Stichpunkte zur Versuchsvorbereitung

Anhang
Stichpunkte zur Versuchsvorbereitung
Versuch 1: Die elastischen Konstanten
Potential – Potentialverlauf im zwischenatomaren Bereich – Parabolische (harmonische)
Näherung im Minimum – Lineares Kraftgesetz – Elastische und plastische Verformung –
Einfluß von Gitterfehlern – Thermische Ausdehnung – Elastizitäts-, Kompressions- und
Torsionsmodul – Querkontraktion und Poissonsche Zahl – Drehschwingungen – Richtmoment – Trägheitsmoment
Versuch 2: Millikanversuch
Mikroskop – Dunkelfeldbeleuchtung – Viskosität – Stokes’sche Reibung – Oberflächenspannung und Ölzerstäuber – elektrische Aufladung eines Öltröpfchens durch Reibung
– Ladungsänderung durch ionisierende Strahlung – elektrisches Feld – elektrisches Feld
eines Kondensators – Kraft auf eine elektrische Ladung im homogenen und inhomogenen
elektrischen Feld – Potential – Maxwellsche Gleichungen – Elektronenladung – Ladung
auf einer Kugel – Millikan-Versuch – Faraday´sche Gesetze der Elektrolyse und andere
Methoden zur Bestimmung der Elementarladung – Bestimmung der Lochschmidt-Zahl –
mittlere freie Weglänge von Molekülen in Gasen
Versuch 3: Bestimmung der Gravitationskonstanten
Kraftfeld, Potential – Zweikörperproblem – Dreikörperproblem – Erdbeschleunigung –
Träge und schwere Masse – Gravitationsgesetz – Gravitationskonstante – Gravitationswaage – Meßmethoden – Systematische Fehler und deren Korrektur – Kosmische Geschwindigkeiten
Versuch 4: Messungen zum Energieerhaltungssatz
Kraft, Arbeit, Energie – Kinetische und potentielle Energie – Mechanische und elektrische
Energie – Wärme – Äquivalenz von Energieformen – Temperaturbegriff – Wärmebegriff –
Hauptsätze der Thermodynamik – Perpetuum Mobile 1. und 2. Art – Konservative Kräfte
– Potential – Kraftfelder
Versuch 5: Die spezifische Elekronenladung
Elektronen im elektrischen und magnetischen Feld – Lorentzkraft – Coulombkraft – Elektronenbahnen – Erzeugung freier Elektronen – Nachweis freier Elektronen – Bestimmung
der Elektronenladung – Magnetfeld kurzer Spulen – Helmholtzspulen – Durchflutungsgesetz – Biot-Savart-Formel – Relativistische Korrektur
i
ii
Anhang
Versuch 6: Messungen zum Wiedemann-Franzschen Gesetz
Wärme und Temperatur – Mechanismen des Wärmetransports – Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme – Wärmeleitung und Stromtransport in Metallen – Kontinuitätsgleichung – Temperaturabhängikeit des elektrischen Widerstandes – Ohmsches Gesetz –
Meßmethoden der elektrischen Leitfähigkeit
Versuch 7: Röhrenkennlinien
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Elektrisches Feld – Coulombkraft – Arbeit im E-Feld
– Erzeugung freier Elektronen –
Glühemission – Ladungswolke – Einfluß der Ladungswolke auf den Feldverlauf – Boltzmannverteilung – Hochvakuumdiode, -triode, -tetrode, -pentode – IA -UA -Kennlinien –
Barkhausen-Formel – Feldverlauf im Zylinder- und Plattenkondensator – Prinzip der
Rückkopplung
Versuch 8: Spektroskopische Bestimmung der Rydbergkonstanten
– Historische Atommodelle – Bohrsches Atommodell – Bohrsche Postulate – Drehbewegung – Materiewellen – Serienformel – Quantenzahlen und Atomaufbau – Orbitalmodell
– Ionisierung und Anregung – Spektren technischer Lichtquellen – Thermischer Strahler selektiver Strahler – Prismenspektrometer – Dispersion – Gitterspektrometer – Beugung
und Interferenz
Versuch 9: Halbwertszeit von Thoriumemanation
Radioaktivität – α- β- γ-Strahlung – Kernzerfall, Teilchen und Antiteilchen – Neutrino –
Nuklidkarte – Isotope – Kernaufbau – Kernmodelle (Tröpchenmodell, Schalenmodell) –
Zerfallsgesetz – Halbwertszeit – Aktivität und Zerfallswahrscheinlichkeit – Coulombwall –
Tunneleffekt – Nachweisgeräte (Zählrohr, Ionisationskammer, Nebelkammer, Elektroskop
usw.)
