Modulhandbuch Bachelor Physik
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theore Bachelor Mathematik Modulhandbuch Bachelor Physik Stand: 16.10.10 Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Klassische Mechanik und Wärmelehre ✘ Kürzel: EP1 Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP : Wahlpflichtmodul 1 1 Semester jedes Semester V4 Ü2 / 7 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschluss -prüfung: mündliche Prüfung (___ LP) Klausur (___ LP) Hausarbeit (___ LP) ✘ Klausur (7 LP) mündliche Prüfung ( LP) Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. K.-H. Kampert Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen, empfohlen werden die Rechenmethoden als begleitende Lehreinheit Lernziele/Kompetenzen: Beherrschung der physikalischen Grundbegriffe und des Prinzips der Abstrahierung und Idealisierung in der Physik. Erwerb elementarer Kenntnisse zu experimentellen Vorgehensweisen und der Bedeutung von Messfehlern. Die Studierenden beherrschen Grundlagen der klassischen Mechanik, Wärmelehre und Hydrodynamik und sind in der Lage, unter Anwendung der Newtonschen Axiome und unter Ausnutzung von Symmetrien und Erhaltungssätzen eigenständig auch abstrakte physikalische Zusammenhänge abzuleiten. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Experimentalphysik Titel LV: Klassische Mechanik und Wärmelehre SWS: V4 Ü2 Lehrinhalte: • • • • • • • • • • • • • • • Lehrende: Systematische, historische und alltagsweltliche Definitions- und Anwendungszusammenhänge physikalischer Grundbegriffe Abstraktion und Idealisierung in der Physik Bewegungsgleichungen, Newtonsche Axiome Experimentelle Grundlagen: Messungenauigkeiten, statistische Begriffe Keplersche Gesetze und Gravitationsgesetz, Bestimmung der Newtonsche Konstante Feldbegriff, Potential Galilei – Invarianz, Impuls – und Energieerhaltung, Streuphänomene Kreisförmige Bewegung, Drehimpuls, Drehmoment Bahnkurven im Gravitationspotential Corioliskraft, Foucaultpendel Starrer Körper, Symmetrischer, kräftefreier Kreisel Schwingungen, Resonanzphänomene Wärmelehre: ideale Gasgleichung, Hauptsätze, Kinetische Gastheorie Transportphänomene: Brownsche Bewegung, Diffusion Hydrodynamik: Bernoulli, Magnuseffekt, Hagen – Poisseuille Dozenten der Experimentalphysik Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Elektromagnetismus und Wellen ✘ Kürzel: EP2 Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 2 1 Semester jedes Semester V4 Ü2 / 7 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschluss -prüfung: ✘ mündliche Prüfung (___ LP) Klausur (7 LP) Hausarbeit (___ LP) Klausur (_ LP) ____ Min. mündliche Prüfung ( __ LP) ___ Min. Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. R. Koppmann Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen Lernziele/Kompetenzen: Die zweite Grundvorlesung Experimentalphysik behandelt im ersten Teil die Grundlagen der Elektrostatik und Elektrodynamik sowie die elektromagnetischen Wechselwirkungen bis zu elektromagnetischen Wellen in Experimenten und in elementarer theoretischer Betrachtung. Im zweiten Teil werden die Grundzüge der Wellenlehre und der Optik als Erweiterung der Elektrizitätslehre vermittelt. Die Studierenden sind in der Lage, unter Anwendung der Maxwellschen Gleichungen und unter Ausnutzung von Symmetrien und Erhaltungssätzen eigenständig physikalische Zusammenhänge der Elektrodynamik abzuleiten. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Experimentalphysik Titel LV: Elektrizität, Wellen und Optik SWS: V4 Ü2 Lehrinhalte: • • • • • • • • • • • • • • • • • Lehrende: Dozenten der Experimentalphysik Coulomb-Gesetz, Lorentzkraft Felder und Potentiale Elektrische und magnetische Flüsse Maxwell-Gleichungen Dielektrika und Polarisationseffekte Influenz, Ladungstrennung und Kapazität Thermospannung, Elektrolyte, Galvanische Elemente Zeitabhängige Felder, Induktion Magnetfelder und Vektorpotential Dia-, Para-, Ferromagnetismus Schwingungen mit 1 – N Freiheitsgraden Wellengleichungen und Dispersionsgleichungen Erzwungene Schwingungen, Dämpfung und Resonanz Wellenwiderstände Ausbreitung und Natur des Lichts: Wellen,Strahlen,Reflexion,Brechung,Fermatsches Prinz. Huygen’sches Prinzip, Dispersion, Polarisation Geometrische Optik: Spiegel, Linsen, Abbildungsfehler, optische Instrumente, Holographie Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Atom- und Quantenphysik ✘ Kürzel: EP3 Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 3/4 1 Semester jedes Wintersemester V4 Ü1 / 7 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschluss -prüfung: Integrierte Prüfung (7 LP) Klausur (__ LP) ____ Min. Klausur ( LP) mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Hausarbeit ( LP) Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. R. Frahm Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen, empfohlen ist die erfolgreiche Teilnahme an den Modulen EP1 und EP2 ✘ Lernziele/Kompetenzen: Grundverständnis der atomistischen Struktur von Materie, Elektrizität und elektromagnetischer Strahlung. Einführung in quantenmechanische Modelle und Beschreibungsweisen; Vermittlung historischer Bezüge und erkenntnistheoretischer Entwicklungen. Die Studierenden sind in der Lage grundlegende Phänomene der Atom- und Quantenphysik zu erkennen und zu beschreiben und unter Ausnutzung von Symmetrien und Erhaltungssätzen eigenständig einfache Probleme zu lösen. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Experimentalphysik Titel LV: Atom- und Quantenphysik SWS: V4 Ü1 Lehrinhalte: • Lehrende: Entwicklung der Atomvorstellung: Atomismus von Materie, Atom-Masse, -Größe; Elektron, Masse und Größe; einfache Atommodelle • Entwicklung der Quantenphysik: Teilchencharakter von Photonen (Holhraumstrahlung, Photoeffekt, Comptoneffekt) Wellencharakter von Teilchen (Materiewellen, Wellenfunktion, Unbestimmtheitsrelation) • Atommodelle (Linienstrahlung, Bohrsches Atommodell) Quanteninterferenz • Einführung in die Quantenmechanik: Schrödingergleichung Anwendungen Schrödingergleichung (freie Teilchen, Kastenpotential, Harmonischer Oszillator, Kugelsymmetrische Potentiale) • Wasserstoffatom: Schrödingergleichung für das Wasserstoffatom (Quantenzahlen) H Atom (normaler Zeeman-Effekt, Elektronenspin, Feinstruktur) Komplette Beschreibung H Atom (Hyperfeinstruktur, Relativistische Korrekturen) • Mehrelektronen Atome: Pauli-Prinzip; Helium-Atom; Periodensystem (Drehimpulskopplung) • Kopplung em-Strahlung Atome: Einstein-Koeffizienten, Matrixelemente, Auswahlregeln, Lebensdauern, Röntgenstrahlung, Laser • Moleküle: H2 Molekül; Chemische Bindung; Rotation und Schwingung; elektronische Übergänge; Hybridisierung • Moderne Messmethoden unter Verwendung von Quanteneffekten Dozenten der Experimentalphysik Bachelor Physik Modultitel: ✘ Kern- und Teilchenphysik Kürzel: EP4a Studiensemester: Pflichtmodul Dauer: Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 4/5 1 Semester jedes Sommersemester V4 Ü1 / 7 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschlussprüfung: ✘ Integrierte Prüfung (7 LP) Klausur ( LP) Hausarbeit ( LP) Klausur (___ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. P. Mättig Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen, empfohlen Modul EP3 - Einführung in die Atom- und Quantenphysik Lernziele/Kompetenzen: Vermittlung grundlegender Kenntnisse der Kern- und Teilchenphysik. Verständnis der Wechselwirkung von Strahlung und Teilchen mit Materie und daraus abgeleitet zum Funktionsprinzip von Teilchendetektoren. Relevanz der Kern- und Teilchenphysik in der Medizin-, Umwelt- und Materialforschung. Die Studierenden sind in der Lage grundlegende Phänomene der Kern- und Teilchenphysik zu erkennen und zu beschreiben und gewinnen einen Überblick über ihre Anwendungsgebiete. