Vorlesung Physik I für Ingenieurstudiengänge
Übungen Physik I für Ingenieurstudiengänge
Vorlesung Physik III für Ingenieurstudiengänge

Vorlesung Physik II für Ingenieurstudiengänge
Übungen Physik II für Ingenieurstudiengänge



Physik I für Ingenieurstudiengänge

(Wintersemester 2008/2009)




Dr. rer. nat. habil. P. Streitenberger
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Fakultät für Naturwissenschaften
Institut für Experimentelle Physik



Gliederung der Vorlesung



Vorlesung   Lehrbuch-    Themen
kapitel
Mechanik der Punktmasse und des starren Körpers

1. 2Physikalische Größen und Einheiten
- SI-Basiseinheiten, abgeleitete Einheiten

3Kinematik der Punktmasse
- Raum, Zeit, Bezugssystem
- Die gleichförmige Bewegung
- Die gleichmäßig beschleunigte Bewegung
- Freier Fall. Senkrechter Wurf
- Allgemeine Definition von Geschwindigkeit und Beschleunigung. Ungleichmäßig beschleunigte Bewegung
- Geschwindigkeit und Beschleunigung als Vektoren. Zusammengesetzte Bewegung
- Die gleichförmige Kreisbewegung
- Die ungleichförmige Kreisbewegung

2. 4Dynamik der Punktmasse
- Der Kraftbegriff in der Physik. Zusammensetzung und Zerlegung von Kräften
- Das Trägheitsgesetz (1. NEWTONsches Axiom)
- Das Grundgesetz der Dynamik (2. NEWTONsches Axiom)
- Träge und schwere Masse. Gewichtskraft. Radialkraft
- Kraftstoß. Impuls (Bewegungsgröße)
- Lösung der Bewegungsgleichung für konstante Kraft. Die Wurfbewegung
- Das Wechselwirkungsprinzip (3. NEWTONsches Axiom)

3. 5Bewegte Bezugssysteme
- Geradlinig beschleunigte Bezugssysteme. Trägheitskräfte
- Gleichförmig rotierende Bezugssysteme. Zentrifugalkraft, CORIOLIS-Kraft
- Inertialsysteme. Relativitätsprinzip der klassischen Mechanik
- Grundzüge der speziellen Relativitätstheorie

4. 7Arbeit und Energie
- Arbeit
- Leistung. Wirkung
- Der Energiebegriff. Potentielle und kinetische Energie
- Das Gesetz von der Erhaltung der Energie (Energiesatz)
- Äquivalenz von Masse und Energie
8- Gravitationsgesetz, Arbeit gegen die Schwerkraft
- Kosmische Geschwindigkeiten

5. 9Dynamik der Punktmassen-Systeme
- Impulserhaltungssatz. Massenmittelpunkt
- Die Gesetze des Stoßes
- Raketenantrieb

6.10Statik des starren Körpers
- Freiheitsgrade des starren Körpers
- Kräfte am starren Körper. Drehmoment. Gleichgewichtsbedingungen
- Kräftepaar
- Der Schwerpunkt
- Arten des Gleichgewichts

11Dynamik des starren Körpers (1)
- Bewegung eines frei beweglichen Körpers bei Einwirkung einer Kraft
- Kinetische Energie der Drehbewegung. Massenträgheitsmoment

7.11Dynamik des starren Körpers (2)
- Arbeit und Leistung bei der Drehbewegung. Grundgesetz der Dynamik
- Der Drehimpuls (Drall). Drehimpulserhaltungssatz
- Kreiselbewegungen. Freie Achsen
- Bewegung des symmetrischen Kreisels (Präzession)

Mechanik der Fluide

8.14Ruhende Flüssigkeiten und Gase
- Druck in Flüssigkeiten (hydrostatischer Druck)
- Schweredruck. Auftrieb. Schwimmstabilität
- Druck in Gasen. Zusammenhang zwischen Druck, Volumen und Dichte
- Schweredruck in Gasen. Barometrische Höhenformel
- Erscheinungen an Grenzflächen. Oberflächenspannung
- Benetzung und Kapillarwirkung

9.15Strömungen idealer Flüssigkeiten und Gase
- Das Strömungsfeld. Kennzeichnung und Einteilung von Strömungen
- Strömungen idealer Fluide. Kontinuitätsgleichung
- Die BERNOULLIsche Gleichung. Druckmessung

10.15Strömungen realer Flüssigkeiten und Gase
- Laminare Strömung
- Gesetze von HAGEN-POISEUILLE und STOKES
- Umströmung durch reale Flüssigkeiten und Gase. REYNOLDS-Zahl

Thermodynamik und Gaskinetik

11.16Verhalten der Körper bei Temperaturänderung
- Die Temperatur und ihre Messung
- Thermische Ausdehnung fester und flüssiger Körper
- Durch Änderung der Temperatur bewirkte Zustandsänderung der Gase
- Der absolute Nullpunkt
- Die thermische Zustandsgleichung des idealen Gases

17Der I. Hauptsatz der Thermodynamik (Energiesatz)
- Wärmemenge und Wärmekapazität
- Innere Energie eines Systems. Formulierung des I. Hauptsatzes
- Spezifische Wärmekapazität. Kalorische Zustandsgleichung
- Anwendung des I. Hauptsatzes auf spezielle Zustandsänderungen des idealen Gases

