Vorlesungsbeginn 19.4.2004
 

     die Maxwellgleichungen (Integralform) fuer statische Felder (kons. ladungsverteilungen und Stroeme)
          Anwendung Gaussscher satz: Feld eines Zylinderkondensators (Zaehlrohr)
Anwendung Amperesches Gesetz:: B-feld einer unendlich langen Spule

      7.5: Materie im Magnetfeld
          Experimente: Kraft im inhomogenen Magnetfeld, Drehmoment im Feld  fuer Dia- und Paramgneten
                                F~1/T  fuer Paramagneten
           qualitative Erklaerung: Excistenz permanenter magnetischer Diole ( gekoppelt an Elektronenspin oder Bahnderehimpuls--> Atomphysik)
           Ausrichtung gehemmt durch thermische bewegung

          7.5.1: quantitative Beschreibung fuer beipiel: lange Spule mit Eisenkern
                      B= B₀ * mu_{r     ; magn. permeabilitaet
                  Tabelle mit typischen Werten der permeabilitaet fuer die 3 Stoffklassen.}

_{21.4.    Eisenmagnete, Saettigungsmagenetisierung, Rolle des eisenjochs,        wie erzeuge ich B=5T? (Beispiel)}

             _{7.6  Elektromagnetische Induktion
   Experimente:   Stabmagnet durch leiterschleife, Abhaengigkeit der Induktionsspannung von der geschwindigkeit
                          Doppelspule mit Induktionsschleife im Spalt: Spannung beim Ein- und Ausschalten, Abhaengigkeit von der Orientierung der schleife}

    _{Induktionsgesetz:   Uind = - d/dt (PHI)   ; Erklaerung von Fluss und Indfuz. Spannung}

               _{Form des E-felds: geschlossenene Feldlinien}

_{Anwendungen:   drehende Leiterschleife in konst. B-Feld  (Generator)
                               Oeffnen einer Leiterschleife im Erdmagentfeld
                              Induktionsspule um eine lange Spule
          7.6.1  Transformator
 a) Spannungstransformator   (Experiment: Transformator mit Eisenkern, teslatransformator)
b) Stromtransformator (Kurzschluss)  Experiment: Schweisstransformator}

    _{7.6.2:  Energieerhaltung und Vorzeichen der indusierten Spannung (Lenzsche Regel)}

        _{Beweglicher Leiter ueber Stomschleife}

26.4.:
         Lenzsche Regel
              Versuche: Thompsonscher Ring, Wirbelstrombremse,  schwebender Supraleiter ueber Permanentmagnet

     7.6.3  Selbstinduktion einer Spule
                 Induktivitaet
                 Ein- und Ausschaltvorgang in einen LR-Kreis
    7.6.4  Energie im elektromagneteischen Feld
                  Wel=1/2 Q2/C                              Wmag=1/2 LJ2
              Energiedichte
                   rhoel~ E2                                        rhomag ~ B2
       7.7  Kopplung der elektrischen und magnetischen Felder
                 Dei vollstaendigen maxwellgleichungen

28.4.
          7.8 Elektromagnetische Schwingungen

7.8.1   der ungedaempfte und gedaempfte Schwingkreis
               Loesungen: Eigenfrequenz, Daempfung,  Energiebilanz im Schwingkreis
                 d/dt(Wel+Wmag) = - R*J

              Schwingkreis mit ausserer Wechselspannung (erzw. Schwingung)
               Diskussion von Amplitude (Frequenz) und Phase vs. Frequenz
               Resonanzueberhoehung

8.  Wellen
    8.1 was sind Wellen
    - Versuche: Transversale und Longitudinale Stoerung in einer Siralfeder
   - ebene und Kuglewellen im Wassertank

Welelngleichung (1-dim) und allgemeine Loesung   : f= f( z-vt)  ofer f(z+vt)
was bedeutet das Physikalisch?

   8.1.1 die ebene lineare Welle
                Definition von Wellenlaenge, Frequenz, k, omega...

