester, Vertiefung KM)

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
270 h 90 h 9 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH0017 ist Rudolf Gross.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Kristallstruktur und Strukturbestimmung

  • periodische Strukturen – Grundbegriffe und Definitionen
  • Beispiele für Kristallstrukturen
  • Kristalldefekte und nichtkristalline Festkörper
  • reziprokes Gitter und Beugungsmethoden

Bindungstypen und -kräfte

  • van-der-Waals-Bindung, ionische Bindung
  • kovalente Bindung und metallische Bindung
  • Wasserstoffbrückenbindung

Elastische Eigenschaften

  • Kontinuumsmechanik
  • Elastizitätsmodul
  • elastische Wellen

Gitterdynamik

  • klassische Theorie der Gitterdynamik
  • Zustandsdichte im Phononenspektrum
  • Quantisierung der Gitterschwingungen

Thermische Eigenschaften

  • spezifische Wärme
  • anharmonische Effekte und thermische Ausdehnung
  • Wärmeleitfähigkeit

Elektronen im Festkörper

  • Modell des freien Elektronengases
  • Bloch-Elektronen und Energiebänder
  • Klassifizierung von Metallen, Halbmetallen, Halbleiter, Isolatoren
  • Konzept der Fermiflächen

Dynamik von Kristallelektronen

  • semiklassisches Modell
  • Streuprozesse
  • Boltzmann-Transportgleichung und Transportkoeffizienten

Lernergebnisse

Nach Abschluss des Moduls ist der Student/die Studentin in der Lage:

- grundlegende Konzepte aus der Physik der kondensierten Materie selbst anzuwenden, um physikalische Eigenschaften, die an kondensierter Materie beobachtet werden, mit der kristallinen Struktur in Verbindung zu bringen und zu erklären. Diese betreffen insbesondere die mechanischen Eigenschaften, die Gitterdynamik, die spezifische Wärme, Wärmeleitungseigenschaften, und Grundzüge des Transports von Elektronen durch Festkörper;

- wichtige Erkenntnisgewinne im Verständnis der Physik der kondensierten Materie mit Beiträgen relevanter Wissenschaftler und Persönlichkeiten in Verbindung zu setzen;

- experimentelle Methoden in der Physik der kondensierten Materie zu beschreiben;

- physikalische Eigenschaften auf der Basis klassischer und quantenmechanischer Modelle sowie unter Zuhilfenahme der Thermodynamik quantitativ zu erklären;

- die gewonnenen Erkenntnisse auf Erfahrungen aus dem Umgang mit kondensierter Materie im Alltag, Praktikumsversuchen und Experimenten zu übertragen.


 

Voraussetzungen

In der Vorlesung wird Bezug genommen auf Kenntnisse aus der Experimentalphysik, dem Elektromagnetismus, der Elektrodynamik, der Thermodynamik und Quantenmechanik.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VU 6 Physik der kondensierten Materie 1 Gross, R.
Mitwirkende: Geprägs, S.
Dienstag, 12:00–14:00
Donnerstag, 10:00–12:00
sowie Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

Das Expert-Modul Kondensierte Materie 1 enthält 4 SWS Vorlesung und 2 SWS Übung.

Medienformen

Tafelanschrieb mit Hilfe eines Tablet-Computers, Darstellung von experimentellen Aufbauten, Messdaten mit Hilfe von Folienpräsentation, Handouts wichtiger Folien für Handnotizen des Studenten/der Studentin. Den Hörern wird eine pdf-Version des Inhalts ("Tafelanschrieb" mit Folien) der jeweiligen Vorlesung nach deren Abhaltung zum "download" zur Verfügung gestellt; Aufgabenzettel zum eigenständigen Bearbeiten von Problemstellungen aus der Physik der kondensierten Materie werden wöchentlich zum download zu Verfügung gestellt.

Literatur

R. Gross, A. Marx, "Festkörperphysik", 2. Auflage, De Gruyter (2014).

N.W. Ashcroft, N.D Mermin, "Solid State Physics", Holt-Saunders International Editions.

C. Kittel, "Introduction to Solid State Physics", Wiley. [Bemerkung: Ältere Ausgaben behandeln Grundlagen ausführlicher. Aktuelle Ausgaben geben einen  Überblick auch über moderne Entwicklungen in der Physik der kondensierten Materie.]

Ch. Weißmantel, C. Hamann, "Grundlagen der Festkörperphysik", Wiley-VCH.

H. Ibach, H. Lüth, "Festkörperphysik: Einführung in die Grundlagen", Springer. [Bemerkung: Experimentelle Methoden werden mit speziellen Abschnitten hervorgehoben und einzeln besprochen.]

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Das Erreichen der Lernergebnisse wird anhand einer schriftlichen Prüfung bewertet. Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen.

Wurden mindesten zwei Drittel der Übungsaufgaben als Hausaufgaben bearbeitet, wird auf die bestandene Modulprüfung Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt. Die Bearbeitung und Abgabe der Hausaufgaben ist in Zweiergruppen möglich.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zu Physik der kondensierten Materie 1
Mi, 15.2.2017, 11:00 bis 12:30 101
bis 15.1.2017 (Abmeldung bis 8.2.2017)
Fr, 21.4.2017, 10:30 bis 12:00 Physik I: 2502
bis 3.4.2017 (Abmeldung bis 14.4.2017)

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