12.18Kinetische Gastheorie
- Die Masse der Atome und Moleküle
- Druck und mittlere quadratische Geschwindigkeit der Gasmoleküle
- Grundgleichung der kinetischen Gastheorie
- Die MAXWELLsche Geschwindigkeitsverteilung der Gasmoleküle
- Das BOLTZMANNsche Verteilungsgesetz
- Molekularenergie und Temperatur. Wärmekapazität der Körper
- Gemische idealer Gase

13.19Der II. Hauptsatz der Thermodynamik (Entropiesatz)
- Der CARNOTsche Kreisprozess
- Reversible und irreversible Vorgänge. II. Hauptsatz
- Entropie. Entropieänderung bei irreversiblen Prozessen
- Entropie und Wahrscheinlichkeit
- Satz von der Unerreichbarkeit des absoluten Nullpunkts (III. Hauptsatz)

14.20Reale Gase. Phasenumwandlungen
- Die VAN-DER-WAALSsche Zustandsgleichung. Gasverflüssigung
- JOULE-THOMSON-Effekt. Erzeugung tiefer Temperaturen
- Gleichgewicht zwischen flüssiger und gasförmiger Phase. Dampfdruckkurve. Sieden und Verdunsten
- Gleichgewicht zwischen fester und flüssiger Phase. Schmelzdruckkurve
- Koexistenz dreier Phasen. Tripelpunkt
- Lösungen. Siedepunktserhöhung. Gefrierpunktserniedrigung

21Ausgleichsvorgänge
- Wärmeleitung. Wärmeübergang. Wärmedurchgang. Konvektion
- Diffusion



Lehrbuch zur Vorlesung

Heribert Stroppe, unter Mitarbeit von Heinz Langer, Peter Streitenberger und Eckard Specht:
PHYSIK für Studenten der Natur- und Ingenieurwissenschaften,
Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München, Wien, 14. Auflage, 2008, ISBN 978-3-446-41502-7.

Stroppe: PHYSIK


Beispiele und Aufgaben zu den Übungen

H. Stroppe, P. Streitenberger, E. Specht:
PHYSIK - Beispiele und Aufgaben, Band 1: Mechanik - Wärmelehre,
Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2., verbesserte Auflage, München, Wien, 2003.

H. Stroppe, P. Streitenberger, J. Zeitler, H. Langer, E. Specht:
PHYSIK - Beispiele und Aufgaben, Band 2: Elektrizität und Magnetismus - Schwingungen und Wellen - Atom- und Kernphysik,
Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2., verbesserte Auflage, München, Wien, 2005.

PHYSIK - Beispiele und Aufgaben, Band 1    PHYSIK - Beispiele und Aufgaben, Band 2


Ergänzungsliteratur (Auswahl)

E. Hering, R. Martin, M. Stohrer: Physik für Ingenieure, Springer, 1997.
P. Dobrinski, G. Krakau, A. Vogel: Physik für Ingenieure, Teubner, 1996.
E. Gerlach, P. Grosse: Physik - Eine Einführung für Ingenieure, Teubner, 1991.
D. Meschede: Gerthsen Physik, Springer, 2003.
W. Demtroeder: Experimentalphysik (mehrbändiges Werk), Springer, 1994.
Bergmann-Schaefer: Lehrbuch der Experimentalphysik (mehrbändiges Werk), Walter de Gruyter, 11. Auflage, 1998.





Physik III für Ingenieurstudiengänge

(Wintersemester 2008/2009)



Atom- und Quantenphysik
(mit Demonstrationsexperimenten)


Dr. rer. nat. habil. P. Streitenberger
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Fakultät für Naturwissenschaften
Institut für Experimentelle Physik

Inhalt

In der Vorlesung werden die experimentellen und theoretischen Grundlagen der Atom- und Quantenphysik dargeboten wie sie speziell von Ingenieuren in ihrer weiteren Ausbildung sowie in der späteren beruflichen Arbeit zunehmend benötigt werden. Dies gilt insbesondere in Hinblick auf solche Anwendungsgebiete wie die Lasertechnik, die Mikro- und Nanoelektronik, mikrostrukturelle Untersuchungsmethoden in den Materialwissenschaften oder molekulare Prozesse in der Verfahrenstechnik, um nur einige Beispiele zu nennen.

Behandelt werden unter anderem: Photonen, Materiewellen, Welle-Teilchen-Dualismus, Wellenmechanik, Grundprinzipien der Quantenmechanik, Anwendung auf einfache Systeme, Atombau und Spektren, induzierte Emission, Laser, Spin, Elektronen und Atome im Magnetfeld, verschränkte Quantenzustände, Quantenoptik, elektrische Eigenschaften von Festkörpern, Halbleiterlaser, Supraleitung, Suprafluidität, niedrigdimensionale und nanostrukturierte Systeme, Quanten-Hall-Effekt, Atomkerne, Elementarteilchen.

Voraussetzungen

Die Vorlesung baut auf den in den Kursen Physik I und Physik II für Ingenieurstudiengänge vermittelten Grundlagen auf und vertieft beziehungsweise ergänzt den dort behandelten Stoff zu den oben genannten Gebieten.

Zielgruppe

Die Vorlesung wendet sich insbesondere an die Studenten der Studiengänge ETIT, IMST, MTK, MB, WMB, VT, STK, BSYT, MSPG, UEPT, LB, BG, IF, MA, aber auch an alle anderen Interessenten.

Ort und Zeit

Dienstag, 15:15 Uhr bis 16:45 Uhr, in G16-054



©  E. Specht  2. September 2008