IV. VORLESUNGSANGEBOT
A. Einführung und Überblick
In der nachfolgenden Stundentafel sind alle obligatorischen Lehrveranstaltungen
des Grund- und Hauptstudiums, ihr Zeitumfang und ihre Zuordnung zu den
Semestern ausgewiesen.
In der Tafel wird weiterhin die Gesamtzahl der zu erreichenden Bewertungspunkte
(Credit Points, cr) in jedem Semester ausgewiesen. Für die
Lehrveranstaltungen des Hauptstudiums werden die ECTS-Bewertungspunkte auf jede
Lehrveranstaltung aufgeschlüsselt. Eine analoge Aufschlüsselung auf
die Lehrveranstaltungen des Grundstudiums wurde ebenfalls vorgenommen, obwohl
wir davon ausgehen, daß ein ECTS-Student in der Regel im Rahmen des
Hauptstudiums zeitweise an einer anderen Hochschule studiert. Sollten jedoch im
Einzelfall physikalische Lehrveranstaltungen aus dem Angebot des Grundstudiums
gewählt werden, ist die Zuordnung der ECTS-Bewertungspunkte problemlos
möglich.
Stundentafel Physik Diplom
| Semester | Experimental- physik | Theoretische Physik | Mathematik
| Nebenfach/ Wahlpflicht- fächer | Praktikum | Semester- Leistungsnach- weise (Scheine)
| Semester- wochen- stunden
|
G R U N D S T U D I U M
| 1 (30 cr)
| I Mechanik, Wärmelehre (11 cr) 4/2/2*
|
| Analysis I Algebra I (12 cr) 6/3/0
| Informatik I (5 cr) 2/2/0
| Grundprak- tikum I (2 cr) 2
|
1 Gesamtschein Grundsprakti- kum I - IV2 Scheine Mathematik 2 Scheine Experimental- physik
1 Schein Theoretische Physik 1 Schein Chemie- praktikum 1 Schein Informatik
| 21 + 2*
|
| 2 (30 cr)
| II Elektrizitäts- Lehre, Optik (11 cr) 4/2/2*
|
| Analysis II Algebra II (12 cr) 6/3/0
|
| Grundprak- tikum II (7 cr) 4
| 19 + 2*
|
| 3 (30 cr)
| III Atomphysik, Moleküle (8 cr) 4/2/0
| I Mechanik (8 cr) 4/2/0
| Analysis III (7 cr) 4/2/0
| Chemie I (2 cr) 2/0/0
| Grundprak- tikum III (5 cr) 4
| 24
|
| 4 (30 cr)
| IV Kerne, Elementar- teilchen (5 cr) 2/2/0
| II Quanten- mechanik (8 cr) 4/2/0
| Analysis IV (7 cr) 4/2/0
| A: Chemie II (2 cr) 2/0/0B: Informatik II (5 cr) 2/2/0
| Grundprak- tikum IV (2 cr) 2Chemie- praktikum A: 4 / B: 2 (6 cr / 3 cr)
| 24
|
| Diplom - Vorprüfung
|
H A U P T S T U D I U M
| 5 (30 cr)
| Physik der kondensierten Materie II (7 cr) 3/1/0
| III Elektro- dynamik (11 cr) 4/2/0
|
| Phy- sikal. Wahl- pflicht- fach(10 cr) 6/0/0
| Nicht- phy- sikal. Wahl- pflicht- fach(10 cr) 6(-8)/0/0
| Fortge- schrittenen- praktikum I (6 cr) 6
|
1 Schein Experimental- physik2 Scheine Theoretische Physik 1 Schein Oberseminar
1 Gesamtschein Fortgeschr. Praktikum I - II und Labor- praktikum I - II
| 20
|
| 6 (30 cr)
| Physik der kondensierten Materie II (7 cr) 2/1/0
| IV Statistik/ Thermo- dynamik (11 cr) 4/2/0
|
| Fortge- schrittenen- praktikum II (6 cr) 6
| 20
|
| 7 (30 cr)
| Atome, Moleküle, Laser (5 cr) 2/1/0
| V Kontinuums- beschrei- bung (11 cr) 4/2/0
|
| Labor- praktikum I Umlauf (8 cr) 6
| 18
|
| 8 (30 cr)
| Ausgewählte Kapitel der modernen Physik (4 cr) 2/0/0
| VI Ausgew. Kapitel der Theoret. Physik (8 cr) 4/0/0
| Ober- seminar (4 cr) 0/2/0
| Labor- praktikum II Spezialisie- rung (12 cr) 6
| 14
|
| Fachprüfungen
|
9 10
| Diplomarbeit (einschließlich 3 Monate Vorbereitung) (60 cr)
