Gliederung der Physik-Vorlesung für MT und BT

FB Grundlagenwissenschaften
Prof. Dr. rer. nat. habil. Erhard Döpel
Physik
Gliederung der Vorlesung für die Studiengänge Medizintechnik und Biotechnologie
1. Semster
1.
Einführung
1. physikalische Größen, Messen, Maßeinheiten
2. Meßfehler, Meßgenauigkeit
2.
2.1
Mechanik
Kinematik
1. Freiheitsgrade der Bewegung (Translation, Rotation, innere Freiheitsgrade)
2. Translation eines Massenpunktes (Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung) 1D
3D
3. schräger Wurf
4. Kreisbewegung
Dynamik der Translationsbewegung des Massenpunktes
1. Newtonsche Axiome, Bewegungsgleichung
2. Kräfte (homogenes Schwerefeld, Gravitationskraft, Federkraft, Reibungskräfte)
3. Impuls, Impulserhaltung
4. Arbeit, Energie, Leistung
5. Stoßgesetze
Bewegte Bezugsysteme
1. geradlinig, gleichförmig bewegte Bezugsysteme (Galilei- und Lorentz-Transformation)
2. geradlinig, beschleunigt bewegte Bezugsysteme
3. gleichförmig rotierende Bezugsysteme (Zentrifugalkraft, Corioliskraft)
Dynamik der Rotationsbewegung des starren Körpers
1. Massenträgheitsmoment, Steinerscher Satz, Rotationsenergie
2. Drehmoment
3. Drehimpuls und Bewegungsgleichung der Rotation
4. Drehimpuls-Erhaltung
5. Rotation um freie Achsen - Kreisel
Deformierbare Festkörper
1. Dehnung und Kompression
2. Scherung
3. Spannungs-Dehnungs-Diagramm
Mechanik der Flüssigkeiten und Gase
1. Druck, Auftrieb
2. Oberflächenspannung
3. Strömungsmechanik (ideale Flüssigkeit, Kontinuitätsgleichung, Bernoulli-Gleichung)
4. Strömung zäher Medien - innere Reibung (Zähigkeit, Hagen-Poiseuille, Stokes, Reynolds-Zahl)
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
3.
Thermodynamik (entfällt)
2. Semester
4.
4.1
Elektrizität und Magnetismus
Elektrisches Feld - Elektrostatik
1. Coulombsches Gesetz
2. Elektrische Feldstärke und elektrisches Potential
(Überlagerung von Punktladungen, Vollkugel, Spitzeneffekt, Plattenkondensator, elektrischer Dipol)
3. Leiter im elektrischen Feld, Influenz
4. Kapazität
5. Dielektrika im elektrischen Feld, Dielektrische Verschiebungsdichte
1
4.2
Magnetfeld
1. magnetische Feldstärke, magnetische Flussdichte
2. Lorentzkraft, Hall-Effekt
3. magnetische Induktion (magn. Fluß, Induktionsgesetz, Induktivität, magnetische Feldenergie)
3. Semester
5.
5.1
5.2
5.3
5.4
6.
6.1
6.2
7.
7.1
7.2
7.3
7.4
Schwingungen und Wellen
Schwingungen
1. Bewegungsgleichung für ungedämpfte harmonische Schwingung
(Federschwinger, Torsionspendel, mathematisches Pendel, elektrischer Schwingkreis, Energiebilanz)
2. freie gedämpfte harmonische Schwingung (3 Fälle, elektrischer Schwingkreis)
3. erzwungene Schwingung (Resonanz)
Überlagerung von Schwingungen
1D : Schwebungen, Modulation, 2D-Schwingungen, Lissajous-Figuren
Gekoppelte Schwingung
Schwebung, Energieaustausch
Wellen
1. Wellengleichung (Seilwelle, Schallwelle, elektromagnetische Welle)
2. harmonische Wellen
3. Energietransport, Intensität
4. Reflexion, Brechung
5. Überlagerung von Wellen, Interferenz
stehende Wellen, Schwingungsmoden, Interferenz laufender Wellen gleicher Frequenz,
Wellengruppe, Gruppengeschwindigkeit
6. Beugung (Huygens-Fresnelsches Prinzip, Spalt, Gitter)
7. Doppler-Effekt
Optik
Geometrische Optik
1. Reflexion und Brechung an ebenen Oberflächen
2. Reflexion und Brechung an gekrümmten Flächen
3. Gauß´sche Kollineation, ideale optische Abbildung
4. Geometrisch-optische Aberrationen
5. Optische Instrumente (Strahlengang)
Wellenoptik
1. Beugung und Auflösungsgrenze der optischen Abbildung
2. Interferenz, Kohärenz (Michelson-Interferometer und zeitliche Kohärenz, Doppelspalt und
räumliche Kohärenz, Mehrstrahlinterferenz - Gitter, Entspiegelung)
3. Spektralapparate
4. Holografie
5. Laserbündel
Quantenphysik (wenn Zeit bleibt)
Grundlagen
1. Dualismus von Welle und Korpuskel (Elektronenmikroskop)
2. Wellenmechanik (Schrödinger-Gleichung, Tunneleffekt)
wellenmechanisches Atommodell
Teilchen im Kastenpotential, harmonischer Oszillator, H-Atom, Orbitale
Spektren
Einelektronensysteme, Bahn- und Spinmagnetismus - Kernresonanzspektroskopie, Moleküle
Laser
2