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Experimentalphysik Titel LV: Einführung in die Kern- und Teilchenphysik SWS: V4 Ü1 Lehrinhalte: Aufbau der Atomkerne, Fundamentale Eigenschaften stabiler Kerne, Kernkräfte, Kernzerfälle, Kernreaktionen, Wechselwirkung von Strahlung und Teilchen mit Materie, Detektoren, Teilchenbeschleuniger, Strahlenbelastung und Strahlenschutz, kernphysikalische Anwendungen. Symmetrien und Erhaltungssätze, Baryon- und Mesonresonanzen, Statisches Quark-Modell der Hadronen, Experimentelle Bestätigung des Quark-Modells, Quanten-Elektrodynamik und und das Prinzip der lokalen Eichinvarianz, Quanten-Chromodynamik und asymptotische Freiheit, elektroschwache Wechselwirkung, Higgsboson, Struktur der Fermionen (CKM und CP – Verletzung), kosmologische Aspekte Lehrende: Dozenten der experimentellen Teilchenphysik Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Physik der kondensierten Materie ✘ Kürzel: EP4b Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 4/5 1 Semester jedes Sommeremester V3 Ü1 / 7 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschlussprüfung: ✘ Integrierte Prüfung (7 LP) Klausur (__LP) Hausarbeit ( LP) Klausur (___ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. R. Frahm Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen, Modul EP3 - Einführung in die Atom- und Quantenphysik Lernziele/Kompetenzen Erwerbung grundlegender Kenntnisse der Festkörperphysik zum Verständnis von modernen Technologien, die auf den strukturellen, elektrischen, optischen und magnetischen Eigenschaften von Materialien basieren. Die Studierenden lernen die wichtigsten Verfahren der Strukturanalyse und die prinzipielle Funktionsweise von Halbleiterelektronik, Supraleitern, Spintronik und Kernspintomographie kennen. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Experimentalphysik Titel LV: Physik der kondensierten Materie SWS: V3 Ü1 Lehrinhalte: Kristallstrukturen: Kristalline und amorphe Strukturen, reziprokes Gitter, Brillouin-Zonen, Bindungstypen. Untersuchungsmethoden: Beugung von Elektronen, Neutronen, Röntgenstrahlung etc. Dynamik von Kristallgittern: Phononen, spezifische Wärme, optische Eigenschaften. Kristallelektronen: Fermi-Gas, elektrischer Widerstand, Streuung und Relaxation, spezifische Wärme der Elektronen, Leiter, Halbleiter, Isolatoren, Bändermodell. Magnetismus: Ferro-, Antiferro-, Dia- und Paramagnetismus, Austauschwechselwirkung, Elektronen- und Kernspinresonanz. Supraleitung (Grundlagen). Lehrende: Dozenten der experimentellen Kondensierten Materie Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Theoretische Mechanik ✘ Kürzel: TP1 Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 2-3 1 Semester jedes Wintersemester V4 Ü2 / 9 ✘ mit eingeschränkter Wiederholbarkeit ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit Modulabschlussprüfung: mündliche Prüfung (___ LP) Klausur (___ LP) Hausarbeit (___ LP) ✘ Klausur (9 LP) mündliche Prüfung (9 LP) Verantwortliche Hochschullehrer: Prof. Dr. A. Klümper Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen Voraussetzungen, empfohlen werden die Vorlesungen: Analysis 1, 2 und Lineare Algebra Lernziele/Kompetenzen: Beherrschung des Aufbaus der klassischen Mechanik und des Zusammenhanges zwischen den Formulierungen nach Newton, Langrange und Hamilton. Kenntnis von Existenz und Nutzen verschiedener Symmetrien und Invarianzen. Eigenständige Ableitungen der Lösungen klassischer Bewegungsgleichungen und das Verständnis ihrer Bedeutung für Physik und Astronomie. In den Präsenzübungen soll unter anderem die Fähigkeit entwickelt werden komplexe Zusammenhänge und Lösungsstrategien an der Tafel zu präsentieren. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Theoretische Physik Titel LV: Theoretische Mechanik SWS: V4 Ü2 Lehrinhalte: • • • • • Newtonsche Mechanik • Bewegungsgleichungen, Newtonsche Axiome • Gewöhnliche Differentialgleichungen (DGL) • Lösungsansätze für homogene lineare DGL, Schwingungen • Inhomogene lineare DGL, Resonanzphänomene, Greensche Funktion • Lösung beliebiger eindimensionaler Probleme mittels Energiesatz • Kepler-Problem, Bahnkurven im Gravitationspotential, Streuphänomene • Zwei-Körper-Probleme • Scheinkräfte, Flieh- und Corioliskraft, Foucaultpendel • Phasenraum und Phasenfluß, Wiederkehrtheorem Erhaltungssätze und starrer Körper • Feldbegriff, Potential, Rotation • Energie, Impuls, Drehimpuls/Erhaltungssätze für beliebige Teilchenzahl • Trägheitstensor, Satz von Steiner, Hauptachsentransformation • Kräftefreier symmetrischer Kreisel Spezielle Relativitätstheorie • Lorentz-Invarianz, -Transformation (Galilei – Invarianz) • Invarianz des Linienelementes • Vierervektoren, kontravariante und kovariante Vektoren, Geschwindigkeitsaddition • Energie-Masse-Äquivalenz Lagrangesche Mechanik • Euler-Lagrange-Gleichungen • Variationsprinzipien • Zwangsbedingungen und Zwangskräfte • Erhaltungssätze, Noether Theorem • Starrer Körper, Bewegungsgleichungen, • Euler-Winkel, Schwerer symmetrischer Kreisel • Relativistisch-kovariante Formulierung • Geladenes Teilchen im elektromagnetischen Feld Hamiltonsche Mechanik Bachelor Physik Modulhandbuch Legendre-Transformationen Hamiltonsche Gleichungen Wirkungsfunktional, Hamilton-Jacobi-Gleichung Kanonische Transformationen, Differentialformen, erzeugende Funktionen Mechanik der Kontinua • Lagrangedichten • Variationsgleichungen • Eulersche Beschreibung der Kontinua • Verzerrungs- und Spannungstensor • Elastische Medien, Wellengleichungen • Hydrodynamik, Navier-Stokes-Gleichung • Hagen-Poiseuille, Reynoldszahl Nichtlineare Systeme, Chaos • Liouville Theorem • Winkelwirkungsvariable • Invariante Tori • • • • • • Lehrende: Dozenten der Theoretischen Physik Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: ✘ Kürzel: TP2 Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 3-4 1 Semester jedes Sommersemester V4 Ü2 / 9 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschluss -prüfung: ✘ mündliche Prüfung (___ LP) Klausur (9 LP) Übungen (__ LP) Klausur (_ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortliche Hochschullehrer: Prof. Dr. R. Harlander Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen Voraussetzungen, Empfohlen werden die Vorlesungen: Analysis 1, 2 und Lineare Algebra, sowie die Theoretische Mechanik Lernziele/Kompetenzen: Physikalisches Verständnis der Maxwell-Gleichungen, sowie sicherer Umgang mit der dazu benötigten Mathematik. Spezialisierung auf die enthaltenen Grenzfälle (statische Felder, Vakuum) und Anwendung entsprechender Lösungsansätze. Motivation der Speziellen Relativitätstheorie, Herleitung der physikalischen Konsequenzen, Lösung scheinbarer Paradoxa, Umgang mit kovarianter Notation. Lagrangeformalismus für Felder. Eigenständige Ableitungen von Lösungen elektrodynamischer ProbIeme. In den Präsenzübungen soll unter anderem die Fähigkeit entwickelt werden komplexe Zusammenhänge und Lösungsstrategien an der Tafel zu präsentieren. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Theoretische Physik Titel LV: Elektrodynamik & Spezielle Relativitätstheorie SWS: V4 Ü2 Lehrinhalte: • • • • • Spezielle Relativitätstheorie • Lorentz-Invarianz, -Transformation (Galilei – Invarianz) • Vierervektoren, kontravariante und kovariante Vektoren • Geschwindigkeitsaddition, Energie-Masse-Äquivalenz • Doppler-Effekt und Lichtaberration Elektrostatik • Grundgleichungen der Elektrostatik • Vektoranalysis (Rotation, Divergenz, Gaußscher Satz) • Skalarpotential, Poissongleichung, Coulombgesetz • Randwertprobleme, Greensche Formeln, Greensche Funktionen • Spezielle Lösungen: Spiegelladungen • Kondensatoren, Influenzkoeffizienten • Laplacegleichung in Kugelkoordinaten • Multipolentwicklung von Ladungsdichten und Feldern • Elektrostatische Energie Magnetostatik • Grundgleichungen der Magnetostatik, Vektorpotentiale • Biot-Savart Gesetz • Magnetisches Moment • Magnetostatische Energie Maxwellgleichungen • Maxwellgleichungen, Lorentzkraft • Kontinuitätsgleichung • Invarianzen Zeitabhängige Felder • Faradaysches Induktionsgesetz, Stokesscher Satz • Induktivität, Induktionskoeffizienten • Homogene Maxwellgleichungen und ebene Wellen • Brechung von elektromagnetischen Wellen an Grenzflächen Bachelor Physik Modulhandbuch • • • Lehrende: Lösung der zeitabhängigen Maxwellgleichungen • Eichfelder, Eichfreiheit • Wellengleichungen, Greensche Funktion • Erzeugung elektromagnetischer Strahlung • Lienard-Wiechert Potentiale • Energie, Impuls und Drehimpuls des elektromagnetischen Feldes • Felder von gleichförmig bewegten und von beschleunigten Ladungen Relativistische Invarianz • Kontinuierliche Symmetrien,Translationsinvarianz, Lorentzgruppe • Spezielle Relativitätstheorie, Lorentztransformationen, 4-Vektoren • Kovarianz der Maxwellgleichungen, Feldstärketensoren Lagrangeformulierung, Symmetrien und Erhaltungssätze • Prinzip der geringsten Wirkung, Wirkungsfunktional, Lagrangedichte • Euler-Lagrange-Gleichungen • Symmetrien, Erhaltungsgrößen, Noether-Theorem • Kanonischer und symmetrischer Energie-Impuls-Tensor Dozenten der Theoretischen Physik Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Quantenmechanik ✘ Kürzel: TP3 Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 4-5 1 Semester jedes Wintersemester V4 Ü2 / 9 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschluss -prüfung: ✘ mündliche Prüfung (___ LP) Klausur (9 LP) Übungen (__ LP) Klausur (_ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortliche Hochschullehrer: Prof. Dr. Z. Fodor Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen Voraussetzungen, Empfohlen werden die Vorlesungen: Analysis 1, 2 und Lineare Algebra, TP1, TP2, Mathematische Methoden Lernziele/Kompetenzen: Die Lehreinheit ist wissenschaftsorientiert und soll eine breite Allgemeinbildung in der Quantenphysik vermitteln.Verständnis des konzeptionellen Gebäudes der Quantenmechanik und ihrer Prinzipien. Eigenständige Herleitung von quantenmechanischen Problemen. Kenntnis verschiedener Rechenmethoden analytischer und numerischer Art. Verständnis zwischen dem Zusammenhang der physikalischen und der mathematischen Seite der Quantenmechanik. Eigenständige Ableitungen von Lösungen quantenmechanischer ProbIeme. In den Präsenzübungen soll unter anderem die Fähigkeit entwickelt werden komplexe Zusammenhänge und Lösungsstrategien an der Tafel zu präsentieren. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Theoretische Physik Titel LV: Quantenmechanik SWS: V4 Ü2 Lehrinhalte: • • • • • Entwicklung der Quantenphysik • Historische Einführung • Welle/Teilchen Dualismus, Elektronen als Welle, Photonen als Teilchen • Wellenfunktionen und ihre Interpretation Wellenmechanik • Schrödinger-Gleichung • Quadratintegrable Funktionen, Hilberträume • Stationäre Zustände • Teilchen in einer Raumdimension, stückweise konstante Potentiale (gebundene Zustände, Tunneln) • Harmonischer Oszillator • Unschärferelation Allgemeiner Aufbau der Quantenmechanik und atomare Spektren • Operatoren, Hilbertraum • Spektraltheorie, Eigenfunktionsentwicklungen, Zeitentwicklungsoperator • Messprozeß • Symmetrien und ihre Anwendungen, Drehimpuls • Teilchen im Zentralfeld, H-Atom • Zeemann-Effekt, Elektronenspin, Drehimpulsaddition Näherungsverfahren • Streutheorie: Lippmann-Schwinger Gleichung, Born-Approximation • Störungstheorie, Fermis Goldene Regel • Spin-Bahn-Kopplung, L-S-Kopplung, jj-Kopplung, Feinstruktur, Hyperfeinstruktur • Variationsverfahren, Molekülbindung Identische Teilchen • Pauli-Prinzip, Hundsche Regeln, Systematik des Atomaufbaus im Periodensystem • Vielteilchenzustände, identische Teilchen, Fermionen/Bosonen, Bachelor Physik Modulhandbuch Austauscheffekte Vermischtes • Hohlleiter der Elektrodynamik: Zylindrische Geometrien als Eigenwertproblem Dozenten der Theoretischen Physik • Lehrende: Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Statistische Mechanik ✘ Kürzel: TP4 Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 5-6 1 Semester jedes Sommersemester V4 Ü2 / 9 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit ✘ mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschluss -prüfung: ✘ mündliche Prüfung (___ LP) Klausur (9 LP) Übungen (__ LP) Klausur (_ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortliche Hochschullehrer: Prof. Dr. R. Hentschke Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen Voraussetzungen Empfohlen werden die Vorlesungen: Analysis 1, 2 und Lineare Algebra, TP1, TP2, TP3, Mathematische Methoden Lernziele/Kompetenzen: Verständnis des konzeptionellen Gebäudes der Thermodynamik und ihrer mikroskopischen Fundierung in der statistischen Mechanik. Eigenständige Herleitung von Zustandsgleichungen und Phasendiagrammen von Teilchen- und magnetischen Systemen mit und ohne Wechselwirkungen. Kenntnis verschiedener Rechenmethoden analytischer und numerischer Art, insbesondere zur Behandlung von Phasenübergängen und Kritikalität. In den Präsenzübungen soll unter anderem die Fähigkeit entwickelt werden komplexe Zusammenhänge und Lösungsstrategien an der Tafel zu präsentieren. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Theoretische Physik Titel LV: Statistische Mechanik SWS: V4 Ü2 Lehrinhalte: • • • • Grundlagen der Statistischen Physik • Grundbegriffe der Dynamik und Statistik, Statistische Gesamtheiten, Das thermische Gleichgewicht • Mikrokanonische Gesamtheit, Die kanonische Gesamtheit, großkanonische Gesamtheit • Thermodynamische Potentiale, Die Entropie Thermodynamik des Gleichgewichts • Abriss der klassischen Thermodynamik, thermodynamische Größen, thermodynamische Relationen • Irreversible Prozesse, 2. Hauptsatz, Tieftemperaturverhalten: Nernstsches Theorem (3. Hauptsatz) • Phasengleichgewichte, mehrkomponentige Systeme, Lösungen Gleichgewichtseigenschaften makroskopischer Systeme • Die klassische Näherung, Die idealen Gase • Thermodynamik eines Gases aus mehratomigen Molekülen • Photonen-Gas als ideales Bose-Gas, Allgemeines ideales Bosegas • Ideales Fermionen-Gas bei tiefen Temperaturen • Verdünnte Systeme, Virialentwicklung • Magnetische Erscheinungen • Phasenübergänge und kritische Systeme • Van-der-Waals-Modell für Phasenübergänge • Ising-Modell in Molekularfeld-Näherung • Bogoliubovsches Variationsprinzip • Eindimensionale klassische Systeme und Transfermatrix-Zugang Feldtheoretische Methoden • Zweite Quantisierung, kohärente Zustände, Pfadintegrale • Ginzburg-Landau-Modell, Φ4 – Modell Bachelor Physik Modulhandbuch • Lehrende: • Elementares zur Renormierungsgruppe (RG) • Monte-Carlo-Verfahren Vermischtes • Chemische Reaktionen, Osmotischer Druck • Rotationsfreiheitsgrade