Phy121 Physik II

Inhalt der Vorlesung:

Dieses Modul ist die Fortsetzung von PHY111 Physik I, das eine Einführung in experimentellen Grundlagen der klassischen Mechanik umfasst. Hier werden die thermische Bewegung als Erweiterung der klassischen Mechanik sowie die elektrischen und magnetischen Phänomene behandelt, die auch die optischen Phänomene erklären.

Das Modul besteht aus einer Vorlesung (4 Lektionen pro Wochen), sowie wöchentlichen Übungen (jede Woche zwei Stunden Besprechung). Das Modul wird mit einer Prüfung Ende Juni abgeschlossen und ergibt im Total 8 ECTS.

Lernziele: Am Ende der Veranstaltung sollten Studierende folgende Fähigkeiten erworben haben:

1. Die Funktionsweise von Wärmemaschinen quantitativ beschreiben können

2. Den mikroskopischen Ursprung des irreversiblen Verhaltens thermischer Systeme verstehen und mit der Entropie quantitativ beschreiben können

3. Wärmeleitung quantitativ beschreiben mit Hilfe der Diffusionsgleichung.

4. Phasenübergänge sowohl mikroskopisch wie makroskopisch beschreiben.

5. Den Einfluss von Ladungsverteilungen auf elektrostatische Felder mit Hilfe der Poisson-Gleichung quantitativ beschreiben.

6. Das Verhalten elektrischer Schaltungen (Widerstände, Kondensatoren, Spulen) sowohl bei Gleichstrom wie Wechselstrom quantitativ beschreiben.

7. Den Einfluss von elektrischen Strömen auf Magnetfelder mit Hilfe der Maxwell-Gleichungen quantitativ beschreiben können

8. Magnetische und dielektrische Eigenschaften der Materie nach ihrem Ursprung klassifizieren und nach ihrem Verhalten beschreiben

9. Den Ursprung und die Bedeutung der Maxwell-Gleichungen verstehen

10. Den Zusammenhang zwischen optischen und elektro-magnetischen Phänomenen kennen und quantitativ beschreiben können

11. Polarisation als Welleneigenschaft elektro-magnetischer Wellen quantitativ beschreiben können in Hinblick auf Ursprung und Auswirkungen.

12. Effekte von Interferenz und Beugung kennen und deren Einfluss auf Mikroskopie verstehen.

13. Den Einfluss von geometrischen Eigenschaften und Brechungsindizes auf Abbildungen quantitativ beschreiben.

Leistungsnachweis:

- genügende Note in der Schlussprüfung. Zusätzlich 60 % der Übungen sinnvoll bearbeitet

Literatur:

Die in der Vorlesung gezeigten Folien sind unten verfügbar.

Weitere Literatur:

- Demtröder, Experimentalphysik 2, Springer

- Feynman lectures Band 2, Addison-Wesley

- Ghertsen, Meschede, Physik, Springer

- Tipler, Physik

- Giancoli, Physik

- Halliday, Resnik, Walker, Halliday Physik

- Skript zu den Vorlesungen Physik I und II (PDF, 39 MB)(Version 21.07.21)

Das Skript enthält neben dem Vorlesungsstoff Physik I/II auch Hintergrundinformationen und Kapitel die nicht behandelt wurden. Diese sind manchmal gekennzeichnet, aber nicht immer. Für die Prüfungen relevant sind die Vorlesungsmitschriften (siehe "Notizen aus der Vorlesung" unten).

In der Vorlesung gezeigte Powerpoint Folien:

Thermodynamik (PDF, 80 MB)(Version 15.03.24 - inkl. multiple choice Fragen)

Elektrostatik und Ströme (PDF, 1 MB) (Version 18.04.24 - inkl. multiple choice Fragen)

Magnete und Elektrodynamik (PDF, 4 MB) (Version 10.05.24 - inkl. multiple choice Fragen)

Elektromagnetische Wellen und Optik (PDF, 6 MB) (Version 15.01.24)

Podcasts der Vorlesungen finden Sie aus dem FS 23 hier und laufend aktualisiert vom FS24 hier