|
+/o/* : + = Vorlesung / o = Übung / * = freiwillige Arbeitsgemeinschaft statt Pflichtseminar
A: Wahlfach Chemie / B: Wahlfach Informatik ( _ cr): ECTS-Bewertungspunkte
|
Verteilung der Bewertungspunkte:
| Grundstudium (4 Semester) | | 120 cr
|
| Hauptstudium (6 Semester) | | 180 cr
|
| davon:
|
| Experimentalphysik | 23 cr |
|
| Theoretische Physik | 41 cr |
|
| Oberseminar | 4 cr |
|
| physikalisches Wahlpflichtfach | 10 cr |
|
| nichtphysikal. Wahlpflichtfach | 10 cr |
|
| Fortgeschrittenenpraktikum | 12 cr |
|
| Laborpraktikum | 20 cr |
|
| Diplomarbeit | 60 cr |
|
| Insgesamt | | 300 cr
|
Anmerkung:
In der Stundentafel wurden die ECTS-Punkte der Wahlpflichtfächer (jeweils
10 cr) im Verhältnis 3:3:3:1 auf die Semester 5-8 verteilt.
B. Ausgewählte Lehrveranstaltungen des Grundstudiums
In diesem Abschnitt werden alle die Lehrveranstaltungen vorgestellt, die vom
Institut für Physik der Fakultät für Naturwissenschaften
angeboten werden. Die nachfolgend benutzten Abkürzungen entsprechen denen
der Stundentafel:
W steht für Wintersemester / S steht für Sommersemester.
Experimentalphysik I - Mechanik, Wärmelehre
Die Lehrveranstaltung gibt eine Einführung in die Grundlagen der
klassischen Mechanik und der Wärmelehre. Ziel ist die Demonstration des
Weges von der experimentellen Erfahrung zur quantitativen Formulierung der
grundlegenden Gesetze, wobei die Formulierung der Frage an die
Natur, die Durchführung und Auswertung des entsprechenden
Experiments und die Mathematisierung und Verallgemeinerung der gewonnenen
Erkenntnisse behandelt werden.
Inhaltliche Schwerpunkte sind: Kinematik und Dynamik einer Punktmasse,
Zweikörperbewegung, Mechanische Schwingungen und Wellen, Starre
Körper, Deformierbare Körper, Thermodynamik, Gaskinetik.
Es wird besonderer Wert auf die Vermittlung allgemeiner Methoden und
Prinzipien, die ständig wiederkehren, gelegt: z. B. Newtonsche
Grundgleichung, Konzept des harmonischen Oszillators, Stoßexperimente,
verschiedene Stufen der Modellbildung: Punktmasse - starrer Körper -
Kontinuum, thermodynamische (phänomenologische) und statistische
Beschreibung, Hauptsätze der Thermodynamik. Auf Anwendung in der Astro-,
Geo- und Teilchenphysik sowie der chemischen und Wärmetechnik wird
eingegangen.
In den Übungen wird die Beherrschung des Stoffes durch Lösen von
Aufgaben vertieft und kontrolliert. Weiterhin werden fakultative
Arbeitsgemeinschaften zur Wiederholung von Grundlagen und zur Vertiefung der
physikalischen und mathematischen Aspekte des Vorlesungsstoffes angeboten.
Experimentalphysik II - Elektrizitätslehre, Optik
Die Lehrveranstaltung gibt eine Einführung in die Grundlagen der
Elektrizitätslehre und der Optik und baut auf den Kenntnissen der
Experimentalphysik I auf. Ziel ist die Demonstration des Weges von der
experimentellen Erfahrung zur quantitativen Formulierung der grundlegenden
Gesetze.
Inhaltliche Schwerpunkte sind: Elektrostatik, Stationäre
Ströme, Magnetostatik, zeitabhängige Felder, zeitabhängige
Ströme, elektromagnetische Schwingungen und Wellen, geometrische Optik,
Wellenoptik, optische Geräte.
