Experimental Physics for Engineering

Module PH9024

This module handbook serves to describe contents, learning outcome, methods and examination type as well as linking to current dates for courses and module examination in the respective sections.

Module version of WS 2012/3

There are historic module descriptions of this module. A module description is valid until replaced by a newer one.

available module versions
WS 2015/6WS 2012/3

Basic Information

PH9024 is a semester module in German language at Bachelor’s level which is offered in winter semester.

This Module is included in the following catalogues within the study programs in physics.

  • Service Modules for Students of other Disciplines

If not stated otherwise for export to a non-physics program the student workload is given in the following table.

Total workloadContact hoursCredits (ECTS)
120 h 60 h 4 CP

Responsible coordinator of the module PH9024 in the version of WS 2012/3 was Martin Stutzmann.

Content, Learning Outcome and Preconditions

Content

Einführung

  • Physikalische Größen
  • Physikalische Basiseinheiten (SI)
  • Vektoren
  • Koordinatensysteme
  • Messgenauigkeit und Messfehler

Mechanik

  • Charakteristische Größen einfacher Bewegungen:
  • Ort, Zeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kräfte
  • Newtons Axiome
  • Vektoren – Kinematik – Dynamik
  • Gleichmäßige Beschleunigung
  • Gleichförmige Rotationsbewegung
  • Harmonische Schwingung
  • Federkraft (Hookesches Gesetz)
  • Gravitationskraft
  • Trägheitskräfte
  • Überlagerung von Kräften
  • Arbeit
  • Energie
  • Impuls
  • Kraftfelder
  • Potentielle Energie
  • Stoßgesetze

Hydrostatik und Hydrodynamik

  • Druck
  • Hydrostatisches Paradoxon
  • Auftrieb
  • Kompressibilität von Flüssigkeiten
  • Oberflächenspannung und Grenzflächen
  • Strömende Flüssigkeiten
  • Ideale und reale Ströme
  • Kontinuitätsgleichung, Bernoulli-Gleichung
  • Laminare Strömung
  • Viskosität und Reibung
  • Hagen-Poiseuille-Gesetz
  • Strömungswiderstand
  • Reynolds-Zahl
  • Wirbel
  • Widerstandbeiwert

Schwingungen und Wellen

  • Harmonische Schwingungen
  • Überlagerung von Schwingungen
  • Harmonische Schwingung mit Reibung
  • Gedämpfte Schwingung
  • Aperiodischer Grenzfall und Kriechfall
  • Erzwungene Schwingungen
  • Resonanzen ohne und mit Dämpfung
  • Fourier-Analyse
  • Wellen
  • Wellengleichung
  • Dopplereffekt
  • Kopfwelle und Machzahl
  • Stehende Wellen
  • Huygens-Fresnel-Prinzip
  • Akustik und Schallwellen
  • Schalldruck

Elektrostatik

  • Elektrische Ladungen
  • Coulomb-Kraft
  • Elektrische Feldstärke
  • Elektrischer Fluss
  • Gaußscher Satz
  • Elektrische Multipolfelder
  • Potential und Spannung
  • Poisson- und Laplace-Gleichungen
  • Kapazität
  • Dielektrikum
  • Influenzladung

Elektrodynamik

  • Gleichströme
  • Ohmsches Gesetz
  • Magnetfelder
  • Lorentz-Kraft und Halleffekt
  • Induktion
  • Lenzsche Regel
  • Wechselströme
  • Maxwell-Gleichungen
  • Magnetismus und magnetische Materialien
  • Dia-, Para- und Ferromagnetismus
  • Hysteresis
  • Schwingkreise
  • Verschiebungsstrom
  • Elektromagnetische Wellen
  • Dipolstrahlung und lineare Antenne
  • Trägerwellen und Funkübertragung
  • Amplituden- und Frequenzmodulation

Optik

  • Geometrische Optik
  • Huygens-Fresnel-Prinzip
  • Brechung und Totalreflexion
  • Brechungsindex
  • Spiegel
  • Brechung an Kugelflächen
  • Linsen und Prismen
  • Bildkonstruktion
  • Dispersion
  • Linsenfehler
  • Optische Instrumente
  • Wellenoptik
  • Interferenz des Lichtes
  • Kohärenz
  • Parallelplatten
  • Spalt, Doppelspalt und Gitter
  • Michelson Interferometer
  • Gitterauflösung
  • Polarisation
  • Elektronenbeugung
  • Röntgenbeugung
  • Photozelle
  • Photonenabsorption und Emission
  • Franck-Hertz Versuch