Notizen aus der Vorlesung

Woche 1 Stunden 1 und 2 (PDF, 423 KB)

Woche 1 Stunden 3 und 4 (PDF, 681 KB)

Woche 2 Stunden 1 und 2 (PDF, 753 KB)

Woche 2 Stunden 3 und 4 (PDF, 1022 KB)

Woche 3 Stunden 1 und 2 (PDF, 240 KB)

Woche 3 Stunden 3 und 4 (PDF, 1021 KB)

Woche 4 Stunden 1 und 2 (PDF, 4 MB)

Woche 4 Stunden 3 und 4 (PDF, 856 KB)

Woche 5 Stunden 1 und 2 (PDF, 605 KB)

Woche 5 Stunden 3 und 4 (PDF, 863 KB)

Woche 7 Stunden 1 und 2 (PDF, 850 KB)

Woche 7 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)

Woche 8 Stunden 1 und 2 (PDF, 750 KB)

Woche 8 Stunden 3 und 4 (PDF, 764 KB)

Woche 9 Stunden 1 und 2 (PDF, 781 KB)

Woche 9 Stunden 3 und 4 (PDF, 962 KB)

Woche 10 Stunden 1 und 2 (PDF, 245 KB)

Woche 10 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)

Woche 11 (PDF, 934 KB)

Woche 12 Stunden 1 und 2 (PDF, 701 KB)

Woche 12 Stunden 3 und 4 (PDF, 863 KB)

Woche 13 Stunden 1 und 2 (PDF, 1 MB)

Woche 13 Stunden 3 und 4 (PDF, 846 KB)

Woche 14 Stunden 1 und 2 (PDF, 171 KB)

Woche 14 Stunden 3 und 4 (PDF, 2 MB)

Fragestunde (PDF, 1 MB)

Vorläufiger Plan Inhalt (in Semesterwochen):

Woche 1: Temperatur, kinetische Gastheorie, irreversible Prozesse, Transport durch Diffusion

Woche 2: innere Energie, spezifische Wärmen, thermodynamische Potentiale, der erste Hauptsatz, Carnot-Prozess, van der Waals-Gase

Woche 3: Entropie und der zweite Hauptsatz, mikroskopische Interpretation in der statistischen Mechanik, Boltzmann-Verteilung, thermische Maschinen

Wochen 4: Phasenübergänge, Konvektion, Wärmestrahlung

Woche 5: Elektrostatik, elektrische Ladungen und Potentiale, elektrische Flussdichte; Faraday-Käfig, Poisson-Gleichung, Satz von Gauss

Woche 6: elektrische Dipole, elektrische Polarisation und Kapazität; Eigenschaften von Dielektrika; Energie-Dichte des elektrischen Feldes, van der Waals-Kraft

Woche 7: elektrische Leiter und Ströme, Widerstand, Regeln von Kirchhoff, Leitungsmechanismen, Halbleiter

Woche 8: Satz von Gauss für die magnetische Flussdichte, Ursprung des Magnetfelds in elektrischen Strömen, Gesetz von Biot-Savart und Ampere, Lorentz-Kraft, spezielle Feldverteilungen, Massenspektrometer, Magnetisierung, magnetische Dipole

Woche 9: magnetische Eigenschaften der Materie: Dia-, Para-, und Ferromagnete, NMR, B-Feld ist ein Effekt der Relativitätstheorie

Woche 10: Induktion, Elektromotor und Generator, elektrische Schwingkreise,

Woche 11: die Maxwell-Gleichungen, elektromagnetische Wellen,

Woche 12: Wellenoptik, Polarisation, Intensität, Interferenz und Beugung

Woche 13: Beugung, geometrische Optik; Abbildungen und Linsen

Woche 14: optische Eigenschaften der Materie, Farben, Regenbogen, Zusammenfassung

Übungen

Gruppeneinteilung FS24 (PDF, 27 KB)

Näherungen von irrationalen Zahlen und Naturkonstanten (PDF, 78 KB)

Blatt 1 (PDF, 517 KB)

Blatt 2 (PDF, 144 KB)

Blatt 3 (PDF, 275 KB)