Es wird besonderer Wert auf die Vermittlung allgemeiner Methoden und
Prinzipien, die ständig wiederkehren, gelegt: z. B. Feldbegriff und
Beschreibung von Feldern, elektrische und magnetische Felder: Analogien und
Unterschiede, lange Spule und Plattenkondensator, Maxwellsche Gleichungen,
Beschreibung von Wellen und typische Wellenphänomene. Daneben wird
besonderer Wert auf das Interface zur technischen Beschreibung und
Anwendung (Elektrotechnik, Elektronik, optische Geräte, Laser) gelegt.
Außer den obligatorischen Übungen werden wiederum fakultative
Arbeitsgemeinschaften zur Wiederholung von Grundlagen und zur Vertiefung der
physikalischen und mathematischen Aspekte des Vorlesungsstoffes angeboten.
Experimentalphysik III - Atomphysik, Moleküle
Was ist ein Atom und wie groß ist es? Kann man einzelne Atome sehen?
Haben Elektronen oder Photonen Wellen- oder Teilchencharakter? Wie sind Atome
aufgebaut und wie entstehen daraus Moleküle, Cluster oder Festkörper?
In dieser Vorlesung wird die Beantwortung dieser Fragen mit historisch
wichtigen aber auch modernsten experimentellen Befunden in Angriff genommen.
Behandelt werden unter anderem Streuexperimente, die Wechselwirkung von Atomen
und Molekülen mit Licht verschiedener Wellenlänge und ihr Verhalten
in elektrischen und magnetischen Feldern. Vieles wird zunächst den
Eindruck erwecken, daß es sich hier lediglich um eine Aufreihung von
Beobachtungen handelt, und in der Tat ist es wirklich nicht leicht, die Atom-
und Molekülphysik ohne fundierte Quantenmechanik zu verstehen. Es ist
jedoch ein wichtiges Ziel der Vorlesung, die Beobachtungen systematisch zu
interpretieren und so an die formalen Aspekte heranzuführen, die dann im
vierten Semester in der Theorievorlesung mathematisch exakter behandelt werden.
Ein mindest ebenso wichtiges Ziel ist aber auch, mit modernen experimentellen
Methoden und Denkweisen vertraut zu werden, die zu neuen Entwicklungen wie z.
B. dem Laser oder dem Tunnelmikroskop geführt haben.
Schwerpunkte: Atom, Photon, freies Elektron, Grundeigenschaften von
Materiewellen, Wasserstoffatom, Grundzüge der Quantenmechanik, Optische
Übergänge, Mehrelektronensysteme, Periodensystem der Elemente, Atome
im elektrischen und magnetischen Feld, Aufbau der Moleküle, Energieniveaus
zweiatomiger Moleküle, Cluster, vom Atom zum Festkörper.
Experimentalphysik IV - Kerne, Elementarteilchen
Was sind tatsächlich die Grundbausteine der Materie? Woraus sind die
Atomkerne zusammengesetzt, was sind Hadronen, Leptonen, was sind Quarks? Was
sind die fundamentalen Wechselwirkungen zwischen diesen Teilchen und ihren
Antiteilchen? Wie in der Atomphysikvorlesung wird auch in dieser Vorlesung
versucht, sowohl die Ergebnisse historisch wichtiger Experimente als auch die
Beobachtungen der heutigen Hochenergiephysik heranzuziehen, um diese
fundamentalen Fragen zu beantworten, zumindest soweit sie heute beantwortbar
sind. Neben diesem faszinierenden physikalischen Neuland (Grundkräfte der
Natur) gilt es aber auch, eine ganze Menge von Fakten zu vermitteln, wie
Stabilität von Kernen, Kernspaltung, Kernfusion, radioaktiver Zerfall,
Wechselwirkung von -, - und -Strahlung mit Materie, Dosimetrie,
Strahlenschutz. Die Vorlesung befaßt sich mit Methoden wie der
Kernspinresonanz (NMR), dem Mössbauer-Effekt, der -Spektroskopie und mit
Stößen zwischen Elektronen und Positronen.
Schwerpunkte: Globale Eigenschaften der Kerne; Stabilität und
Zerfall von Kernen, Radioaktivität; Wechselwirkung von Teilchen mit
Materie; Kernreaktionen; Spezielle kernphysikalische Experimente;
Radioaktivität, Strahlenschutz, Kernkraftwerke; Kernkraft, Aufbau der
Kerne; Streuexperimente, Teilchenerzeugung; Grundkräfte der Natur;
Elementarteilchen.