von Molekülen identischer Atome • Globale Konvexität der thermodynamischen Potentiale Dozenten der Theoretischen Physik Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Physikalisches Praktikum für Anfänger ✘ Kürzel: AP Studiensemester: Pflichtmodul Dauer: Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 1+ 2 2 Semester jedes Semester P6 / 6 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschlussprüfung: ✘ Integrierte Prüfung (6 LP) Klausur (___ LP) Hausarbeit (___ LP) Klausur (___ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortlicher Hochschullehrer: AOR Dr. D. Lützenkirchen - Hecht Voraussetzungen für die Teilnahme: Teil a: Vorlesungen in Klassischer Mechanik und Wärme, Rechenmethoden, Teil b: zusätzlich Vorlesung Elektrizität, Wellen, Optik Begleitende Lehreinheiten: Individuelle Betreuung durch die Assistenten. Lernziele/Kompetenzen • Verständnis für die Prinzipien des physikalischen Experimentierens. • Kennenlernen verschiedener physikalischer Messmethoden und ihrer Grenzen. • Kritischer Umgang mit Messfehlern und Abschätzung ihres Einflusses auf das Ergebnis. • Deutung und Anpassung der Messergebnisse im Rahmen von theoretischen Erwartungen. • Erlernen des selbständigen experimentellen Arbeitens. Schwerpunkt dieses Moduls sind Experimente zur klassischen Physik. Es sollen die zum Verständnis weiterführender Veranstaltungen notwendigen Grundlagen vermittelt werden. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Praktika Titel LV: Physikalisches Praktikum für Anfänger (Teil a) SWS: P2 Lehrinhalte: Insgesamt werden 7 Versuche zu den Themenbereichen Mechanik, Wärmelehre und geometrischen Optik in Zweiergruppen durchgeführt. Im Einzelnen sind folgende Experimente Gegenstand des Praktikums: Physikalisches Pendel, Elastizitäts- und Torsionsmodul, gekoppelte Pendel, Eigenschwingungen auf einem Draht, spezifische Wärme und Schmelzwärme, Abbildung durch Linsen und Linsenfehler, optische Instrumente. Lehrende: Dozenten der Experimentalphysik Erwerb der LP in der Lehrveranstaltung, falls die LP nach Modulteilprüfungen differenziert werden: Protokoll (___ LP) Präsentation (___ LP) Übungen (___ LP) Klausur (__ LP) ✘ mündliche Prüfung ( ___LP) Protokolle Bachelor Physik Modulhandbuch Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Praktika Titel LV: Physikalisches Praktikum für Anfänger (Teil b) SWS: P4 Lehrinhalte: Insgesamt werden 12 Versuche zu den Themenbereichen Elektrizität und Magnetismus sowie Schwingungen und Wellen in Zweiergruppen durchgeführt. Im Einzelnen sind folgende Experimente Gegenstand des Praktikums: Elektrische Messinstrumente, Halleffekt, Elektronen in elektrischen und magnetischen Feldern, elektrische Schwingungen, RC-, RCL-Kreis und Phasenschieber, Messung der Elementarladung (Millikan'sche Öltröpfchenversuch), Bestimmung des Planck'schen Wirkungsquantum (Photoelektrischer Effekt), Inelastische Streuung von Elektronen an Atomen (Franck-Hertz-Versuch), Beugung und Interferenz, Polarisation von Licht, Mikrowellen, Ultraschall. Lehrende: Dozenten der Experimentalphysik Erwerb der LP in der Lehrveranstaltung, falls die LP nach Modulteilprüfungen differenziert werden: Protokoll (___ LP) mündliche Prüfung (___ LP) Übungen (___ LP) Klausur (__ LP) ✘ Kolloquium (__ LP) Protokolle Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: ✘ Kürzel: Elektronik ELP Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 3-4 1 Semester jedes Wintersemester V2 P5 / 8 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschlussprüfung: ✘ Integrierte Prüfung (8 LP) Klausur (___ LP) Hausarbeit (___ LP) Klausur (___ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. C. Zeitnitz Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen, empfohlen Grundlagenvorlesungen und Praktika der Experimentalphysik Lernziele/Kompetenzen • Verständnis der Funktion passiver und aktiver elektronischer Bauteile • Fähigkeit einfache passive Netzwerke und aktive Schaltungen (Transistor bzw. Operationsverstärker) zu verstehen und eigenständig eine Gleich- und Wechselspannungsanalyse durchzuführen • Grundlagen der digitalen Elektronik und Mikroprozessortechnik werden erworben. Hierbei werden speziell die Konzepte der Messtechnik (Analog-Digital und Digital-Analog Wandlung, Signalfilterung und Sensortechnik) vertieft. • Die Grundlagenkenntnisse aus der Elektronikvorlesung werden durch praktische Anwendung vertieft. Speziell der Umgang mit Geräten der Messtechnik (Oszillograph, Signalgenerator und Frequenzzähler), die Anwendung von Filtern, Regelschaltungen und Messverstärkern wird erlernt. Weiterhin werden Kenntnisse in der Messdatenerfassung mit dem Computer erworben. • Eigenständige Aufbau einfacher analoger und digitaler Schaltungen Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Vorlesung Titel LV: Elektronik SWS: V2 • Lehrinhalte: analoge Elektronik: Bändermodell, pn-Übergang, Diode, Transistor, Kleinsignalparameter Verstärker, Differenzverstärker, Operationsverstärker, Anwendungen, Schaltverhalten, FET, digitale Elektronik: Schaltalgebra, Gatterschaltungen, Schaltkreisfamilien, Schaltnetze, Schaltwerke, Schaltungsentwurf, Speicherelemente, Anwendungen, programmierbare Logik, Analog-digital-Wandlung Prof. Dr. C. Zeitnitz, Prof. Dr. H. Bomsdorf Lehrende: Erwerb der LP in der Lehrveranstaltung, falls die LP nach Modulteilprüfungen differenziert werden: Protokoll (___ LP) Präsentation (___ LP) Übungen (___ LP) Klausur ( LP) oder Kolloquium (___ LP) Mündliche Prüfung (5 LP) Bachelor Physik Modulhandbuch Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Praktika Titel LV: Elektronik Praktikum SWS: P5 Lehrinhalte: • • • • • • • • • • • • Lehrende: Einführung in die Benutzung von Messinstrumenten (Oszillograph, Multimeter) und Laborgeräten (Labornetzgerät, Signalgenerator) Aufbau einfacher analoger und digitaler Schaltungen Funktion und Verwendung analoger Bauelemente (Diode, Transistor, Operationsverstärker) Simulation von Schaltungen Sensoren (Licht, Temperatur, Schall, Magnetfelder) Regelschaltungen Grundlagen der Digitalelektronik Programmierung logischer Bausteine (z.B. CPLD und FPGA) Programmierung eines Mikrocontrollers Analog-Digital und Digital-Analog-Wandler Datenerfassung mit dem Computer Aufbau einer Messkette von der Signalerfassung bis zur Analyse auf dem Computer Dozenten der Experimentalphysik Erwerb der LP in der Lehrveranstaltung, falls die LP nach Modulteilprüfungen differenziert werden: ✘ Protokoll (3 LP) Präsentation (___ LP) Übungen (___ LP) Klausur (___ LP) Kolloquium (___ LP) mündliche Prüfung ( LP) Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: ✘ Allgemeines Projektpraktikum Kürzel: APP Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 3-4 1 Semester jedes Sommersemster P4 T1 / 5 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschlussprüfung: ✘ Integrierte Prüfung (5 LP) Klausur (___ LP) Hausarbeit ( LP) Klausur (___ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. K. Helbing Voraussetzungen für die Teilnahme: Grundlagen der Experimentalphysik 1, Anfängerpraktikum Lernziele/Kompetenzen Heranführen an die selbstständige Planung, den Aufbau, die Durchführung und Auswertung von physikalischen Experimenten. Erste Einführung in die Darstellung und Dokumentation von Experimenten und Messergebnissen. Entwicklung von Teamfähigkeiten durch Gruppenarbeit. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Praktika Titel LV: Allgemeines Projektpraktikum SWS: 5 Lehrinhalte: Im Projektpraktikum haben die Studenten die Möglichkeit, kleinere Forschungsthemen, die sie selbst wählen können, eigenständig über einen längeren Zeitraum zu bearbeiten. Es gibt keine vorgegebenen Aufbauten mit festem Versuchsablauf. Diese sind vielmehr selbst zu entwickeln und die erzielten Messungen auszuwerten. Neben dem physikalischen Wissen wird den Teilnehmern zusätzlich die Fähigkeit vermittelt, wissenschaftlich im Team zu arbeiten und eigene Experimente zu gestalten. Sie werden damit auf die Anforderungen der späteren Forschungstätigkeit im Labor vorbereitet. Die hohe Selbstständigkeit und der direkte Praxisbezug soll zu einer besonderen Motivation der Studenten führen. Das Praktikum wird von einer größeren Gruppe von ca. 6 Studenten unter intensiver Betreuung und Anleitung eines erfahrenen Tutors (Wiss. Mitarbeiter, mindestens Doktorand) durchgeführt. Die Gruppenarbeit fördert die Teamfähigkeit. Die Auswahl des Experiments obliegt den Studenten. Der Tutor überprüft jedoch die Durchführbarkeit. Zur Ausführung der Experimente steht eine umfangreiche Geräte-Sammlung zur Verfüg. Lehrende: Im Überblick werden folgende Fähigkeiten trainiert: • Teamfähigkeit • Selbständiges Erarbeiten physikalischer Fragestellungen • Urteilsvermögen in Bezug auf Experimente und Daten • Konzeption, Aufbau, Durchführung und Auswertung von Experimenten • Darstellung und Präsentation von Ergebnissen Dozenten der Experimentalphysik Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: ✘ Kürzel: Pflichtmodul Wahlpflichtmodul ✘ Modulabschlussprüfung: ✘ FP Studiensemester: Dauer: Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: 5-6 2 Semester jedes Semester P6 S2 / 10 ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Integrierte Prüfung (10 LP) Klausur ( LP) Hausarbeit ( LP) Klausur (___ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortliche: Dr. K. Hamacher Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen, empfohlen Grundlagenvorlesungen und -Praktika der Experimentalphysik Lernziele/Kompetenzen: Selbstständiger Umgang und Messen mit kompexen Apparaturen sowie umfangreichere Datenauswertung und Dokumentation. Darstellung und Vermittlung von modernen Experimenten und ihren Resultaten unter Einsatz von modernen Präsentationsmedien. Selbstständige Einarbeitung in aktuelle Fragestellungen der Physik. Vertiefung und Erweiterung der Kenntnisse in Experimentalphysik und ihren Methoden. Entwicklung von Teamfähigkeit in kleinen Gruppen. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Praktika Titel LV: Fortgeschrittenen Praktikum SWS: 6 Lehrinhalte: Im Praktikum stehen zur Zeit 14 Versuche zur Wahl, von denen 10 durchgeführt werden sollen. Hierbei sollen mindestens je zwei Versuche aus den einzelnen Bereichen entnommen werden. ● Versuche zur Atom- und Molekülphysik Stern-Gerlach Experiment, Zeeman-Effekt mit Tl-Hyperfeinstruktur und Isotopieverschiebung, Michelson-Interferometrie von Schwarzkörperstrahlung, NH3-Inversionsspektrum ● Versuche zur Kern- und Elementarteilchenphysik Lebensdauer von Myonen, Absorption und Streuung von Alpha-Strahlen, ComptonStreuung ● Versuche zur Festkörperphysik Ellipsometrie, Oberflächen-Plasmonen, Mößbauerspektroskopie, Röntgenstrukturanalyse ● Versuche zur Angewandten Physik Rastertunnelmikroskopie, HTSL-SQUID, Massenspektrometrie Dozenten der Experimentalphysik Lehrende: Erwerb der LP in der Lehrveranstaltung, falls die LP nach Modulteilprüfungen differenziert werden: ✘ Protokoll (4 LP) Präsentation ( LP) Übungen (___ LP) Klausur (___LP) ✘ ✘ Vorbereitung (1 LP) Durchführung (3 LP) Bachelor Physik Modulhandbuch Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Praktika Titel LV: Seminar zum Fortgeschrittenenpraktikum SWS: S2 Lehrinhalte: Im Seminar werden die Grundlagen aktueller Experimente und Techniken der Experimentalphysik an Beispielen diskutiert. Monographien, Zeitschriften und moderne Medien werden zur selbstständigen Strukturierung und Erarbeitung der Vorträge genutzt. Im Vorträge werden Präsentation und Diskussion physikalischer Experimente und Resultate unter Einsatz moderner Medien geübt. Lehrende: Dozenten der Experimentalphysik Erwerb der LP in der Lehrveranstaltung, falls die LP nach Modulteilprüfungen differenziert werden: Protokoll (___ LP) Präsentation ( LP) Übungen (___ LP) Klausur (__ LP) ✘ Präsentation (2 LP) (___ LP) Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Analysis 1 ✘ Kürzel: MAN 1 Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 1 1 Semester jedes Semester V4 Ü2 / 9 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschluss -prüfung: ✘ ✘ mündliche Prüfung (9 LP) oder Klausur (9 LP) Hausarbeit (___ LP) Klausur (___ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. Vogt Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen Lernziele/Kompetenzen Die Studierenden sind mit der Differential- und Integralrechnung von Funktionen einer reellen Variablen vertraut, kennen die Anwendungsfelder dieser Techniken und durchschauen die zugehörigen fachwissenschaftlichen Aspekte. Stoffunabhängig haben die Studierenden einen tiefen Einblick in die Methoden mathematischer Argumentation gewonnen. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Mathematik Titel LV: Analysis 1 SWS: V4 Ü2 Lehrinhalte: Logik, Mengen, Zahlen, Funktionen, Grenzwerte (Folgen und Reihen, Stetigkeit); Differentialrechnung in einer Variablen; Integralrechnung in einer Variablen; Folgen und Reihen von Funktionen; Potenzreihen Lehrende: Lehrende der Mathematik Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Analysis 2 ✘ Kürzel: MAN 2 Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 2 1 Semester jedes Semester V4 Ü2 / 9 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschluss -prüfung: ✘ ✘ mündliche Prüfung (9 LP) oder Klausur (9 LP) Hausarbeit (___ LP) Klausur ( LP) mündliche Prüfung ( LP) Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. Vogt Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen Lernziele/Kompetenzen Die Studierenden sind mit der Differential- und Integralrechnung von Funktionen mehrer reellen Variablen vertraut, kennen die Anwendungsfelder dieser Techniken und durchschauen die zugehörigen fachwissenschaftlichen Aspekte. Stoffunabhängig haben die Studierenden einen tiefen Einblick in die Methoden mathematischer Argumentation gewonnen. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Mathematik Titel LV: Analysis 2 SWS: V4 Ü2 Lehrinhalte: Topologie des Euklidischen Raumes, stetige Abbildungen; Differentialrechnung mehrerer Variablen (Umkehrsatz, implizite Funktionen, Lagrange-Multiplikatoren); Integralrechnung mehrerer Variablen (Lebesgue–Integral) Lehrende der Mathematik Lehrende: Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Grundlagen aus der Linearen Algebra ✘ Studiensemester: Pflichtmodul Dauer: Wahlpflichtmodul 1 1 Semester ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit Modulabschlussprüfung: ✘ ✘ mündliche Prüfung (9 LP) oder Klausur (9 LP) Hausarbeit (___ LP) Kürzel: MLA Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: jedes Semester V4 Ü2 / 9 mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Klausur (9 LP) ____ Min. mündliche Prüfung (9 LP) ____ Min. Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. K. Bongartz Voraussetzungen für die Teilnahme: keine Lernziele/Kompetenzen Die Studierenden sind mit der Theorie der Vektorräume vertraut, kennen die Anwendungsfelder dieser Theorie und beherrschen die zugehörigen Techniken. Stoffunabhängig haben sie einen tiefen Einblick in die Methoden abstrakter mathematischer Argumentation gewonnen. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Mathematik Titel LV: Lineare Algebra 1 SWS: V4 Ü2 Lehrinhalte: Mengen und Abbildungen; Gruppen, Körper, Vektorräume; Basen und Dimension; Matrizen und lineare Gleichungssysteme; lineare Abbildungen und Darstellungsmatrizen; Eigenwerte, Eigenvektoren und charakteristisches Polynom; Diagonalisierung; Skalarprodukte und 0rthonormalbasen; Spezielle Klassen von Matrizen und Endomorphismen (normal, symmetrisch, etc.) Lehrende der Mathematik Lehrende: Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Rechenmethoden der Physik ✘ Kürzel: RM Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 1 1 Semester jedes Semester V3 Ü1 / 4 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschluss -prüfung: ✘ mündliche Prüfung (___ LP) Klausur (___ LP) Sammelmappe (4 LP) Klausur (_ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortlicher Hochschullehrer: PD Dr. M. Karbach Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen Voraussetzungen Lernziele/Kompetenzen: Umgang mit elementaren analytischen Rechenechniken, Verfahren und Funktionen in der Physik: Vektorrechnung, Differentiation und Integration. Die Studierenden beherrschen die grundlegenden Rechentechniken, die im Modul EP1 benötigt werden. Lehrveranstaltungen/Bereiche Titel LV: Elementare analytische Rechenmethoden SWS: V3 Ü1 Lehrinhalte: • • • • • Lehrende: Vektorrechnung • Elementare Vektorrechnung, Vektorraum, Skalarprodukt, Vektorprodukt • Matrizen und Determinanten • Lineare Transformationen • Lineare Gleichungssysteme Differentiation • Rechenregeln der Differentiation in einer Dimension • Mehrdimensionale Differentiation • Divergenz und Rotation • Taylorreihen Integration • Rechenregeln der Integration in einer Dimension • Mehrdimensionale Integrale • Wegintegrale, Oberflächen und Volumenintegrale • Gaußscher und Stokesscher Satz Einführung in Mathematica oder Maple oder MatLab • Erstellung von Worksheets zur Dokumentation und Auswertung von Praktika • Graphische Darstellung von Ergebnissen aus dem Experiment Statistische Methoden zur Datenanalyse • Statistische Maße: Mittelwert, Median, Standardabweichung, Varianz, ... • Fehlerfortpflanzung • Statistische Verteilungsfunktionen: Normalverteilung, Poisson-Verteilung, ... • Lineare Regression • Nichtlineare Regression: Marquardt-Levenberg • Korrelationsanalysen Dozenten der Theoretischen Physik Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Mathematische Methoden der Physik ✘ Kürzel: MM Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 2-3 1 Semester jedes Sommersemester V3 Ü1 / 6 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschluss -prüfung: Mündliche Prüfung (___ LP) Klausur (_ LP) ____ Min. Klausur (___ LP) mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Hausarbeit (___ LP) Integrierte Prüfung (___ LP) Präsentation (___ LP) ✘ Sammelmappe (Übungen) ( 6 LP ) Verantwortlicher Hochschullehrer: PD Dr. M. Karbach Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen Voraussetzungen Lernziele/Kompetenzen: Umgang mit speziellen Techniken, Verfahren und Funktionen in der Physik. Die Studierenden beherrschen verschiedene mathematische Rechenmethoden, die in den Modulen TP2-TP4 verwendet werden. Eigenständiges Erarbeiten und Übertragen von mathematischen Lösungsansätzen auf physikalische Probleme. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Mathematik Titel LV: Mathematische Methoden der Physik SWS: V3 Ü1 Lehrinhalte: • • • • • Lehrende: Fourieranalyse • Fourierreihen • Fourierintegraltheorem und Fouriertransformation Distributionen • Allgemeine Definition und Rechnen mit Distributionen • Dirac-Delta-Distribution • Distributionen auf Mannigfaltigkeiten Orthogonale Polynome • Legendre, Hermite, Laguerre, Tschebyscheff, ... • Besselfunktionen, .... Kugelflächenfunktionen • Assozierte Legendre Funktionen • Kugelflächenfunktionen in der Anwendung Funktionentheorie • Komplexe Funktionen • Cauchy-Integralsatz • Residuensatz und Laurentreihen • Anwendungen in der Physik Dozenten der Theoretischen Physik Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: ✘ Informatik für Physiker Kürzel: IP Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 2-3 1 Semester jedes Sommersemester V2 P2 / 6 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschluss -prüfung: ✘ mündliche Prüfung (___ LP) Klausur (___ LP) Sammelmappe (6 LP) Klausur (_ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. C. Zeitnitz Voraussetzungen für die Teilnahme: keine Lernziele/Kompetenzen: Grundkenntnisse in Zahlensystemen, Rechnerarchitekturen, Betriebssysteme und Aufbau und Grundstrukturen von Programmiersprachen. Fähigkeit eigene Programme in Java oder C zu erstellen. Beherrschung einer Entwicklungsumgebung zur Erstellung von C-Programmen und der Fehlersuche in Programmen (Debugging). Selbstständige Nutzung von Anwendungsprogrammen für typische physikalische Problemstellungen (z.B. Darstellung von Daten, Anpassung von Funktionen an Daten) Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Titel LV: Informatik für Physiker SWS: V2 P2 Lehrinhalte: • • • • • • • Einführung in Zahlensysteme und Rechnerarchitektur Programmierung von Computer: Maschinensprache, Assembler, höhere Programmiersprachen Konzepte von Betriebssystemen Grundstrukturen des Programmierens am Beispiel Java oder C Algorithmen Objektorientiertes Programmieren Programmierumgebungen ◦ Lauffähige Programme erstellen ◦ Sourcecode-Debugging von Programmen Einführung in Anwendungsprogramme zur Lösung physikalischer Probleme, z.B. Funktionen, Daten und Fehler darstellen, numerische Verfahren Dozenten der Physik • Lehrende: Erwerb der LP in der Lehrveranstaltung, falls die LP nach Modulteilprüfungen differenziert werden: Protokoll (___ LP) Präsentation (___ LP) ✘ Übungen (3 LP) Klausur (__ LP) ✘ Kolloquium (___ LP) Softwareprojekt (3 LP) Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Allgemeines Vertiefungsfach ✘ Kürzel: AVF Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 5-6 1 Semester Jedes Wintersemester V4 / 6 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschlussprüfung: ✘ ✘ ✘ mündliche Prüfung (6 LP) oder Protokoll / Bericht (Modul IP) (6 LP) oder Sammelmappe (6 LP) Klausur (___ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (_ LP) __ Min. Verantwortlicher Hochschullehrer: siehe Veranstaltung Voraussetzungen für die Teilnahme: keine formalen Voraussetzungen, Physikalisches Grundwissen Lernziele/Kompetenzen: Einführung in ein Arbeitsgebiet eines der Schwerpunkte: Atmosphärenphysik, Kondensierte Materie oder Teilchenchenphysik. Details siehe folgende Teilmodulbeschreibungen. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Vertiefungsfach -- Schwerpunkt Atmosphärenphysik Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. R. Koppmann Lernziele/Kompetenzen: Die Vorlesung führt zu einem Verständnis fundamentaler Zusammenhänge in der Atmosphärenphysik. Kenntnisse und Anwendung der grundlegenden Gleichungen werden ebenso vermittelt wie der Zusammenhang zwischen chemischen und physikalischen Prozessen. Diese Kenntnisse sind die Basis für einen fundierten Überblick über den Spurenstoffhaushalt und die Strahlungsbilanz der Erde sowie die atmosphärische Zirkulation. Mit den vermittelten Kenntnissen lassen sich auch die grundlegenden Phänomene des Wetters und des Klimas verstehen. Titel LV: Einführung in die Atmosphärenphysik Lehrinhalte: • Grundgleichungen und Definitionen • Atmosphärische Thermodynamik • Strahlung im System Atmosphäre • Globale Energiebilanz und Treibhauseffekt • Spurengase und Photochemie • Dynamik der Atmosphäre • Atmosphärische Zirkulation • Kopplung von Chemie und Transport • Äußere Einflüsse auf die Atmosphäre • Ionosphäre und Magnetosphäre Dozenten der Atmosphärenphysik Lehrende: EAP Erwerb der LP in der Lehrveranstaltung, falls die LP nach Modulteilprüfungen differenziert werden: Protokoll (___ LP) Präsentation (___ LP) Übungen (_ _ LP) Klausur (___ LP) ✘ Kolloquium (___ LP) mündliche Prüfung (6 LP) Bachelor Physik Modulhandbuch Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Vertiefungsfach – Schwerpunkt Bildgebende Verfahren Lernziele/Kompetenzen: Vermittlung einführender Kenntnisse über Grundlagen und Anwendungen von Verfahren der Bildgebung und Bildverarbeitung in Medizin und Materialprüfung mit Ausblick auf andere Einsatzgebiete in Technik und Wissenschaft. Die Darstellung der verwendeten physikalischen und technischen Prinzipien soll eine Mitarbeit an Forschungsprojekten zur Weiterentwicklung bildgebender Verfahren ermöglichen. Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. Bomsdorf Titel LV: Bildgebende Verfahren 1 - Röntgenbildgebung SWS: V2 Lehrinhalte: Lehrende: Beschreibung und Verarbeitung digitaler Bilder,Ortsfrequenzraum, Sampling, Histogrammtransformationen Erzeugung von Röntgenstrahlung, Röntgenröhren, Wechselwirkung von Röntgen- und Gammastrahlen mit Materie / biologischem Gewebe, Detektoren für Röntgen- und Gammaquanten, analoge und digitale Bildaufnehmer und -verstärker für Röntgenstrahlung, Methoden der Röntgenbildgebung, Kontrast, Empfindlichkeit (Messzeit, Quantenrauschen) und Ortsauflösung, Unschärfen, Punktbildfunktion, Modulationsübertragungsfunktion, Schichtbildverfahren, Computertomographie, Doppelenergiemethoden, Angiographie, Röntgenstreutomographie und ortsaufgelöste Materialbestimmung, biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz, Ultraschallbildgebung (Physikalische Grundlagen, Methoden, technische Komponenten) Dozenten der Bildgebenden Verfahren Titel LV: Digitale Bildverarbeitung in der medizinischen Physik SWS: V2 Lehrinhalte: Hierarchie der Bildverarbeitungsoperationen, Digitalisierung von Bilddaten, Distanzmaße, Rasterung, mathematisches Modell für digitale, quantisierte Bilder, Charakterisierung digitaler Bilder, Entropie, allgemeine Skalierungsfunktion, Operationen im Ortsbereich, Differenzoperatoren, Operatoren bei logischen Bildern, Medianfilter, Operationen im Ortsfrequenzraum, Digitale Filterung, diskrete, zweidimensionale Fouriertransformation, Modifikation der Ortskoordinaten, Vergrößerung, Verkleinerung, kubische Faltung, generalisierte lineare geometrische Transformationen, Interpolation nach Polynomen, Operationen mit mehrkanaligen und Zeitreihenbildern, die Hauptkomponententransformation, Einführung in Segmentations-verfahren, Grundlagen der numerischen Klassifikation Lehrende: Dozenten der Bildgebenden Verfahren BGV1 DBV Erwerb der LP in der Lehrveranstaltung, falls die LP nach Modulteilprüfungen differenziert werden: Protokoll (___ LP) Präsentation (___ LP) Übungen (___ LP) Klausur (___ LP) ✘ mündliche Prüfung (6 LP) aktive Übungsteilnahme (_ LP) Bachelor Physik Modulhandbuch Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Vertiefungsfach – Schwerpunkt Teilchenphysik Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. Harlander Titel LV: Grundlagen der Elementarteilchenphysik und Teilchenastrophysik SWS: V3 Ü1 GETA Lernziele/Kompetenzen: Die Studierenden beherrschen die Struktur des Standardmodells der Elementarteilchenphysik und erwerben Grundlagen zur theoretischen Beschreibung und experimentellen Messung der Eigenschaften von Elementarteilchen an Teilchenbeschleunigern. Die Wechselbeziehung zwischen der Teilchenphysik und Astroteilchenphysik wird herausgearbeitet und Grundlagen zu Entstehung und Nachweis kosmischer Teilchenstrahlungen werden erworben. Lehrinhalte: • • • Lehrende: Feynman-Diagramme und ihre Anwendung auf Wirkungsquerschnitte und Zerfallsraten Vertieftes Verständnis des Standardmodells und seiner theoretischen Konzepte Intensivierte Behandlung eines oder mehrerer ausgewählter Phänomene, wie z.B. elektroschwache Symmetriebrechung, Präzisions-Physik, QCD-Observablen, FlavourPhysik • Teilchen-, Gamma- und Neutrino-Strahlung aus dem Kosmos: Entstehung, Nachweis und offene Fragen • Dunkle Materie • Zusammenhänge zwischen Teilchenphysik, Astroteilchenphysik und Kosmologie Dozenten der Teilchen- und Astroteilchenphysik Erwerb der LP in der Lehrveranstaltung, falls die LP nach Modulteilprüfungen differenziert werden: Protokoll (___ LP) Präsentation (___ LP) ✘ Übungen (6 LP) Klausur (___ LP) mündliche Prüfung ( LP) (___ LP) Bachelor Physik Modulhandbuch Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Vertiefungsfach – Schwerpunkt Experimentelle Kondensierte Materie Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. Frahm Titel LV: Festkörperphysik SWS: V3 Ü1 EFK Lernziele/Kompetenzen: Vermittlung weiterführender festkörperphysikalischer Kenntnisse. Neben modernen Experimentiertechniken und Methoden sollen speziell aktuelle Fragestellungen, die bei der Entwicklung neuer, maßgeschneiderter Funktionsmaterialien auftreten, diskutiert werden. Die Darstellung der verwendeten physikalischen und technischen Prinzipien soll eine wissenschaftliche Mitarbeit an laufenden Forschungsprojekten im Bereich der Materialforschung und -analyse sowie der Verfeinerung der bestehenden Synthese- bzw. Analysemethoden erlauben. Lehrinhalte: ● ● ● ● ● ● Vertiefung der Kenntnisse in Festkörperphysik, u.a.: Fermiflächen, Berechnung und Vermessung, thermoelektrische Effekte. Reale Kristalle (Fehlstellen), Phasenübergänge, Materie in eingeschränkten Dimensionen Größeneffekte Dünne Schichten, Quantendrähte, Quantenpunkte. Legierungen, Intermetallische Phasen Supraleitung, Hochtemperatursupraleitung. Materie unter extremen Temperaturen und Drücken Aktuelle Themen der Festkörperforschung. Moderne Verfahren zur Festkörperspektroskopie in Theorie und Experiment. u.a.: Ramanspektroskopie, Röntgenabsorptionsspektroskopie, Röntgenfluoreszenzspektroskopie, Elektronenspektroskopien: Photoelektronen- und Augerelektronenspektroskopie, Photoelektronenbeugung ● Plasmonen, Polaritonen, Polaronen – dielektrische Eigenschaften ● Optische Eigenschaften von Festkörpern und Festkörperoberflächen. ● Elektronenenergieverlustspektroskopie, Opt. Spektroskopie von ionischen Fehlstellen, Exzitonen ● Moderne Spektrometer und deren Lichtquellen, Monochromatoren und Detektoren. Dozenten der experimentellen Kondensierten Materie ● Lehrende: Erwerb der LP in der Lehrveranstaltung, falls die LP nach Modulteilprüfungen differenziert werden: Protokoll (___ LP) Präsentation (_ LP) Übungen (___ LP) Klausur (___ LP) ✘ Kolloquium (6 LP) Übungen, Prakt. Laborüb. (__ LP) Bachelor Physik Modulhandbuch Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Vertiefungsfach - Schwerpunkt Kondensierte Materie Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. Klümper Titel LV: Theoretische Festkörperphysik SWS: V4 TFK Lernziele/Kompetenzen: Kenntnis des strukturellen Aufbaus von Festkörpern, der Symmetrien von Kristallgittern und der elementaren Anregungen. Eigenständige