Thermodynamik

  • Temperatur, Druck, Volumen
  • Avogadro-Gesetz
  •  Wärmedefinition
  • Ideales Gas
  • Gesetz von Boyle-Mariotte
  • Gesetz von Gay Lussac
  • Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung idealer Gase
  • Freiheitsgrade
  • Spezifische Wärme
  • Brownsche Molekularbewegung
  • Zustandsänderungen
  • 1. Hauptsatz der Thermodynamik
  • Isotherme Zustandsänderung
  • Adiabatische Zustandsänderung
  • Isobare Zustandsänderung
  • Isochore Zustandsänderung
  • Wärmekraftmaschinen
  • Carnot-Prozess
  • Otto-Motor
  • Reversible und irreversible Prozesse
  • Entropie
  • 2. Hauptsatz der Wärmelehre
  • Wahrscheinlichkeit eines Zustandes
  • Wahrscheinlichkeitsdefinition der Entropie
  • Verteilungssatz von Boltzmann
  • Wärmeleitung
  • Wärmequellen und stationäre Temperaturverteilung
  • Aggregatzustände
  • Van der Waals Gleichung
  • Phasen und Phasenkoexistenz

Fundamentale Struktur der Materie

  • Absorption- und Emissionsspektroskopie
  • Wasserstoffspektrum
  • Bohr-Atommodell
  • Planck’sches Strahlungsgesetz
  • Materie-Welle- Dualismus
  • Quantisierung
  • Atomkern
  • Rutherford-Streuung
  • Nukleonen und Bindungsenergie des Atomkerns
  • Tröpfchenmodell
  • Kernpotential
  • Eigenzustände im Kernpotential
  • Radioaktive Zerfälle
  • Substruktur der Nukleonen
  • Elementare Bausteine: Leptonen, Quarks und Gluonen
  • Fundamentale Wechselwirkungen
  • Aufbau der Materie

Learning Outcome

Durch den Besuch der Vorlesung und die aktive Teilnahme an den Übungen werden die Studierenden einen breiten Überblick über die klassische Physik und einen ersten Einblick in die moderne Physik erhalten. Sie werden die Arbeitsweise von Physikern verstehen sowie die wesentlichen physikalischen Größen (Kräfte, Potentiale, Ströme, Entropie etc.)  und die wichtigsten physikalischen Gesetze und deren Bedeutung in Natur und Technik kennenlernen. Sie werden physikalische Prozesse sowohl qualitativ wie auch mathematisch-quantitativ beschreiben können. Dabei werden sie durch die Vorführung von Versuchen und Videos einen direkten Eindruck und ein anschauliches Bild von diesen Prozessen erhalten. Damit erarbeiten sie sich die wissenschaftlichen Grundlagen für viele Bereiche der modernen Ingenieurwissenschaften.

Preconditions

  • Grundlagen der Differential- und Integral-Rechnung
  • Grundlagen der Vektoralgebra
  • Komplexe Zahlen

Courses, Learning and Teaching Methods and Literature

Courses and Schedule

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VU 5 Experimentalphysik für Maschinenwesen Paul, S.
Mitwirkende: Friedrich, J.
Donnerstag, 16:00–18:00
Freitag, 10:00–11:00
sowie Termine in Gruppen

Learning and Teaching Methods

no info

Media

  • Vorlesung mit Tablet-Computer und Beamer
  • Videos und Folien
  • Life-Vorführung von Experimenten
  • PDF-Kopie der Vorlesung als Skript im Internet

Literature

  • Demtröder: Experimentalphysik 1-4, Springer (ca. 2000S, 4 Bände, Grundauststattung für Physik-Studenten)
  • Gerthsen: Physik, Springer, Hrsg. Dieter Meschede (ca. 1000S, 1 Band, mathematisch anspruchsvoller)
  • Tipler, Mosca:Physik für Wissenschaftler und Ingenieure (ca. 1000S, 1 Band, amerikanischer Klassiker, also available in Englisch)
  • Dobrinski, Krakau, Vogel: Physik für Ingenieure, Vieweg/Teubner (ca. 750S, weniger ausführlich)
  • Thomsen: Physik für Ingenieure für Dummies, Wiley (ca. 500S, die Notausstattung, gute Einführung in die Mathematik)
  • Halliday, Resnick, Walker: Fundamentals of Physics, Wiley (app. 1000p, less equations, a classical US textbook)

Module Exam

Description of exams and course work

In a written exam in the form of a multiple-choice test the learning success is checked using comprehension questions and calculation problems.

Exam Repetition

There is a possibility to take the exam in the following semester.

Current exam dates

Currently TUMonline lists the following exam dates. In addition to the general information above please refer to the current information given during the course.

Title
TimeLocationInfoRegistration
Prüfung zu Experimentalphysik für Maschinenwesen
Mo, 13.2.2017, 13:30 bis 15:00 MW: 0001
MW: 1801
Physik I: 2501
MW: 2001
00.02.001
MI: 00.02.001
bis 15.1.2017 (Abmeldung bis 6.2.2017)

Condensed Matter

When atoms interact things can get interesting. Fundamental research on the underlying properties of materials and nanostructures and exploration of the potential they provide for applications.

Nuclei, Particles, Astrophysics

A journey of discovery to understanding our world at the subatomic scale, from the nuclei inside atoms down to the most elementary building blocks of matter. Are you ready for the adventure?

Biophysics

Biological systems, from proteins to living cells and organisms, obey physical principles. Our research groups in biophysics shape one of Germany's largest scientific clusters in this area.