Theoretische Physik I - Mechanik
BEWEGUNG EINES TEILCHENS
- Grundbegriffe
(Raum, Zeit, Bezugssystem, Relativitätsprinzip, Galilei- und
Lorentz-Transformation, Newtonsche Bewegungsgleichungen, Integrationsproblem)
- Eindimensionale Bewegung
(Geschwindigkeitsabhängige Kraft, ortsabhängige Kraft und
Potentialbegriff, freier Fall aus beliebiger Höhe, harmonischer
Oszillator, Reibungskraft, gedämpfter Oszillator ohne und mit harmonischer
Erregung, Greensche Funktion)
- Vektorielle Darstellung räumlicher Bewegungen
(Darstellung von Kurven und Flächen, Punktbewegung im Raum, isotroper
Oszillator, schiefer Wurf mit Reibung, Beschreibung von Drehbewegungen, Ladung
im homogenen Magnetfeld)
- Erhaltungssätze
(Erhaltungsgrößen, Impulssatz, Drehimpulssatz, Energiesatz, Kraft
als Potentialgradient)
- Bewegung im Zentralfeld
(Polarkoordinaten, Kombination von Drehimpuls- und Energiesatz, gebundene
Zustände, Planetenbewegung)
TEILCHENSYSTEME
- Zweiteilchensysteme
(Bewegungsgleichung und Wechselwirkung, Erhaltungssätze, Separation von
Schwerpunkts- und Relativbewegung, elastischer Stoß)
- Vielteilchen-Systeme
(Erhaltungssätze, Paar-Wechselwirkung, Übergang zur
Kontinuumsbeschreibung)
FORMALER AUSBAU DER MECHANIK
- Variationsprinzip der Mechanik
(Variationen von Bewegungsabläufen, Lagrange-Funktionen einfacher
Systeme)
- Phasenraum und Hamilton-Formalismus
(Bewegungsdarstellung im Phasenraum, Hamilton-Funktionen, Kanonische
Gleichungen, Zeitablauf, Erhaltungsgrößen, Poisson-Klammern und
formaler Übergang zur Quantenmechanik)
Theoretische Physik II - Quantenmechanik
Die Vorlesung behandelt die grundlegenden theoretischen Vorstellungen zur
Beschreibung von Vorgängen in der Mikrophysik. Ausgehend von
unverstandenen experimentellen Resultaten der klassischen Physik wird
schrittweise der mathematische Apparat der Quantentheorie entwickelt. Breiten
Raum nimmt die Anwendung der Schrödinger-Gleichung auf einfache
Quantensysteme (stückweise konstante Potentiale, harmonischer Oszillator,
Wasserstoffatom) ein. Der Spin wird im Kontext der nichtrelativistischen
Pauli-Gleichung eingeführt. Für Systeme, bei denen die Lösung
der Schrödinger-Gleichung problematisch ist, wird auf
Näherungslösungen (Variationsrechnung, Störungstheorie)
zurückgegriffen. Diese Verfahren werden u. a. auf Mehrteilchensysteme und
Streuprozesse angewendet, womit zugleich ein Ausblick auf die
weiterführende theoretische Vorstellung gegeben wird.
Schwerpunkte: Mathematische und physikalische Grundlagen,
Schrödinger-Gleichung, mathematischer Apparat der Quantentheorie,
Zentralkraftfeld, Spin, Näherungsverfahren, Mehrteilchensysteme,
Quantentheorie der Streuung.
Physikalisches Grundpraktikum I - IV
Im physikalischen Grundpraktikum lernen die Studenten an Beispielen, wie
physikalische Experimente geplant, aufgebaut, durchgeführt und ausgewertet
werden. Anhand von ausgewählten Versuchen aus der Mechanik,
Wärmelehre, Optik, Elektrik sowie der Atom- und Kernphysik werden dem
Studenten grundlegende physikalische Meß- und Untersuchungsverfahren
sowie fundamentale physikalische Gesetze und Phänomene vermittelt. Die
Studenten festigen bzw. erweitern dadurch ihre physikalischen Kenntnisse und
lernen physikalische Zusammenhänge zu verstehen.
Im physikalischen Grundpraktikum werden die Studenten zu selbständiger
Arbeit, einer exakten Protokollführung und zur kritischen Bewertung von
Meßgrößen angehalten. Sie erlernen die wesentlichen
Grundzüge einer Fehlerbetrachtung.
Für das Testat Physikalisches Grundpraktikum sind 38
Teilversuche zu bearbeiten.
C. Lehrveranstaltungen des Hauptstudiums
Die gewählten Abkürzungen entsprechen denen der Stundentafel:
W steht für Wintersemester / S steht für Sommersemester.
