Vertiefung Experimentalphysik 1 (LB-Technik)
Experimental Physics 1 Major (LB-Technik)

Modul PH9103

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 2015/6 (aktuell)

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

verfügbare Modulversionen
WS 2015/6WS 2010/1

Basisdaten

PH9103 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.

  • Module der Physik für Lehramtsstudierende

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)
180 h 60 h 6 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH9103 ist Franz Pfeiffer.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Elektrizität und Magnetismus:

  • Grundgrößen der Elektrizität; Analogie Coulombkraft / Gravitationskraft; Potenziale; Energiedichte des elektrischen Feldes; Kapazität; Berechnung von Kondensatoren; Elektrisches Feld & Materie; Influenzphänomene;
  • Gleichstrom-Kreise; Netzwerke; Strom-/Spannungsmessung; einfache Netzwerke mit Operationsverstärkern;
  • Wechselstrom und Wechselstrom-Kreise; Blindwiderstände; Wirkleistung und Blindleistung;
  • Elektrische Schwingkreise; Nichtharmonische Signale; Fourieranalyse; Rauschphänomene;
  • Ladungsträgerdichte und Beweglichkeit.
  • Magnetfelder: Kraft auf bewegte Ladungen; Zyklotron; Massenspektrometer; Nordlicht; Elektronenoptik (Elektronenmikroskop); Halleffekt; Kraft auf stromdurchflossene Leiter & Elektromotor; Magnetisches Moment;
  • Erzeugung von Magnetfeldern; Durchflutungsgesetz; Kraft zwischen stromdurchflossenen Leitern;
  • Beispiele: elektrische Kanonen; Verformung dünnwandiger Rohre durch Blitzstrom;
  • Induktion und Induktivität; Schaltvorgänge in Netzwerken mit Induktivitäten;
  • Magnetismus der Materie: Konzept mikroskopischer Kreisströme; Dia-, Para-, Ferromagnetismus; magnetische Ordnung;
  • Transformator;
  • Verschiebungsstrom und elektromagnetische Wellen; Energiedichte und Energieströmung elektromagnetischer Wellen; Polarisation;
  • Maxwellgleichungen; Wellenleiter; dazu eine kurze Wiederholung von Begriffen der Vektoranalysis.

 

Sehr schnelle Teilchen: Grundzüge der Relativitätstheorie

  • Michelson-Morley-Experiment und Einsteinsche Relativitätshypothesen; Definition Gleichzeitigkeit; Zeitdilatation und Längenkontraktion; Lorentztransformation; Impuls und Energie in der relativistischen Mechanik;

 

Struktur der Materie:

  • Quanteneffekte und "Frühe Quantentheorie";
  • Teilchennatur des Photons: Schwarzkörperstrahlung und Photoeffekt;
  • dazu: Boltzmann-Verteilung;
  • Impuls des Photons; Strahlungsdruck;
  • Elektronen und Photonen; Compton-Effekt;

 

Atome und Spektren:

  • Rutherford-Atommodell;
  • Wasserstoffatom und Bohrsches Atommodell;
  • Beugung von Röntgenstrahlen an Festkörpern;
  • Beugung von Elektronen: Materiewellen;
  • Quantenmechanik, entwickelt aus bekannten Welleneigenschaften;
  • Wellenfunktionen und Operatoren; Schrödingergleichung;
  • Axiome der Quantenmechanik;
  • Unschärferelation;
  • "Particle in a Box";
  • Tunneleffekt;
  • Atome; Orbitale & Spin; Periodensystem;
  • Mikroskopische magnetische Momente;
  • Anwendung: Elektronen- und Kernspinresonanz; Tomographie
  • Magnetische Kopplung

Lernergebnisse

Nach erfolgreicher Teilnahme an dem Modul ist der/die Studierende in der Lage:

  1. die grundlegenden Begriffe zur Elektrizität und zum Magnetismus zu verstehen und diese in Gleich- und Wechselstromkreisen anzuwenden
  2. die Phänome der Kraftwirkung auf bewegte Ladungen im Magnetfeld zu kennen
  3. die Eigenschaften elektromagnetischer Wellen zu beschreiben
  4. die Grundzüge der Relativitätstheorie zu kennen
  5. die Bedeutung der Quantentheorie für den Aufbau der Materie zu beurteilen
  6. quantenmechanische Effekte und Darstellungsformen zu beschreiben.

Voraussetzungen

PH9101 Grundlagen der Experimentalphysik I

PH9102 Grundlagen der Experimentalphysik II

PH9110 Mathematische Methoden der Physik 1

PH9111 Mathematische Methoden der Physik 2

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VU 4 Vertiefung Experimentalphysik 1 (LB-Technik) Herzen, J. Freitag, 10:00–12:00
sowie Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

Vortrag, Präsentation, Filme, begleitende Vorführung von Experimenten

Medienformen

Tafelanschrieb bzw. Präsentation

Literatur

  • Halliday, Resnick, Parker: Halliday Physik, Bachelor Edition, Wiley-VCH (Taschenbuch Weinheim 2007; geb. Ausgabe 2009)
  • Meschede:Gerthsen Physik, Springer (Berlin 2006)
  • Giancoli: Physik, Pearson Education (München 2009)
  • Tipler, Mosca et al.: Physik, Spektrum Akademischer Verlag (Heidelberg 2009)
  • Demtröder: Experimentalphysik (2 - 4), Springer (Berlin 2008 - 2010)
  • Hering, Martin, Stohrer: Physik für Ingenieure, Springer (Berlin 2008)
  • Kopitzki, Herzog: Einführung in die Festkörperphysik, Vieweg & Teubner (Wiesbaden 2007)
  • Hunklinger: Festkörperphysik, Oldenburg (München 2009)
  • Kittel: Einführung in die Festkörperphysik, Oldenburg (München 2005)
  • Dobrinski, Krakau, Vogel: Physik für Ingenieure, Vieweg & Teubner (Wiesbaden 2009)
  • Müller: Grundlagen der Halbleiter-Elektronik, Springer (Berlin 2008)

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Das Erreichen der angestrebten Lernergebnisse muss in einer schriftlichen Klausur oder mündlichen Prüfung nachgewiesen werden.

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
Vertiefung Experimentalphysik 1 (LB-Technik)
Mo, 6.2.2017 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin vor 1.4.2017. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date before 2017-04-01. bis 15.1.2017 (Abmeldung bis 5.2.2017)
Mo, 3.4.2017 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin zwischen 3.4.2017 und 29.4.2017. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date between 2017-04-03 and 2017-04-29. bis 2.4.2017

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.