19.4., 20.4.

Bewährtes, etwas konventionelles
Material für Ingenieure
Sowie sehr viele andere gute Titel…
Klassiker für das Physikstudium,
wesentlich ausführlicher als
Ingenieurbücher; Gerthsen/Vogel oft
‘eleganter’ aber schwieriger als Tipler;
Arbeitshefte mit vielen Aufgaben
erhältlich
Größeres Gewicht auf ‘moderne’
Entwicklungen
Aus dem englischsprachigen
Lehrbetrieb…; empfehlenswerte
Vertiefungen und andere Aspekte als
hierzulande…
1.
!
Einleitung
Was machen wir heute noch?
2.
Mechanik
Werkzeuge zurecht legen!
Messen, Statistik, Unsicherheiten,
Fehler…
Vektoranalysis, Differentialgleichungen,
komplexe Zahlen,...
Kinematik
Geradlinige Bewegung (Translation)
Allgemeine nichtgeradlinige Bewegung
Kreisbewegung (Rotation)
Dynamik der Teilchen
Impuls, Impulserhaltung, Kraft
Drehimpuls,
Energie, Energieerhaltung
Verschiebungsenergie (potentielle Energie)
Bewegungsenergie (kinetische Energie)
Starre Körper
Schwerpunkt, Drehmoment, Trägheitsmoment, Steinerscher Satz
Gravitation
Relativitätstheorie
3.
Elektrodynamik (Elektrizität und Magnetismus)
Elektrische Wechselwirkung( Maxwellsche Gleichung)
Ladung, Ladungserhaltung
Coulombgesetz, E -Feld, Potential, Dipol
Vektorfelder, Gaußscher Satz
Materie im elektrischen Feld (Dielektrikum)
Kapazität, Kondensatoren
Energie im elektrischen Feld
Ohmsches Gesetz, Leitfähigkeit, Widerstand
Magnetische Wechselwirkung( Maxwellsche Gleichung)
Lorentzkraft, Kraft und Drehmoment auf einen elektrischen Strom
Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters
Magnetischer Fluß
Materie im magnetischen Feld, Dia-, Para-, Ferromagnetismus
Zeitabhängige elektromagnetische Felder
Induktionsgesetz ( Maxwellsche Gleichung)
Maxwellscher Verschiebungsstrom ( Maxwellsche Gleichung)
Selbstinduktion, Induktivität, Spulen
Energie des magnetischen Feldes
4.
Schwingungen, harmonischer Oszillator
Ungedämpfte harmonische Schwingungen
Überlagerung (Superposition) von zwei harmonischen Schwingungen
Gekoppelte harmonische Oszillatoren
Gedämpfte harmonische Schwingungen
Erzwungene Schwingungen (Resonanz)
5.
Wellen
Wellenausbreitung und Wellengleichung
Wellenausbreitung
Wellengleichung für elektromagnetische Wellen
Energie und Impuls einer elektromagnetischen Welle
Hertz'scher Dipol
Fouriertheorem
Fourieranalyse einer periodischen Bewegung
Fourierintegral für nichtperiodische Bewegungen
(Unschärfebeziehungen)
Phasen- und Gruppengeschwindigkeit
Interferenz und Beugung
Reflexion und Brechung von Wellen
Superposition (Interferenz) von Wellen
Interferenz von zwei synchron emittiertenWellen
Interferenz von N synchron emittierten Wellen
Stehende Wellen (Eigenwertproblem)
Zwei- und dreidimensionale stehende Wellen (Membran, Resonator)
Beugung von Wellen
Beugung am Einfachspalt
Beugung am Doppelspalt
Beugungsgitter (N Spalte)
Röntgenbeugung an Kristallen
6.
Experimentelle Grundlagen der Quantenphysik
Photonen (Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie)
Compton-Effekt
Photo-Effekt
Teilchen und Felder
Materiefelder, de Broglie-Wellen
Elektronen- und Neutronenbeugung
Beugung von Elektronen am Doppelspalt ('Gedankenexperimente')
Heisenbergsche Unschärferelation und Prinzipien der
Quantenmechanik
7.
Quantenmechanik, Schrödingergleichung
Schrödingergleichung
Potentialstufe
Teilchen im Potentialkasten und Niveaudichte
8.
Wasserstoffatom und Aufbau des Periodischen Systems
Wasserstoffatom
Elektronenstruktur der Atome (Periodisches System)
9.
Bändermodell des Festkörpers
Bindungstypen
Periodisches Potential (qualitativ)
Modell der freien Elektronen
Elektronenbewegung in einem periodischen Potential (quantitativ)
Leitfähigkeit von Festkörpern (Leiter, Halbleiter, Isolatoren)
Elementare Schaltelemente (pn-Übergang, Transistor)
10.
Laser
Hohlraumstrahlung (Plancksches Strahlungsgesetz)
Elektromagnetische Übergänge
Laserprinzip und Anwendungen von Lasern
Vergleich mit Giancoli
1. Einleitung
“Physics is a number”
Das SI-System
• Die Sekunde ist die Zeitdauer von 9 192 631 770
Schwingungsperioden der Lichtstrahlung, die während des Übergangs
zwischen den zwei Hyperfeinstrukturniveaus des
Grundzustandsniveaus eines Cäsium-133 Atoms emittiert wird.
• Der Meter ist die Länge des Weges, den das Licht in Vakuum im
299 792 458 ten Teil einer Sekunde zurücklegt.
• Das Kilogramm ist die Masse eines internationalen Prototyps des
Kilogramms. Es ist ein Platin-Iridium-Zylinder, der in Paris aufbewahrt
wird.
• Durch zwei unendlich lange, gerade Leiter mit vernachlässigbarem
Querschnitt fliesst ein konstanter Strom von einem Ampere, wenn er
in einem Abstand von einem Meter im Vakuum eine Kraft zwischen
diesen Leitern je 1 m Leiterlänge von 2 · 10−7 Newton hervorruft.
Dimensionsanalyse
Erinnerung V1:
Physik: quantitative Wissenschaft
Messung bedeutet: Bestimmung des Werts einer Messgröße,
sowie ihre stat. und syst. Unsicherheiten
Basisgrößen: Länge, Zeit, Masse, Elektrischer Strom,
Temperatur, Stoffmenge, Lichtstärke
Größenordnungen
Aufbau des Universums von Galaxienhaufen zu Quarks
und Leptonen
Heute:
- Messgenauigkeit & Fehler
- Vektoren
- Differentialgleichung
Messgenauigkeit & Fehler
• Systematische Fehler
• Zufällige (statistische) Fehler
Systematische Fehler
reproduzierbar
bestimmter zeitlicher Verlauf
Bekannte
systematische Fehler
wertmäßig erfassbar
Zufällige (statistische) Fehler
nicht reproduzierbar
regelloser zeitlicher Verlauf
Unbekannte
systematische Fehler
wertmäßig nicht erfassbar
Korrigierbare Fehler
durch Korrektion
berücksichtigen
Messergebnis
Nicht korrigierbare Fehler
Fehlergrenzen (statistisch)
ermitteln
±
Messunsicherheit
Mittewert (der Messwerte):
Standardabweichung der Stichprobe:
Fehler des Mittelwerts:
• Zentraler Grenzwertsatz
Courtesy of the www.cfa.harvard.edu
• Fehlerfortpflanzung
Beispiel: Längenmessungen
Fehlerfortpflanzung – expandiert -
Gaußsches Fehlerfortpflanzungsgesetz
Keine unsinnigen Dezimalstellen angeben !