3.5.                  mathem. und graphische Beschreibung einer ebenen Welle

8.1.2  2- und 3 dimensional Wellen, Kugelwellen

   8.2 el.magnetische Wellen:

   -8.2.1 die ebene el. magn. Welle (Felder,...)
     8.2.2.  Intensitaet und Energiedichte in einer el.magn. Welle, Poyntingvektor
     8.2.3  Der Hertzsche Diplol (Ausstrahlungscharakteristik, E(r,theta), I(r,theta)

10.5.
    8.3  Licht als klassische Welle
      das el. magn. Spektrum
     8.3.1  die Lichtgeschwindigkeit
       8.3.2  Beugung und Interferenz
          - Doppelquelle (Wassertank)  , Diskussion und Beschreibung des Interferenzmusters
         - das Huygensche pPnzip
    8.3.3 Lichtbeugung am Doppelspalt, Bedingungen fuer Minima und Maxima, Beugungsordnungen
     8.3.4  Beugung am Gitter, Aufloesungsvermoegen eines Gitters bei messung von Wellenlaengen
         Exp. Gitterspektrometer: Zerlegung von sichtbarem Licht, H-Entladungslampe, best. der absoluten Wellenlaenge

12.5.
8.3.5 Beugung an kreisfoermiger Blende, qualitativ, Ergebnis der Rechn ung
       Anwendung: Aufloesungsvermoegen optischer Instrumente: Anwendung Linsenabbildung, Rayleighkriterium

  8.3.6 Beugung am Einzelspalt: Bedingungen fuer Minima und maxima
    Klass. Unschaerferelation:   d*k_x=2* pi = d* sin(alpha)* 2*pi/lambda

    Modulation der Intensitaet der Interferenzmaxima beim Gitter durch die Spaltfunktion
 8.3.7  Kohaerenz von Licht
    - Laenge von Wellenzuegen einzelner Atome, zufaellige Phasen und Polarisationszustaende bei 'natuerlichen ' Lichtquellen
     Exp. Das MIchelsoninterferometer, Nutzung zur Messung von Laengen und Wellenlaengen
8.3.8  Uebergang zur geometrischen Optik, bedingung and die Groesse von transversalen Beschraenkungen des Lichtweges.

   8.4 Geometrische Optik
    Reflexion

17.5.
    8.4.1 Brechung: (Snelliussches gesetz)
             Brechung im Wellenbild, Phasengeschw. im Medium
            Beispiele fuer Brechungsindices und Dispersion vs. Wellenlaenge

  8.4.2 Totalreflexion
     Winkel der Totalreflexion, Anwendungen in Lichtleitern, optischen Fasern...
     Exp: Brewchung von Mikrowellen in Kunsstoff. Totalreflexion, evaneszentes E-feld bei MTotalreflexion
     --> Durchgang von Strahlung durch schmalen Spalt bei Totalreflexion ==>Analogie zum Tunneleffekt

8.4.4 Optische Komponenten
   a) Prisma , Zerlegung von Licht, Monochromator
    b) Linsen: einfachste Linsengesetze: Parallelstrahl und Strahl durh Mittelpunkt.
            opt. Abbildung durch Linse
   c) Beispiele fuer optische Strahlengaenge:
          - Fraunhofersche beugung am Gitter (parallele Strahlen und Abbildung  des beugungsbilds)
         - Monochromator mit Prisma

19.5.
    8.4.5   Polarisation von Licht
     - Prinzip von Polarisationsfolien
     - Anwendungen (Exp.) : Drehung der Polarisationsebene durch opt. aktive Fluessigkeiten (Fruktose)
                      Sichtbarmachung von Spannunge in materialien (Plexiglas)
    - Polarisation des blauen Himmelslichts
    - warum ist der himmel blau bzw. abends rot ?

