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Inhalt der Vorlesung:
Dieses Modul gibt eine Vertiefung der experimentellen Grundlagen aus den Vorlesungen Physik I-IV, mit speziellem Augenmerk auf der Vernetzung der verschiedenen Themen. Dies wird an verschiedenen im Alltag wichtigen Phänomenen, sowie einigen grundlegenden Experimenten der Physik-Geschichte diskutiert. Insbesondere gehören dazu Atmosphären- und Klimaphysik, sowie verschiedene Formen der Energie-Umwandlung in verschiedenartigen Kraftwerken.
Das Modul besteht aus einer Vorlesung (2 Lektionen pro Woche) und Selbststudium. Das Modul wird mit einer mündlichen Prüfung abgeschlossen und ergibt im Total 5 ECTS.
Lernziele: Am Ende der Veranstaltung sollten Studierende folgende Fähigkeiten erworben haben:
1. Die Ähnlichkeiten und Unterschiede von klassischer, relativistischer und Quantenmechanik beschreiben und bei der Lösung von Problemen anwenden können.
2. Den Einfluss verschiedener grundlegender Wechselwirkungen und der Thermodynamik auf Enerige-Umwandlungs-Techniken beschreiben und quantifizieren.
3. Optische Himmelsphänomene verstehen und quantitativ beschreiben
4. Grundlegende Experimente der Physik-Geschichte beschreiben und die physikalischen Hintergründe sowohl auf experimenteller wie theoretischer Seite erklären.
5. Ähnlichkeiten und Unterschiede in der mathematischen Behandlung und dem physikalischen Inhalt von Strömungslehre und Elektromagnetismus beschreiben und quantifizieren
Leistungsnachweis:
- genügende Note in der Schlussprüfung.
Literatur:
Die in der Vorlesung gezeigten Folien sind unten verfügbar.
Weitere Literatur:
- Demtröder, Experimentalphysik 1-4, Springer
- Feynman lectures Band 1-3, Addison-Wesley
- Gherthsen, Meschede Physik, Springer
Skript zu den Vorlesungen Physik I und II (PDF, 39 MB)
Skript zu den Vorlesungen Physik III und IV (PDF, 10 MB)
Vorläufiger Plan Inhalt (in Semesterwochen):
Wochen 1/2: Treibhauseffekt: Strahlungsgesetze, Molekülabsorption, mittlere freie Weglänge, Temperatur-Gradient in der Atmosphäre, Strahlungsgleichgewicht in der Troposphäre, Klimageschichte, Eisbohrkerne
Wochen 3-5: Energieumwandlungstechniken: Photovoltaik, Windgeneratoren, Wasserkraftwerke (Lauf-, Speicher-, Pumpspeicher-), Geothermie, Kernspaltung, Kernfusion
Wochen 6/7: Energiespeicherung: Elektrochemisch (Batterien), Gravitationell (Wasser), Chemisch (Wasserstoff, Methan, Ammoniak), Thermisch
Woche 8: Optische Himmelsphänomene: Regenbogen, glory, Nebensonnen, blauer Himmel, weisse Wolken, grüner Blitz, Fata Morgana, Insekten-Navigation mittels Himmelspolarisation
Woche 9: Diffusion als Grundlage des Ohm'schen Gesetzes: Diffusion von Elektronen, Photonen, Molekülen, elastische Eigenschaften von Polymeren
Wochen 10/11: Turbulenz, Konvektion und Musterbildung: Reynolds-Zahl, Navier-Stokes, statistische Eigenschaften turbulenter Strömungen, der Übergang zur Turbulenz, Konvektion, Atmosphärendynamik
Woche 12: Gravitationswellen, ihr Ursprung und ihre Detektion
Wochen 13/14: Kernphysikalische Messmethoden: NMR, MRI, eSR, muSR, Mössbauer (Pound-Rebka Experiment), Neutronenstreuung.
In der Vorlesung gezeigte Powerpoint Folien:
Gravitationswellen (PPTX, 2 MB)
Notizen aus der Vorlesung
Näherungen von irrationalen Zahlen und Naturkonstanten (PDF, 78 KB)