Physik der kondensierten Materie I
In der Vorlesung Physik der kondensierten Materie I wird eine
Einführung in die Eigenschaften kristalliner Festkörper ausgehend vom
Modell eines idealen unendlich ausgedehnten Kristalls gegeben. In adiabatischer
Näherung werden zunächst die langsamen Bewegungen der Atomrümpfe
von den schnellen der Elektronen im Festkörper getrennt und so
nacheinander die vibronischen, elektronischen und schließlich die
optischen, magnetischen sowie supraleitenden Eigenschaften der Festkörper
diskutiert.
Den Abschluß bildet eine Betrachtung der Effekte, die auftreten, wenn der
Festkörper in seinen Ausdehnungen stark eingegrenzt ist, z. B. in
Quantentöpfen, -drähten und -punkten.
In den Übungen geht es im wesentlichen darum, ein Verständnis
für die Größenordnung der Parameter, die den Festkörper
beschreiben, zu erlangen, z. B. Energie der Bandlücke von Halbleitern im
Verhältnis zur thermischen Energie kT. Dies ist von enormer Wichtigkeit,
um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines physikalischen Effektes im
Experiment abschätzen zu können.
Physik der kondensierten Materie II
In der Vorlesung Physik der kondensierten Materie II werden
aufbauend auf den erworbenen Kenntnissen der Festkörpereigenschaften
schwerpunktmäßig spektroskopische Methoden zur Charakterisierung von
Festkörpern, speziell auch von deren Oberflächen vorgestellt.
Einführend wird ein Überblick über die Probenpräparation
insbesondere im Ultrahochvakuum sowie über Wachstumsverfahren, speziell
Epitaxie, gegeben. Anschließend werden die verschiedenen Sonden
(z. B. Elektronen, Licht) und deren Wechselwirkung mit den
Festkörpern diskutiert und es wird der unterschiedliche Informationsgehalt
der Methoden verglichen. Nach der Behandlung elektronenspektroskopischer
Methoden, u. a. Auger- und Photoemissionsspektroskopie, und optischer Methoden
wie Infrarot- und Ramanspektroskopie werden schließlich elektrische
Meßmethoden vorgestellt. Ein Überblick über neueste
Entwicklungen auf dem Gebiet der Rastersondenmethoden bilden den Abschluß
der Vorlesung.
In den Übungen werden die Experimente an unterschiedlichen Apparaturen des
Instituts demonstriert.
Atome, Moleküle, Laser
- Atome
(Elektronische Struktur, Auswahlregeln, Eigenwerte, Wasserstoffatom,
Schrödinger-Gleichung)
- Moleküle
(Chemische Bindung, Wasserstoffmolekül (Variationsprinzip Näherung
Hund/Mulikan, Heitler/London), Born-Oppenheimer Näherung, Frank-Condon
Prinzip, Schwingungszustände, Rotationszustände, Reaktionsdynamik,
Magnetische Eigenschaften)
- Wechselwirkung Strahlung - Materie
(Lineare Respons, Nichtlineare Eigenschaften)
- Laser / Maser
(Wirkungsweise (Bilanzgleichung, Kohärenz), Gas - Laser,
Festkörperlaser, Farbstofflaser)
- Moderne spektroskopische Techniken
(Kohärente Experimente, Sättigungsspektroskopie, Laserkühlen von
Atomen, Magnetische Resonanz Experimente, Level-Crossing-Experimente,
Molekularstrahlen / Cluster, Wellenpaketdynamik, Fluoreszenzkorrelation)
Ausgewählte Kapitel der modernen Physik
Die Vorlesung Ausgewählte Kapitel der modernen Physik versucht
auf fundamentaler Basis moderne Aspekte der Festkörperphysik zu
vermitteln. Sie befaßt sich mit speziellen Problemen, wobei eine
mikroskopische Beschreibung im Vordergrund steht. Die Vorlesung behandelt
vorwiegend metallische Systeme, diskutiert auf dieser Basis jedoch auch
Metall-Isolatorübergänge. Es werden Subsysteme wie statische
Struktur, Elektronensystem, dynamische Struktur, deren
Energie-Impuls-Zusammenhänge und deren Wechselwirkungen zueinander
vorgestellt. Vor allem werden dabei auch charakteristische Änderungen beim
Übergang vom ungeordneten zum quasi-kristallinen und letztendlich zum
einkristallinen Fall vorgestellt.
