PN 1 Einführung in die Experimentalphysik Für Chemiker

Transkript

1 PN 1 Einführung in die Experimentalphysik Für Chemiker Nadja Regner, Thomas Schmierer, Gunnar Spiess, Peter Gilch Lehrstuhl für BioMolekulare Optik Department für Physik Ludwig-Maximilians-Universität München

2 Team Experimente Gunnar Spieß Tel: Übung Nadja Regner? Tel: Thomas Schmierer Tel: Vorlesung PD Dr. Peter Gilch Tel: Oettingenstr. 67 Zimmer: 0.23 Sprechstunde nach Vereinbarung

3 Termine Vorlesung Freitag Liebig- Hörsaal Liebig- Hörsaal Übung Mittwoch

4 Wie funktioniert die Übung? 1. Jeden Freitag wird in der Vorlesung ein Übungsblatt ausgeteilt. Dieses finden Sie auch auf der Internet-Seite. 2. Bearbeiten Sie dieses Blatt alleine oder mit Kollegen vor der Übungsstunde. 3. In den Übungsstunden werden dann die Aufgaben von Ihnen oder vom Betreuer vorgerechnet. Die Teilnahme an der Übung wird nicht bewertet! Sie ist aber eine sehr gute Vorbereitung auf die Klausur!

5 Vorlesung mit elektronischer Kreide Elektronische Kreide bietet das Beste beider Welten Prof. Jan von Delft

6 Was muss ich tun? 1. Aus dem Internet unter den Lückentext herunterladen und ausdrucken. Der Text wird als PDF-Datei abgelegt, es gibt eine Version mit zwei Folien pro Blatt und eine mit einer Folie pro Blatt. Der Lückentext wird ca. eine Woche vor der Vorlesung ins Netz gestellt. (Auf der Internet-Seite finden sich auch viele andere Informationen zu Vorlesung und Übung, also regelmäßig nachschauen!) 2. Zur Vorlesung gehen! 3. Mit mir zusammen den Lückentext ausfüllen.

7 Literatur (Vorschläge) Man kann ein Studium bestehen, ohne je in eine Vorlesung gegangen zu sein, aber kaum, ohne je in ein Lehrbuch geschaut zu haben. Physik Paul A. Tipler Spektrum Akademischer Verlag ISBN: Kurzes Lehrbuch der Physik G. Klages Springer, Berlin ISBN: Physik für Hochschulanfänger H. Wegner Teubner Studienbücher ISBN: Physik für Mediziner und Pharmazeuten V. Harms Harms Verlag ISBN:

8 Disclaimer Wir versuchen natürlich, bei der Ausarbeitung der Folien und der Übungsblätter möglichst wenig Fehler zu machen. Es werden aber Fehler passieren! Auf diese können Sie sich in der Klausur nicht berufen! Falls Sie Zweifel an von mir verbrochenen Formeln haben, schauen Sie in ein Lehrbuch!

9 Sie sind durchgefallen. Klausur Schonen Sie Vater, Mutter und Kinder, lernen Sie! Oh! Durchgefallen! Welch garstig Wort! Wie sag ich s dem Vater, der Mutter, der Kinder siebenköpf ger Schar? Die Klausur des letzten Jahrs finden Sie im Netz! Nach Endes des Semesters wird eine zweistündige (120 min) Klausur geschrieben. Termin: Freitag, , Uhr (Liebig- und Buchner-Hörsaal) Diese wird mit ~ 50 % der maximalen Punktzahl bestanden. Kurz vor Beginn des Sommersemesters wird eine Wiederholungsklausur angeboten. Termin: Freitag, , Uhr (Liebig- und Buchner-Hörsaal) Zugelassen zur Klausur sind: Taschenrechner, mathematische Formelsammlung, ein handschriftlich beidseitig beschriebenes DIN A4-Blatt

10 Mathematische Grundlagen Naturwissenschaftler brauchen Mathematik! Sie werden in diesem (und anderen) Kurs ohne Mathematik-Kenntnisse nicht bestehen. Rather be Lisa not Homer! Leider reicht unsere Zeit nicht aus, Ihnen all diese Kenntnisse zu vermitteln. Wir müssen auf schulische Vorkenntnisse bauen! Reichen Ihre Vorkenntnisse? Check-Liste im Internet unter:

11 Wofür? Physik im Überblick Kräfte, Masse, Trägheit Arbeit und Energie Impuls Drehbewegungen Schwingungen Wellen, Akustik Spezielle Relativitätstheorie Temperatur und ideales Gas Energie und Entropie Was haben wir vor? Physikalische Größen, Die Kunst des Messens, Bewegungen Gravitationsgesetz, Himmelsmechanik Mechanik deformierbarer Körper, Flüssigkeiten Statistische Deutung der Thermodynamik Wiederholung, Fragen zur Klausur Mechanik Thermodynamik

12 Wofür (in Gottes Namen) braucht ein Chemiker Physik?

13 Weil dieses Jahr ein Physiker den Nobelpreis für Chemie erhält! Gerhard Ertl Fritz Haber Institut

14 "The underlying physical laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the exact application of these laws leads to equations much too complicated to be soluble." P.A.M. Dirac, 1929

15 Was meint Herr Dirac?...underlying physical laws... Schrödinger Gleichung H ˆψ = Eψ Wasserstoffatom Wasserstoffmolekül Glas Wasser

16 Vielteilchen-Problem Ist das Sonnensystem stabil? Kann man nicht exakt ausrechnen! König Oskar II von Schweden Jules Henri Poincaré 1888 Wechselwirkung von nur drei Körpern allgemein nicht exakt lösbar!

17 Beispiele für die Bedeutung der Physik in der Chemie (sehr subjektiv vom Dozenten ausgewählt, auf keinen Fall vollständig) N 2 + 3H 2 2 NH 3

18 N 2 + 3H 2 2 NH 3 Ammoniak-Synthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren. Reaktion wird heterogen katalysiert. Katalysator besteht aus Fe 3 O 4, K 2 O, CaO, Al 2 O 3, SiO 2

19 Von der Schwarzen Kunst zur exakten Chemie Mechanismus nach Ertl Physikalische Methoden (Auswahl): AES Auger Electron Spectroscopy FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy HREELS High Resolution Electron Energy Loss Spectroscopy LEED Low Energy Electron Diffraction PEEM PhotoEmission Electron Microscopy SIMS Secondary Ion Mass Spectroscopy UPS Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy

20 Trennung und Reinigung von Substanzen Destillation Labor Industrie

21 Elementaranalyse Experiment Spektroskopie und Flammenfärbung

22 Aufbau organischer Moleküle - NMR Isomerie: Molekül kann bei gegebener Summenformel verschiedene Strukturen haben. Welche liegt vor?

23 Struktur von Proteinen - Röntgenbeugung Mittels Röntgenbeugung wurde die 3D-Struktur des Reaktionszentrums der Photosynthese aufgeklärt. (Nobelpreis für Chemie 1988 an Deisenhofer, Michel und Huber) Experiment Beugung von Licht

24 Messen mit Licht Entfernungen und schnelle Reaktionen Lichtgeschwindigkeit c = m/s a) Die Zeit ist bekannt der Weg wird gemessen: Experiment Anwendung, z.b.

25 Messen mit Licht Entfernungen und schnelle Reaktionen a) Die Weg ist bekannt die Zeit wird gemessen: Licht braucht für einen Weg von 1 mm 3, s Messung sehr schneller chemischer Reaktionen (Femtosekundenspektroskopie) Probe Pump Signal Zeit

26 Die Photosynthese ist so schnell! Bei der Photosynthese wird Lichtenergie zunächst in elektrische Energie umgewandelt. Für diese Umwandlung werden Elektronen zwischen Molekülen übertragen. Mittels Femtosekundenspektroskopie kann dieser Übertrag verfolgt werden.

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28 Die Physik im Überblick Angewandte Physik: Astrophysik, Biophysik, Atomphysik, Optik,... Statische Physik, Thermodynamik Allgemeine Relativtätstheorie Kern- und Teilchenphysik Quantenmechanik, Quantenelektrodynamik Spezielle Relativtätstheorie Mechanik Elektrodynamik Gravitationskraft Elektrische Kraft Schwache Kernkraft Starke Kernkraft Die fundamentalen Kräfte