   8.4.6 Dopplereffekt fuer Schallwellen
    Aenderung der Frequenz  fuer bewegten Sender und bewegten Empfaenger
    Simulation des Dopplereffekts

     Simulation des machschen Kegels bei Ueberschallflug

Wiederholung von Stoff an Hand von Fragen und Aufgaben
hier eine Kopie der Fragen:  (kommt noch)

24.5.

9. Grundzuege und Ergebnisse der Relativitaetstheorie
    Konstanz der lichtgeschwindigkeit: Michelson-Moreley Experiment
     Einsteinsche Postulate
9.1. Konsequenzen aus den Einsteinschen Postulaten
   9.1.1  Zeitdilatation: bewegte Uhren gehen langsamer
   9.1.2 Laengenkontraktion: bewegte Massstaebe sind in Bewegungsrichtung kuerzer
   9,1,3  Gleichzeitigkeit
  9.1.4  Addition von Geschwindigkeiten: Lichtgeschwindigkeit ist Grenzgeschwindigkeit

26.5.
   9.1.5 : Experimentelle Verifikationen:
     - Teilchen geschwindigkeiten in Beschleunigern
     - Zerfallszeiten und Zerfallslaengen von Elementarteilchen (kosm. Myonen)

  9.2 Relativistische Mechanik
     9.2.1 : Ruheenergie, rel. Impuls und Beziehung zw. Energie und Impuls
     9.2.2 Anwendungen: inelast. Stoss
                       - Kernbindungsenergie
                        - Konsequenzen der relativist. Mechanik: Teilchenreaktionen

   9.2.4  wie sehen rel. bewegte Koerper aus?
\    hier ein schoener Link zu Movies und Erklaerungen: 
Aussehen schnell bewegter Koerper  

  Flug zu den Sternen?

2.6.
9.4 Grundannahmen und Voraussagen der allgemeine Relativitaetstheorie
            beschl. Bezugssysteme: Aequivalenz von traeger und schwerer Masse

            Licht im Schwerefeld: Energiegewinn, Lichtablenkung, Einsteinlinsen
            Gravitation und Raumkruemmung
Gravitationslinsen

             Haefele-Keating Experiment

10. Quantenphysik

  10.1. : die Strahlung eines schwarzen Koerpers. Exp. Fakten
      Wiensches Verschiebungsgesetz und Stefan -Boltzmann 

       Das Plancksche Strahlungsgesetz, wesentliche physikalische Aussagen

Plancksches Strahlungsgestz (hist.)
hohlraumstrahlung

       Das Plancksche Wirkungsquantung h .
  10.2  Der Photoeffekt
    - experimentelle fakten
   - Einsteinsche Lichtquantenhypothese
   - Test der Einsteinschen Beziehung

7.6.
.10.3 Roentgenstrahlung
    Entdeckung, Eigenschaften der roentgenstrahlung
   10.3.1: Interferenzbilder an Kristallen (Laue Diagramm), Beispiele (DNA)
    10.3.2: Braggsche Interferenz, Spektrum der Roentgenrohre
           Zaehlrohr, Charakt. und Bremsstrahlung
              - kurzwellige Grenze
    10.3.3  Absorption von Roentgenstrahlen: Compton und Photoeffekt, Absorptionskoeffizient
              I(d) = I0 * exp(- d*µ )      ; µ [cm^_-1]

Absorptionskoeffizienten fuer verschiedene Materialien vs E
Link zu anderen Materialien und Konstanten (NIST Tabellen)
Absorptionslaengen fuer Gewebe und Knochen

9.6.

   10.4   Photonen und Doppelspaltexperiment

           Wahrscheinlichkeit und Wellenfunktion
         (** Beispiel fuer Wellenfunktion: eben Welle)

     10.5 Interferenz von Teilchenstrahlen: Doppelspaltexp. mit Elektronen, C⁶⁰-Interferenz

  14.6.
   10.6 Heisenbersche Unschaerferelationen
             Beispiele:  - Doppelspalt
                              - Emission eines Photons, Relation zwischen  Delta (x) und Delta(k), Wellenpakete, wann reicht klassische Teilchenbahn?