Theoretische Physik III : Elektrodynamik
- Elektrostatisches Feld:
- Quellen = Ladungen/ Felder hochsymmetrischer
Ladungsverteilungen/ elektrostatisches Potential/ Multipolentwicklung/
Poisson-Gleichung / Bildladungen/ Potentialtheorie
- Induktionsfelder stationärer Ströme:
- Wirbel = Ströme/
Stromdichte und Ladungserhaltung/ Biot-Savart-Gesetz/ Vektorpotential
- Dipole und Dipolschichten:
- elektrisches und magnetisches Dipolmoment/
Potential und Feld/ Drehmoment und Kraft im äußeren Feld/
Larmor-Präzession
- Statische Felder in Materialien:
- mikroskopische und makroskopische
Ladungen, Ströme und Felder/ orientierte und induzierte atomare Dipole/
Felder (E, D, P) und (B, H, M)/ Materialgleichungen/ Materialgrenzflächen/
Magnetostatik
- Maxwellsche Gleichungen:
- Induktionsgesetz und Lenzsche Regel/
elektromotorische Kraft und Bezugssystem/ Selbst- und Gegeninduktivität/
Verschiebungsstrom/ Viererpotential/ Eichbedingung/ retardierte Potentiale
- Energie und Impuls:
- Feldenergie (Selbst- und Wechselwirkungsanteile)/
potentielle Energie und Kräfte/ Energiedichte und Energiestromdichte/
Lorentz-Kraft/ Impulsdichte und Maxwell-Tensor/ Wechselwirkung zwischen
Stromschleifen
- Zeitabhängige elektromagnetische Felder:
- langsam bewegte Ladungen/
Skineffekt/ Wellengleichung und Telegraphengleichung/ Phasengeschwindigkeit/
Brechungsindex/ ebene Wellen/ Kugelwellen/ elektrische Dipolstrahlung
(Wellenzone und Nahzone)/ Strahlungsdruck
- Anwendungen und mathematische Hilfsmittel:
- Feldberechnung bei geg.
Ladungen, Strömen, Materialverteilungen/ Energien und Kräfte/
Wellenausbreitung und Streuung/ Vektorfelder, Quellen, Wirbel/ Linien-,
Flächen-, Volumenintegrale, Integralsätze/ Green-Funktionen,
partielle Differentialgleichungen/ Kugel-, Zylinderfunktionen
Theoretische Physik IV : Statistik / Thermodynamik
- Thermodynamische Beschreibung:
- Gleichgewicht/ Zustandsgrößen/
Prozeßgrößen/ Zustandsgleichungen/ Modellsysteme
- Hauptsätze:
- Zustandsgröße innere Energie /
Wärmekapazitäten/ Irreversibilität/ Kreisprozesse/
Zustandsgröße Entropie/ Temperatur/ Clausius-Ungleichung/
Entropiefunktion nahe T=0
- Thermodynamische Potentiale und Gleichgewichtsbedingungen:
- Gibbssche
Fundamentalbeziehung/ chemisches Potential/ Entropiemaximum im abgeschlossenen
System/ Variationsverfahren mit Nebenbedingungen/ Phasengleichgewicht und
-übergänge/ Clausius-Clapeyron-Gleichung/ Massenwirkungsgesetz
- Statistische Gesamtheiten:
- Verteilung (Binomial-, Gauss-, Poisson-)/
Mittelwerte/ Schwankungen/ Entropie und Information/ Phasenraumbewegung/
Liouville-Satz/ Boltzmann-Faktor/ mikrokanonische und kanonische Verteilung/
statistischer Operator/ Mastergleichung/ Ergodizität
- Mikrozustände und thermodynamischer Zustand:
- Boltzmannscher
Entropiebegriff/ Zustandsdichte und Abzählen von Mikrozuständen/
Übergang zur Thermodynamik/ Berechnung und Einsatz von Zustandssumme und
-integral
- Gleichgewicht bei Teilchenaustausch mit Reservoir:
- großkanonische
Verteilung/ großkanonischer Formalismus/ Äquivalenz der kanonischen
Verteilung im thermodynamischen Grenzfall
- Anwendungen:
- ideales Gas/ ideale Gase im äußeren Feld/ Van
der Waals-Gas/ Virial-entwicklung/ Magnete und Dielektrika/ praktische
relevante Prozesse (Adiabaten, Carnot, Joule-Thomson)/ Kinetik und
Transportprozesse (Maxwell-Verteilung, Diffusion, Wärmeleitung,
Boltzmann-Gleichung)/ harmonischer Oszillator/ ideale Quantengase (Fermionen,
Bosonen)/ Schwarzkörperstrahlung/ Zweiniveausystem/ Ising-Modell
Theoretische Physik V: Kontinuumsbeschreibung
Ziel der Vorlesung ist es, eine Einführung in moderne feldtheoretische
Ansätze zur Beschreibung deformierbarer Medien zu geben sowie praktisch
relevante Grundkenntnisse der Elastizitätstheorie und der Hydrodynamik zu
vermitteln. Es werden die wesentlichsten kinematischen Tensoren (u. a.
