Vorlesung Physik II Optik, Atome und Kerne

Vorlesung Physik II
Optik, Atome und Kerne
1
Einführung
2
Physik elektromagnetischer Wellen
2.1 Strahlungsgesetze
Treibhauseffekt
2.2 Optik
2.2.1 Geometrische Optik
2.2.1.1 Brechungsgesetz
2.2.1.2 Optische Fasern
2.2.1.3 Abbildungsgesetze
2.2.1.4 Die Lupe
Auge
2.2.1.5 Achromate
2.2.1.6 Fotoobjektive
2.2.2 Wellenoptik
2.2.2.1 Wellen
2.2.2.2 Interferenz
2.2.2.3 Das Huygens’sche Prinzip
2.2.2.4 Beugung am Spalt
2.2.2.5 Beugung am Doppelspalt
Teilchen-Welle-Dualismus
2.2.2.6 Beugung an einer kreisrunden Öffnung
2.2.2.7 Das Mikroskop
2.2.3 Streuung
2.2.4 Auslegung von Optiken
3
Quantenmechanik
3.1 Die Quantelung der Energie
3.1.1 Planck'sches Strahlungsgesetz
3.1.2 Photoelektrischer Effekt
3.2 Das Rutherford-Bohr’sche Atommodell
3.3 Teilchen-Welle-Dualismus
3.3.1 Compton-Effekt
3.3.2 Das große Paradoxon
3.3.3 De-Broglie-Wellenlänge
3.4 Heisenberg’sche Unschärferelation und Schrödingergleichung
3.5 Potenzialtopf
3.6 Quantenzahlen
3.6.1 Hauptquantenzahl
3.6.2 Drehimpulsquantenzahl
3.6.3 Magnetische Quantenzahl
3.6.4 Spinquantenzahl
3.6.5 Aufbau der Elektronenhülle
3.7 Spektroskopie der Elektronenhülle
Instrum. Analytik
3.7.1 Auswahlregeln
3.7.2 Spin-Bahnkoppelung
3.7.3 Zeeman-Effekt
3.8 Moleküle
3.8.1 Kovalente Bindung
3.8.2 Molekülschwingungen
3.8.3 IR-Vibrationsspektren
3.8.4 Franck-Condon-Prinzip
3.8.5 Spontane Reemission
3.8.6 Induzierte Emission, Laser
4
Kernphysik
4.1 Wechselwirkungen
Instrum. Analytik
4.2 Systematik der Elementarteilchen
4.3 Kernmodelle
4.4 Kernreaktionen
4.4.1 Stabilitätskurve
4.4.2 ß-Zerfall
4.4.3 K-Einfang
4.4.4 α-Zerfall
4.4.5 Zerfallsgesetze
4.4.6 γ-Zerfall
4.4.7 Induzierte Kernreaktionen
4.4.7.1 Durch Kernwaffen induzierte Kernreaktionen
4.4.7.2 Kernfusion
4.4.8 Kernspaltungsreaktoren
4.4.9 Kerntechnische Unfälle
4.4.9.1 Beurteilung
4.4.9.2 Tschernobyl
4.4.9.3 Fukushima
4.5 Wechselwirkung ionisierender Strahlung
4.5.1 Wechselwirkung mit Materie
4.5.1.1 Schwere geladene Teilchen
4.5.1.2 Elektronen
4.5.1.3 Neutronen
4.5.1.4 Photonen
4.5.2 Strahlenschutz
4.5.2.1 Technische Messgrößen
4.5.2.2 Biologische Bewertung
4.5.2.3 Grenzwerte
4.6 Strahlenbelastung des Menschen
4.6.1 Natürliche Strahlenbelastung
4.6.2 Medizinisch verursachte Strahlenbelastung
4.6.3 Technisch verursachte Strahlenbelastung
4.6.4 Gesamtstrahlenbelastung
4.7 Strahlenwirkung
4.7.1 Das akute Strahlensyndrom
4.7.2 Hiroshima und Nagasaki
4.7.3 Stochastische und deterministische Strahlenschäden
4.7.4 Beobachtete langfristige Strahlenschäden
Vorlesung Bio- und Medizinphysik im 3. Semester
Inhalt der Vorlesung
Bio- und Medizinphysik
Stand: 26. September 2016
Die Vorlesung schließt direkt an die Vorlesung Physik II(Optik, Atome und Kerne) an. Die
Inhaltsverzeichnisse sind verzahnt.
