Physik 2 für Geodäten
Physics 2 for Geodesists

Die Vorlesung Physik für Geodäten 2 ist der zweite Teil einer zweiteiligen Experimentalvorlesung, in der die Grundlagen der Physik für Studenten des Studiengangs Geodäsie und Geoinformation dargestellt werden.

Teil 2 der Vorlesung behandelt die Elektrizitätslehre, Optik, sowie Grundzüge der Atom- und Quantenphysik.

Im Detail befasst sich die Vorlesung mit:

1. Elektrizitätslehre

Elektrostatik:

- Ladungen, Coulombsches Gesetz, elektrisches Feld, Gaußsches Gesetz

- elektrisches Potential, Arbeit, Spannung, Poisson-Gleichung

- Felder spezieller Ladungverteilungen: Monopol, Punkt-, Linien-, Flächenladung, Dipole

- Dipole in externen Felder, Kondensatoren, Kapazität, Ladeenergie

- Materie im elektrischen Feld, Polarisation, Dielektrika, Permittivität und Suszeptibilität, Elektrostatik im Medium

Elektrischer Strom:

- Definition, Strom, Stromdichte, Kontinuitätsgleichung

- elektrischer Widerstand und Ohmsches Gesetz

- elektrische Arbeit und Leistung

- Schaltkreise: Kondensatorschaltung, Kirchhoffsche Regeln

Magnetostatik:

- Permanentmagnete und magnetische Felder von Strömen

- Magnetfeldstärke und magnetische Erregung

- Quellfreiheit des magnetischen Feldes und Amperesches Gesetz, Gesetz von Biot Savart

- Felder in Leiterschleifen und Spulen

- Lorentzkraft, magnetischer Dipol im Feld

- Magnetfelder in Materie: Diamagnetismus, Paramagnetismus, Ferromagnetismus

Zeitlich veränderliche Felder:

- Induktion und Induktionsgesetz, Lenzsche Regel, Transformator

- Verschiebungsstrom, Maxwellgleichungen (Zusammenfassung)

- Elektromagnetische Schwingungen, Schwingkreis, Hertzscher Dipol, elektromagnetische Wellen

2. Optik:

- Licht und Lichtgeschwindigkeit, Huygenssches Prinzip, Fermatsches Prinzip

Geometrische Optik:

- Reflexion und Brechung, Totalreflexion, Reflexion und Brechung an sphärischen Oberflächen (Kugelspiegel, Linse)

- Linsen, Linsenschleiferformel, Gaußsche Linsenformel, Abbildung mit Linsen

- Linsenkombinationen und Optische Geräte: Das Auge, Lupe, Fernrohr, Mikroskop

Wellenoptik:

- Dispersion, Polarisation, Brewster-Winkel, Doppelbrechung

- Interferenz an dünnen Schichten, Interferometer, Interferenz am Doppelspalt

- Beugung, Beugung am Spalt, Auflösung und Rayleigh-Kriterium

3. Moderne Physik:

- Atom- und Quantenphysik: Welle-Teilchen-Dualismus, Photoeffekt, Compton-Streuung, Materiewellen

- Unschärferelation, Schrödingergleichung, Tunneleffekt

- Atome und Atomspektren: Bohrsches Atommodell, Bahndrehimpuls, Spin, Aufbau des Periodensystems

- Laser

- Kristalle und Grundzüge der Festkörperphysik: Leiter, Isolatoren, Halbleiter, Diode, Diodenlaser

- Kern- und Teilchenphysik: Bindungsenergie, Bethe-Weizsäcker-Formel, Radioaktivität, Kernspaltung, Standardmodell

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul haben die Studierenden einen guten Überblick über die Grundlagen der Elektrizitätslehre und Optik und sind in der Lage, einfache Aufgabenstellungen aus diesen Bereichen zu analysieren, die erlernten physikalischen Problemlösungsstrategien anzuwenden und das Problem schlussendlich selbstständig zu lösen.

Die Studenten haben ferner einen Einblick in die Grundzüge der modernen Physik erlangt.

Experimentalphysik 1 für Geodäsie
Mathematik (Geometrie, Algebra, Differential- und Integralrechnung)

In der Vorlesung „Physik 2 für Geodäten“ werden die Inhalte im Vortrag sowie durch anschauliche Beispiele und begleitende Demonstrationsexperimente sowie durch Diskussion mit den Studierenden vermittelt. Dabei werden die Studierenden auch zur eigenständigen inhaltlichen Auseinandersetzung mit den behandelten Themen sowie zum Studium der zugehörigen Literatur motiviert.

In den Übungen lernen die Studierenden in Kleingruppen nicht nur den Lösungsweg nachzuvollziehen, sondern Aufgaben auch selbstständig zu lösen. Hierzu werden Aufgabenblätter angeboten, welche die Studierenden zur selbstständigen Kontrolle sowie zur Vertiefung der gelernten Methoden und Konzepte vor dem Besuch der Übung bearbeiten sollen. In der Übung werden Musterlösungen von Studierenden oder dem/der Dozent/in präsentiert und gegebenenfalls werden auch alternative Lösungswege diskutiert. Die Übung bietet auch die Gelegenheit zur Diskussion und weitergehende Erläuterungen zum Vorlesungsstoff und bereitet konkret auf die Prüfungen vor. Zusätzlich können die Studierenden, wenn sie in der Übung im Laufe des Semesters die Lösung von mindestens zwei Aufgaben präsentiert haben und an maximal zwei Terminen gefehlt haben, einen Notenbonus von 0.3 auf die Modulnote bekommen.

Die verschiedenen Lernformate sind eng verzahnt und die Dozenten befinden sich im ständigen Austausch.

Die in der Vorlesung verwendeten Medien setzen sich aus Powerpoint Präsentationen, Videos und Tafelanschrieben zusammen. Für die Übungen gibt es Aufgabenblätter. Begleitend wird ein e-Learning Kurs auf Moodle angeboten, in dem die Vorlesungsfolien sowie die Übungsblätter als pdf zum Download angeboten werden. Nachdem die Aufgaben in den Übungen diskutiert wurden, stehen auch Musterlösungen zum Download bereit.

• Wolfgang Demtröder Experimentalphysik 2: Elektrizität und Optik, 6. Auflage,Springer-Verlag (2012)
• Paul Dobrinski, Gunter Krakau, Anselm Vogel: Physik für Ingenieure, 12. Auflage,Teubner (2009)
• Ekbert Hering, Rolf Martin, Martin Stohrer: Physik für Ingenieure, 11. Auflage, Springer-Verlag (2012)
• Paul A. Tipler, Gene Mosca:Physik für Wissenschaftler und Ingenieure, 6. Auflage, Springer-Verlag (2009)
• Stephan W. Koch (Herausgeber), David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker: Physik, 2. Auflage, Wiley-VCH (2009)

In einer schriftlichen Prüfung wird der Lernerfolg anhand von Verständnisfragen und Rechenbeispielen überprüft.