Deformations- und Geschwindigkeitsgradient) behandelt, und es wird der
(Cauchysche) Spannungstensor eingeführt. Wichtige
elastizitätstheoretische Modelle (Dehnung, Scherung, Torsion, Biegung)
werden im Kontext der linearisierten Beschreibung (geometrische und
physikalische Linearisierung) dargestellt. Das Kapitel Hydrodynamik ist den
Bewegungsgleichungen für ideale und viskose Fluide gewidmet, aus denen
grundlegende Gesetzmäßigkeiten der Fluiddynamik (z. B.
Wirbelsätze, Lösungen für einfache Strömungsgeometrie)
abgeleitet werden. Einige weiterführende Fragestellungen (z. B.
nichtlineare Materialgesetze, Stabilitätstheorie: Knicklast, Turbulenz)
werden gestreift.
Schwerpunkte: Grundlagen der Kinematik deformierbarer Körper,
Grundlagen der Kinetik, Elastizitätstheorie, Hydrodynamik
Theoretische Physik VI: Ausgewählte Kapitel der modernen Physik
- Wärmestrahlung
- Strahlungsfeld und Photonen
- Photonenstatistik
- Berechnung thermodynamischer Zustandsgrößen
- Zustandsdichte und Spektralverteilungen
- Quantenstatistische Beschreibung zeitabhängiger Zustände
- Statistischer Operator und von-Neumann Gleichung
- Reine und gemischte Zustände
- Zustandsentwicklung in abgeschlossenen Systemen
- Zeitabhängigkeit von Mittelwerten und Entropie
- Relaxationsprozesse in makroskopischen Systemen
- Quantenmechanische Berechnung von Übergangsraten (golden rule)
- Energieaustausch durch externe Störungen
- Energieerhaltung bei internen Störungen / Problem strahlungsloser Prozesse
- Mastergleichung und Irreversibilität
- Relaxierendes Teilsystem im Wärmebad
- Relaxation von Zwei- und Mehr-Niveau-Systemen
- Elektron-Photon-Wechselwirkung
- Wechselwirkungen geladener Teilchen mit elektromagnetischen Feldern
- Lagrange-Funktion des Strahlungsfeldes und Hamilton-Formalismus
- Eigenschwingungen und Photonenzahl
- Induzierte Emissions- und Absorptionsprozesse
- Quantelung des Strahlungsfeldes, Photonenzustände und Oszillatortechnik
- Raten spontaner und induzierter Prozesse
- Dipolnäherung, Absorptionsquerschnitte, Summenregeln für Oszillatorstärken
Oberseminar
Das Oberseminar soll den Studenten die Möglichkeit geben, die Erarbeitung
eines Themas mit der notwendigen Hintergrundinformation und das Vortragen des
Erarbeiteten zu erlernen. Die Themen des hier angebotenen Oberseminars
gehören zur theoretischen und experimentellen Festkörperphysik und
zur Materialforschung, wobei zu jedem Thema sowohl theoretische Ansätze
als auch experimentelle Ergebnisse abgedeckt werden. Im einzelnen sollen
behandelt werden:
Fullerene und Fulleride, Landauer-Büttiker Theorie, Spingläser,
Glasübergang, Bulk metallischer Gläser, Nanokristalle, Fraktale,
Relaxationen
Physikalisches Wahlpflichtfach
Üblicherweise beanspruchen die Lehrveranstaltungen zum Physikalischen
Wahlpflichtfach einen Zeitraum von 2 Semestern. Dabei kann die
Gesamtstundenzahl flexibel auf Vorlesungen und Übungen aufgeteilt sein. In
jedem Studienjahr werden ca. 4 verschiedenenWahlpflichtfächer aus dem
Gesamtangebot gelesen. Die Wahlpflichtfächer sind Professuren zugeordnet
und im Abschnitt III C einzeln aufgeführt.