5
Biophysik
5.1 Thermodynamik
5.1.1 Hauptsätze, Definitionen
5.1.2 Folgerungen für die Evolution
5.2 Kinetik
5.2.1 Grundzüge der chemischen Kinetik
5.2.2 Populationsdynamik
5.2.3 Enzymkinetik
5.2.3.1 Geschlossene biologische Systeme
5.2.3.2 Kinetik der Biomasseproduktion
5.2.3.3 Enzymhemmung
5.2.3.3.1
Kompetitive Hemmung
5.2.3.3.2
Allosterische Hemmung
5.2.3.3.3
Biologische Regelkreise
5.2.3.4 Pharmakokinetik
5.3 Membranen
5.3.1 Aufbau biologischer Membranen
5.3.1.1 Membranbausteine
5.3.1.2 Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften der
Plasmamembran
5.3.2 Transporterscheinungen
5.3.2.1 Grundlagen
5.3.2.1.1
Osmose
5.3.2.1.2
Diffusion
5.3.2.1.3
Ionendiffusion
5.3.2.2 Permeabilitätskoeffizient
5.3.2.3 Transport lipidlöslicher Substanzen
5.3.2.3.1
Diffusiver Transport
5.3.2.3.2
Flusskoppelung
5.3.2.3.3
Staverman-Gleichungen
5.3.2.4 Carriertransport
5.3.2.5 Transport durch Kanäle
5.3.2.6 Aktiver Transport
5.3.2.6.1
Definition des aktiven Transportes
5.3.2.6.2
Energiebilanz
5.3.2.6.3
Beispiele
5.3.2.6.3.1
Glucoseakkumulation im Dünndarm
5.3.2.6.3.2
Natrium/Kalium-Pumpe
5.3.2.6.3.3
Kalziumpumpe
5.3.2.6.3.4
Medizinische Anwendungen
5.3.2.6.3.5
Chemiosmotische Theorie der ATP-Synthese
5.3.3 Reizleitung
5.3.3.1 Membranruhespannung
5.3.3.2 Dynamik der Reizleitung
5.3.3.3 Neuronale Steuerung des Muskels
5.3.3.4 Muskelkontraktion
5.3.3.5 Stromunfälle
5.3.3.6 Neuronen
5.4 Photosynthese
5.4.1 Biologischer Prozess
5.4.2 Technische Umsetzung
5.4.2.1 Klassische Solarzellen
5.4.2.2 Die Grätzelzelle
5.4.2.3 Die artifizielle Photosynthese
5.4.3 Bildung von CO2-Kreisläufen
5.4.3.1 Technisches CO2-Recycling
5.4.3.2 Energiepflanzen
5.4.3.2.1
Kurzumtriebswirtschaft
5.4.3.2.2
C4-Pflanzen
5.4.3.3 Nutzung von Einzellern
6
Medizinphysik
6.1 Atmung
6.1.1 Atemmechanik
6.1.2 Sauerstoffaufnahme
6.1.3 Gasaustausch, CO2-Transport
6.2 Die Niere
6.2.1 Aufbau des Harnsystemes
6.2.2 Aufbau der Niere
6.2.3 Dialyse
6.3 Hormonregelkreise
6.3.1 Osmolarität
6.3.2 Na+/K+-Konzentration
6.3.3 Blutglucose
6.3.4 Ovulationszyklus/Lactation
6.3.5 Schilddrüse
6.4 Die Leber
6.5 Das Herz
6.6 Hör- und Gleichgewichtsorgan
6.6.1 Hörvermögen
6.6.2 Aufbau und Funktion des Gehörs
6.6.3 Das Gleichgewichtsorgan
6.7 Das Auge
6.7.1 Der dioptrische Apparat
6.7.2 Fehlsichtigkeit
6.7.2.1 Myopie
6.7.2.2 Hyperopie
6.7.2.3 Astigmatismus
6.7.3 Augenerkrankungen
6.7.3.1 Der Katarakt
6.7.3.2 Das Glaukom
6.7.4 Farbsehen
6.7.4.1 Die Netzhaut
6.7.4.2 Photorezeptoren
6.7.4.3 Rot-Grün-Fehlsichtigkeit
6.8 Das Abwehrsystem
6.8.1 Aufbau des Abwehrsystems
6.8.1.1 Das unspezifische System
6.8.1.2 Das spezifische System
6.8.2 Hämatopoese
6.8.3 Das Lymphsystem
6.8.3.1 Aufbau, Lymphbahnen
6.8.3.2 Lymphknoten
6.8.3.3 Lymphorgane
6.8.3.4 Metastasenbildung über das Lymphsystem
7
Onkologische Diagnostik und Therapie
7.1 Röntgenaufnahmen
7.2 Computer-Tomographie
7.3 Magnetresonanz-Tomographie
7.4 Positronen-Emissions-Tomographie
7.5 Schwerionen-Therapie
7.6 Das Zervix-Karzimom
7.7 Optische Kohärenz-Tomographie
7.8 Ultraschall
7.8.1 Grundlagen
7.8.2 Diagnostische Anwendungen
7.8.3 US-Therapie