Ableitung der Dispersionsrelationen für Phononen und Bandelektronen und ihrer Konsequenzen für thermodynamische Eigenschaften im Rahmen von effektiven Modellen. Überblick über verschiedene Rechenmethoden und die fundamentale Bedeutung der Korrelationsfunktionen für die Erklärung von Transportphänomenen und von Verfahren zur Materialuntersuchung wie Streuexperimente mit Neutronen etc. • Lehrinhalte: • • • • • • • • Lehrende: Hamiltonoperator der Festkörpertheorie Adiabatisches Prinzip Kristallgitter und Symmetrien Blochsches Theorem Phononen und Thermodynamik der Gitterschwingungen Neutronenstreuung am Kristall Bändermodell Transportphänomene optische Eigenschaften Dozenten der Theoretischen Physik Erwerb der LP: Protokoll (___ LP) Präsentation (___ LP) ✘ Übungen (6 LP) Klausur ( LP) oder ✘ mündliche Prüfung ( 6 LP) (___ LP) Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: ✘ Kürzel: Bachelorseminar und Bachelorarbeit Pflichtmodul Wahlpflichtmodul Modulabschlussprüfung: BST Studiensemester: Dauer: Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: 6 1 Semester jedes Semester - / 14 ✘ mit eingeschränkter Wiederholbarkeit ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mündliche Prüfung (___ LP) Vortrag (__ LP) Hausarbeit (__ LP) ✘ ✘ Präsentation (2 LP) Bachelor-Arbeit (12 LP) Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. A. Klümper Voraussetzungen für die Teilnahme: 140 Leistungspunkte aus dem Pflichtbereich Lernziele/Kompetenzen Nachweis der Befähigung zur selbstständigen Bearbeitung eines vorgegebenen Themas nach wissenschaftlichen Kriterien; Erstellen einer strategischen Konzeption und eines Plans zur Durchführung eines Vorhabens; Verfassen eines Berichts in schriftlicher Form; Präsentation von Ergebnissen in mündlicher Form unter Einsatz von Medien; Kritische Diskussion von Versuchsergebnissen und Sachverhalten. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Bachelor-Arbeit Titel LV: Bachelor-Seminar SWS: 2 Lehrinhalte: Präsentation und Diskussion von Bachelor-Arbeiten Lehrende: Dozenten der Physik Bereich: Bachelor-Arbeit Titel LV: Bachelor-Arbeit SWS: 12 Lehrinhalte: Erstellen einer Abschlussarbeit im zeitlichen Umfang von 3 Monaten Lehrende: Dozenten der Physik Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Bachelor Wahlfach 1 ✘ Kürzel: BW1 Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: Wahlpflichtmodul 2-3 1-2 Semester jedes Semester ca. 4-8 / 6-12 ✘ ohne eingeschränkte Wiederholbarkeit mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Modulabschluss -prüfung: ✘ mündliche Prüfung (__ LP) oder Klausur (__ LP) wird durch Veranstaltung festgelegt Klausur (___ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. Verantwortlicher Hochschullehrer: Modulverantwortlicher des gewähltenModuls Voraussetzungen für die Teilnahme: siehe zugehörige Modulbeschreibung des Fachbereichs Lernziele/Kompetenzen Vermittlung von Grundlagenwissen in einem weiteren naturwissenschaftlichen oder mathematischen Fach Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Nichtphysikalisches Wahlfach Titel LV: Bachelor Wahlfach 1 SWS: Spezifiziert durch Veranstaltung Lehrinhalte: Das nichtphysikalische Wahlfach Bachelor 1 umfasst Veranstaltungen/Module mit einem Gesamtumfang von 6-12LP. Dies können Vorlesungen mit Übungen sein (V4+Ü2/ 8-9LP) oder Veranstaltungen mit anderer Struktur, wobei jede einzelne Veranstaltung bzw. jedes einzelne in diesem Rahmen gewählte Modul einen Umfang von nicht mehr als 12 LP und nicht weniger als 6LP haben darf. Hierfür in Frage kommen zum Beispiel: Mathematik (je 9LP): • Grundlagen aus der Analysis III • Grundlagen aus der Linearen Algebra 2 • Einführung in die Algebra • Einführung in die Numerik • Einführung in die Stochastik Informatik: • Grundlagen der praktischen Informatik (9LP) • Objektorientierte Programmierung (6 LP) • Betriebssysteme (6LP) Chemie: • Grundlagen der Chemie (12LP) oder andere Module aus der Mathematik, Informatik und Chemie nach Absprache mit dem Prüfungsausschuss. Lehrende: siehe zugehörige Modulbeschreibung des Fachbereichs Erwerb der LP: siehe zugehörige Modulbeschreibung des Fachbereichs Bachelor Physik Modulhandbuch Modultitel: Kürzel: BW2 Bachelor Wahlfach 2 Studiensemester: Dauer: Pflichtmodul Wahlpflichtmodul 4-6 1-2 Semester ✘ ohne eingeschränkte ModulWiederholbarkeit ✘ abschlussprüfung: Häufigkeit des Angebots: SWS / LP: jedes Semester ca. 4-8 / 6-12 mit eingeschränkter Wiederholbarkeit Klausur (___ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (___ LP) ____ Min. mündliche Prüfung (__ LP) oder Klausur (__ LP) ✘ durch Veranstaltung festgelegt Verantwortlicher Hochschullehrer: Modulverantwortlicher des gewählten Moduls Voraussetzungen für die Teilnahme: siehe zugehörige Modulbeschreibung des Fachbereichs Lernziele/Kompetenzen Vermittlung von Grundlagenwissen in einem weiteren naturwissenschaftlichen, mathematischen, ingenieurwissenschaftlichen, wirtschaftswissenschaftlichen oder geisteswissenschaftlichen Fach. Ebenso sind Module wählbar, die Softskills wie Präsentationstechniken oder Fachsprachen fördern. Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Nichtphysikalisches Wahlfach Titel LV: Bachelor Wahlfach 2 SWS: Spezifiziert durch Veranstaltung Lehrinhalte: Das nichtphysikalische Wahlfach Bachelor 2 umfasst Veranstaltungen/Module mit einem Gesamtumfang von 6-12LP. Dies können Vorlesungen mit Übungen sein (V4+Ü2/ 8-9LP) oder Veranstaltungen mit anderer Struktur, wobei jede einzelne Veranstaltung bzw. jedes einzelne in diesem Rahmen gewählte Modul einen Umfang von nicht mehr als 12 LP und nicht weniger als 3LP haben darf. Hierfür in Frage kommen zum Beispiel: Mathematik: • Grundlagen aus der Analysis III (9LP) • Grundlagen aus der Linearen Algebra 2 (9LP) • Einführung in die Algebra (9LP) • Einführung in die Numerik (9LP) • Einführung in die Stochastik (9LP) Informatik: • Grundlagen der Informatik & Programmierung (9LP) • Grundlagen der praktischen Informatik (9LP) • Objektorientierte Programmierung (6 LP) • Betriebssysteme (6LP) Chemie: • Grundlagen der Chemie (12LP) Elektrotechnik: • Mess- und Schaltungstechnik (7LP) • Regelungstechnik (7LP) • Elektronische Bauelemente (6LP) Sparachlehrinstitut: • Englisch Kurs I-III (3LP) Witschaftswissenschaften: • Betriebswirtschaftslehre 1 (6LP) • Volkswirtschaftslehre 1(6LP) Bachelor Physik Modulhandbuch Philosophie: • Einführung in die Philosophie (9LP) Optionalbereich des Kombinatorischen Bachelors der BUW oder andere Module nach Absprache mit dem Prüfungsausschuss Lehrende: siehe zugehörige Modulbeschreibung des Fachbereichs Erwerb der LP: siehe zugehörige Modulbeschreibung des Fachbereichs Lehrveranstaltungen/Bereiche Bereich: Nichtphysikalisches Wahlfach Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. H. Bomsdorf Titel LV: Industriepraktikum IndP SWS: I4/S2 Lernziele: Einblick in die industrielle Tätigkeit eines Naturwissenschaftlers oder Mathematikers LP: 9 Lehrinhalte: Wird spezifiziert durch das Industrie-Praktikum nach Absprache mit dem Studienbeauftragten (Prof. Dr. Bomsdorf). Zu Beginn muss ein Kurzfassung der Aufgabenstellung formuliert werden. Der Studienbeauftragte kann bei der Kontaktaufnahme mit einem Industrieunternehmen behilflich sein. Ein Anspruch auf ein Indusriepraktikum besteht nicht. Lehrende: Dozenten der Physik in Kooperation mit Verantwortlichen der Industrie Erwerb der LP: Durchführung (5LP), Abschlussbericht (2LP) und Präsentation (2LP)
