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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. MechanikKinematik
Geradlinige Bewegung (Translation)Allgemeine nichtgeradlinige BewegungKreisbewegung (Rotation)
Dynamik der TeilchenImpuls, Impulserhaltung, KraftDrehimpuls,Energie, EnergieerhaltungVerschiebungsenergie (potentielle Energie)Bewegungsenergie (kinetische Energie)
Starre KörperSchwerpunkt, Drehmoment, Trägheitsmoment, Steinerscher Satz
GravitationRelativitätstheorie
3. Elektrodynamik (Elektrizität und Magnetismus) Elektrische Wechselwirkung( Maxwellsche Gleichung)
Ladung, LadungserhaltungCoulombgesetz, E -Feld, Potential, Dipol Vektorfelder, Gaußscher SatzMaterie im elektrischen Feld (Dielektrikum) Kapazität, KondensatorenEnergie im elektrischen FeldOhmsches Gesetz, Leitfähigkeit, Widerstand
Magnetische Wechselwirkung( Maxwellsche Gleichung) Lorentzkraft, Kraft und Drehmoment auf einen elektrischen Strom Magnetfeld eines stromdurchflossenen LeitersMagnetischer FlußMaterie im magnetischen Feld, Dia-, Para-, Ferromagnetismus
Zeitabhängige elektromagnetische FelderInduktionsgesetz ( Maxwellsche Gleichung)Maxwellscher Verschiebungsstrom ( Maxwellsche Gleichung) Selbstinduktion, Induktivität, SpulenEnergie des magnetischen Feldes
Werkzeuge zurecht legen!Messen, Statistik, Unsicherheiten, Fehler…Vektoranalysis, Differentialgleichungen, komplexe Zahlen,...
4. Schwingungen, harmonischer OszillatorUngedämpfte harmonische SchwingungenÜberlagerung (Superposition) von zwei harmonischen Schwingungen Gekoppelte harmonische OszillatorenGedämpfte harmonische SchwingungenErzwungene Schwingungen (Resonanz)
5. WellenWellenausbreitung und Wellengleichung
WellenausbreitungWellengleichung für elektromagnetische Wellen Energie und Impuls einer elektromagnetischen WelleHertz'scher DipolFouriertheoremFourieranalyse einer periodischen BewegungFourierintegral für nichtperiodische Bewegungen
(Unschärfebeziehungen) Phasen- und Gruppengeschwindigkeit
Interferenz und BeugungReflexion und Brechung von WellenSuperposition (Interferenz) von WellenInterferenz von zwei synchron emittiertenWellenInterferenz von N synchron emittierten Wellen Stehende Wellen (Eigenwertproblem)Zwei- und dreidimensionale stehende Wellen (Membran, Resonator) Beugung von WellenBeugung am EinfachspaltBeugung am DoppelspaltBeugungsgitter (N Spalte) Röntgenbeugung an Kristallen
6. Experimentelle Grundlagen der QuantenphysikPhotonen (Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie)
Compton-Effekt Photo-Effekt
Teilchen und FelderMateriefelder, de Broglie-Wellen Elektronen- und Neutronenbeugung Beugung von Elektronen am Doppelspalt ('Gedankenexperimente')Heisenbergsche Unschärferelation und Prinzipien der
Quantenmechanik
7. Quantenmechanik, Schrödingergleichung SchrödingergleichungPotentialstufeTeilchen im Potentialkasten und Niveaudichte
8. Wasserstoffatom und Aufbau des Periodischen SystemsWasserstoffatomElektronenstruktur der Atome (Periodisches System)
9. Bändermodell des FestkörpersBindungstypenPeriodisches Potential (qualitativ)Modell der freien ElektronenElektronenbewegung in einem periodischen Potential (quantitativ)Leitfähigkeit von Festkörpern (Leiter, Halbleiter, Isolatoren) Elementare Schaltelemente (pn-Übergang, Transistor)
10. LaserHohlraumstrahlung (Plancksches Strahlungsgesetz)Elektromagnetische ÜbergängeLaserprinzip und Anwendungen von Lasern
Vergleich mit Giancoli
“Physics is a number”
1. Einleitung
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
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
Erinnerung V1:
• Systematische Fehler
• Zufällige (statistische) Fehler
Messgenauigkeit & Fehler
Systematische Fehlerreproduzierbar
bestimmter zeitlicher Verlauf
Zufällige (statistische) Fehlernicht reproduzierbar
regelloser zeitlicher Verlauf
Bekanntesystematische Fehlerwertmäßig erfassbar
Unbekanntesystematische Fehler
wertmäßig nicht erfassbar
Korrigierbare Fehlerdurch Korrektionberücksichtigen
Nicht korrigierbare FehlerFehlergrenzen (statistisch)
ermitteln
Messergebnis 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 !