Nichtphysikalisches Wahlpflichtfach
Nichtphysikalische Wahlpflichfächer werden vom Institut für Chemie
und von anderen Fakultäten angeboten. Die Lehrveranstaltungen umfassen in
der Regel einen Zeitraum von 2 Semestern, eine Aufteilung in Vorlesungen und
Übungen ist möglich. Angeboten werden ausgewählte Lehrgebiete
aus den Bereichen:
- Betriebswirtschaftslehre
- Informatik
- Chemie / Physikalische Chemie
- Mathematik
- Technische Thermodynamik
- Strömungsmechanik
- Informationstechnik / Mikromechanik
- Elektronik / Mikroelektronik
Fortgeschrittenenpraktikum I und II
Das Fortgeschrittenenpraktikum hat neben der praktischen Durchführung
wichtiger Experimente und damit der Vermittlung von Fachwissen vor allem die
Aufgabe, das Arbeiten im Labor, die entsprechend kurzfristige Einarbeitung in
immer wieder neue Themen, die Protokollierung der Experimente, die kritische
Auswertung physikalischer Messungen, deren Niederschrift und Verteidigung zu
vermitteln. Es wird dabei angestrebt, die Studierenden soviel wie möglich
selbständig durchführen zu lassen. Besonderer Wert wird darauf
gelegt, wie das Meßprotokoll geführt wird und daß das
Auswertungsprotokoll alle Komponenten wie Einleitung, Experimentelles,
Meßergebnisse und Diskussion, sowie Zusammenfassung enthält, die
später in einer Diplomarbeit verlangt werden.
Jeder Student hat einen ca. 20 - 30 minütigen Vortrag über einen von
ihm durchgeführten Versuch zu halten. Damit soll die verbale
Verteidigung physikalischer Ergebnisse rechtzeitig geübt
werden. Die einzelnen Versuche werden durch ein Testat anerkannt. Es sind
insgesamt 24 Versuche zu absolvieren.
Laborpraktikum I: Umlaufpraktikum
Das Laborpraktikum I (Umlauf) soll die Studenten nach dem
Fortgeschrittenenpraktikum weiter an die Laborarbeit heranführen. Deshalb
werden die Versuche dieses Praktikums in den Labors der einzelnen Professuren
an Geräten durchgeführt, die auch für die Forschung genutzt
werden. Es handelt sich also um Aufgabenstellungen, die an die
Forschungsschwerpunkte der Professuren angelehnt sind.
Ein weiteres Anliegen besteht darin, das die Studenten das Forschungsprofil des
Institutes kennenlernen und Entscheidungshilfen für die Wahl des
Diplomthemas erhalten.
Um die Einheit von Theorie und Experiment zu betonen, werden auch von den
Professuren der theoretischen Physik Aufgabenstellungen angeboten.
Die Studenten können unter den angebotenen Aufgaben beliebig wählen,
mit der Einschränkung, daß alle gewählten Versuche in
verschiedenen Professuren und mindestens einer in der theoretischen Physik
durchgeführt werden.
Für die Protokollführung gelten die gleichen Grundsätze wie im
Fortgeschrittenenpraktikum. Auch im Umlaufpraktikum hält jeder Student
einen Vortrag über einen von ihm durchgeführten Versuch. Es werden
insgesamt sieben Versuche durchgeführt und jeweils durch ein Testat
anerkannt.
Laborpraktikum II: Spezialisierung
Das Laborpraktikum II (Spezialisierung) ist das letzte Praktikum vor der
Diplomarbeit. In diesem Praktikum wird, nach freier Wahl der Arbeitsgruppe,
über das ganze Semester hinweg ein abgeschlossenes, in der Regel
forschungsnahes Thema behandelt. Diese Thema kann im Zusammenhang mit der im
darauffolgenden Semester beginnenden Diplomarbeit stehen, doch ist die Wahl der
Diplomarbeit und der Forschungsgruppe völlig frei von der Wahl des
Praktikumsthemas. Der Zeitrahmen für die Durchführung des Praktikums
wird mit dem jeweiligen Betreuer vereinbart.
Das Praktikum wird durch ein Auswerteprotokoll, das mit
einemTextverarbeitungsprogramm geschrieben sein muß, abgeschlossen und
das Thema zum Ende des Semesters verbal in einem 20 - 30
minütigen Vortrag verteidigt.
(©) L. Feige (10/1997)