                            - Energien von Elektron im Atom und Proton im Kern

    11. Atomphysik
        11.1   Atomgewicht, ordnungszahl, Isotope
                    Volumen und Jonisierungsenergie
    Atomvolumen und Jonisierungsenergie

       11.2 Anregung von Atomen
    Franck-Hertzversuch und Interpretation
     Messergebnis Franck-Hertz Versuch
  16.6.

      11.3: Atomspektren und Energiestufen
            H-Atom, Serien, Wasserstoffaehnliche (Alkali), FeinstrukturL Na -Dublett
            - Resonanzabsorption,  Fraunhoferlinien im Sonnenspektrum

            11.4 Struktur der Atome
                 a) koennen wir Atome sehen? - Elektronenmikroskop und Rastertunnel/Kraft- Mikroskopie
                   Atome sehen (Elektronenmikroskop und Rastermikroskope)
                    Kraftrastermikroskop: Bilder einzelner Atome

              b) Nachweis des Atomkerns
                      - Rutherfordstreuung
                      - Experiment

    11.5   H- Atom in der Quantenmechanik
                   a) klassische Planetenbahnen: --- kann wegen Abstrahlung nihct stabil sein

    21.6.
                     b) historischer Zwischenschritt: Bohrsches Atommodell

                    c) Aussagen der Quantenmechanik: die Elektronorbitale (Grundzustand)
 
     11.6  Die Schroedingergleichung
                a) einfache 1-dimensionale Probleme
                      - Kastenpotential: diskrete Energiestufen, Eigenfunktionen und Aufenthaltswahrscheinlichkeiten
                           Kastenpotential -> 1d quantum mechanics applet

                         -  Tunneleffekt: Wellenfunktion im verbotenen bereich, Transmissionswahrscheinlichkeit
                              --> Rastertunnelmikroskop, Feldemission
                           Tunnel Effekt applet
23.6.

                    - harmonischer 1d Oszillator: Energiestufen, Wellenfunktionen, Uebergang zum klassischen Oszillator

                      Beispiel:  Schwingungsfreiheitsgrad e bei  Molekuelen
                       eine Fuerung durch die Quantenmechanik mit schoenen Simulationen liefert:
                     Quantenmechanik online ->QM online

      11.7  Teilchen im Zentralpotential
                 a) Drehimpulsquantelung
                        Anwendung auf Rotator, Quantelung der rotationsenergie
                b) H-Atom: Coulombpotential 
                     Loesungen der Radialgleichung fuer l=0 und hoehere Drehimpulse

                 c) Diskussion der Elektronorbitale
                       Winkel und Ortsfunktionen
                 ELEKTRONEN-ORBITALE
                  Orbitale schematisch

                   Quantenmechanik online mit Filmen, applets und Bildern

      28.6.
              11.8   Atombau
              11.8.1   Elektronenspin und Pauliprinzip
               11.8.2 das periodische System der Elemente, Atomschalen und Besetzungszahlen

            Periodensystem (viele detaillierte Informationen)
     30.6.
             11.8.3   Spektren schwererer  Atome: Alkali und Helium
              11.8.4 Magnetische Momente, Stern-Gerlach-Versuch und Multiplizitaet der Spektren
              11.9 Molekuelbindung: H₂+ -Molekuel, Elektronenverteilung, Austauschenergie
                    qualitative Diskussion kovalenter Bindungen: Sigma- und Pi-Bindungen, Hybridisierung
       5.7.

             11.9   Elementares zur Molekuelspektroskopie, Beispiele

               12. Kernphysik
                Atomkerne und Nuklidkarte Bindung
                Nuklidkarte (detailliert mit Links zu allen Nukliden)

               12.1  Die Lage der stabilen Nuklide, Bindungsenergie
               12.2   Radioaktive Zerfaelle, natuerliche Radioaktivitaet