Versuch 10: Franck-Hertz-Versuch zur Anregung von Atomen
Bohrsches Atommodell – Aufbau des Atoms – Energiestufen – Anregungszustände –
Möglichkeiten der Anregung eines Atoms – Bestimmung der Anregungsenergien – Gasentladung – Erzeugung freier Elektronen – Lichtanregung durch Elektronenstoß – Schaltungstechnische Realisierungen
Versuch 11: Trägheitsmomente starrer Körper
Newtonsche Mechanik – Translatorische Bewegung, Rotationsbewegung, Analogien –
Trägheitsmoment – Drehmoment – Drehimpuls – Rotationsenergie – Trägheitstensor (allgemeine Berechnung) – Deviationsmomente – Trägheitsellipsoid – Satz von Steiner – Drehschwingungen – Kreisel
Anhang
iii
Versuch 12: Temperaturabhängigkeit der Molwärme von Silizium
Hauptsätze der Thermodynamik – Wärme – Temperatur – Wärmekapazität – Gitterschwingungen – Elektronenbeitrag – Temperaturabhängigkeit – Molwärme – Regel von Dulong-Petit – Verteilungsfunktionen: Bose-Einstein-, Fermi-Dirac-, BoltzmannVerteilung – Einsteinfunktion – Einstein-Temperatur – Debye-Temperatur
Versuch 13: Gasthermometer - Sättigungsdampfdruck
Temperaturbegriff, Temperaturskala und Temperaturmessung – Hauptsätze der Thermodynamik – Kinetische Gastheorie – Gesetz von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac – Zustandsgleichungen idealer und realer Gase – Zustandsänderungen – Kritischer Punkt –
Dampfdruck und Temperaturabhängigkeit – Luftdruckmessung
Versuch 14: Messung der Lichtgeschwindigkeit
Brechungsgesetz nach Snellius – Fermat-Prinzip – Dispersion, Modulationsverfahren – Additionstheoreme – Phasengeschwindigkeit, Gruppengeschwindigkeit, Lichtgeschwindigkeit
– Messung der Lichtgeschwindigkeit – Maxwell Gleichungen – Oszillograph – Komplexer
Brechungsindex – Absorption – Wellentheorie nach Huygens
Versuch 15: Der Transistor als Verstärkerelement
Halbleiter – Dotierung – Halbleiterdiode im Bändermodell – p-n-Übergang mit und ohne elektrisches Feld – Diffusion und Drift der Ladungsträger – Minoritäts- und Majoritätladungssträger – Bipolarer Transistor – Feldeffekttransistor – Grundschaltungen –
h-Parameter – Kennlinienfeld – Grenzwerte – Anwendungen
Versuch 16: Das Magnetfeld von eisenlosen Spulen
Magnetisches Feld eines stromdurchflossenen Leiters – Durchflutungsgesetz – Biot-SavartFormel – Berechnung des Magnetfeldes von kurzen und langen Spulen – Feldverläufe –
Methoden der Magnetfeldmessung: ballistisch, Hall-Effekt – Funktionsweise eines Galvanometers – Wirkung eines Eisenkernes – Elektromagnete – Zündspule
Versuch 17: Phasenbeziehungen im Wechselstromkreis
Wechselstrom – Wechselspannung – Kirchhoffsche Regeln – Schaltkreise mit ohmschem
Widerstand, Kapazität und Induktivität – Phasenbeziehungen – Berechnung der Schaltkreise – Resonanz – Anwendungen – Messung von Wechselstrom und Wechselspannung
– Spitzenwert, Effektivwert – Leistungsmessung – Blindleistung und Wirkleistung – Rechenregeln für komplexe Zahlen
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Anhang
Versuch 18: Innerer und äußerer lichtelektrischer Effekt
Metall-, Halbleiter- und Isolator-Bändermodelle – Ortsdarstellung und ǫ(~k)-Verläufe – Direkte und indirekte Übergänge – Generation und Rekombination – Leitfähigkeit – Optische
Anregung – Photoleitung – Halbleiterphotodiode – Vakuumphotodiode – Ablösearbeit –
Aufbau eines Monochromators – Lock-in-Prinzip
Versuch 19: Brechungsindex und Polarisierbarkeit von Gasen
Elektromagnetische Wellen – Wellengleichung im nichtleitenden Medium – Makroskopische und mikroskopische Betrachtungsweise – Phasengeschwindigkeit und Gruppenge~ D,
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schwindigkeit – Brechungsindex – Dispersion – Polarisation – Polarisierbarkeit – E,
~
P – Clausius-Mosotti-Formel – Lokales Feld – Resultierendes Feld – Interferometer –
Interferenzen gleicher Neigung und gleicher Dicke
Versuch 20: Das Lambert-Beersche Gesetz
Absorption und Dispersion – Absorptionskoeffizient – Wirkungsquerschnitt – Konzentrationsabhängigkeit – Elektromagnetische Wellen – Absorption und Extinktion – Streuung
– Filter – Gitterspektrometer – Transmission und Reflexion an planparallelen Platten –
Komplexer Brechungsindex.
Versuch 21: Waage und Wägung
Träge und schwere Masse – Gleichgewichte (stabil, labil, dynamisch, statisch) – Kräftegleichgewicht und Drehmomente – Hebelprinzip – Archimedisches Prinzip – Konstruktionsprinzipien von Waagen – Fehlerbalken und Aussagen über die Genauigkeit einer
Messung
Versuch 22: Elektrische Leitfähigkeit einer KMnO4 -Lösung
Leitfähigkeit und Widerstand – Ohmsches Gesetz – Abweichungen vom Ohmschen Gesetz
– Mechanismen der elektrischen Leitung – Arten von Ladungsträgern – Elektrolyte – Beweglichkeit und Konzentration – Leitfähigkeit von Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern
– Richtungsabhängigkeit der Leitfähigkeit – Polarisationsspannungen – Bestimmung der
spezifischen Leitfähigkeit – Signalgeschwindigkeit und Driftgeschwindigkeit