Experimentalphysik für Maschinenwesen
Experimental Physics for Engineering

Modul PH9024

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.

Modulversion vom WS 2012/3

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
WS 2017/8WS 2015/6WS 2012/3

Basisdaten

PH9024 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.

  • Exportmodule für Studierende anderer Fachrichtungen

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)
120 h 60 h 4 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH9024 in der Version von WS 2012/3 war Martin Stutzmann.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

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

Lernergebnisse

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.

Voraussetzungen

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

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 3 Experimentalphysik für Maschinenwesen Oberauer, L. Do, 16:00–18:00, MW 2001
Fr, 10:00–11:00, MW 2001
UE 2 Übung zu Experimentalphysik für Maschinenwesen Allegretti, F.
Leitung/Koordination: Oberauer, L.
Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

keine Angabe

Medienformen

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

Literatur

  • 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)

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer schriftlichen Prüfung in Form des Multiple-Choice-Verfahrens wird der Lernerfolg anhand von Verständnisfragen und Rechenbeispielen überprüft.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester 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 Experimentalphysik für Maschinenwesen
Mo, 12.2.2018, 13:30 bis 15:00 CH: 21010
MW: 2001
MW: 0001
MW: 0350
MW: 1550
MW: 1350
PH: 2501
bis 15.1.2018 (Abmeldung bis 5.2.2018)

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.