Physik II / FS09 Vorlesung: Jürg Osterwalder, Ergänzungsstunde (En): Matthias Hengsberger, Org. Übungsstunden (Un): Hugo Dil

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1 Physik II / FS09 Vorlesung: Jürg Osterwalder, Ergänzungsstunde (En): Matthias Hengsberger, Org. Übungsstunden (Un): Hugo Dil 1 Mo, 16. Feb. Fortsetzung Thermodynamik: Ausführliche Repetition der bisher behandelten Thermodynamik: Zustände, Mikrosystem, Makrosystem, kin. Gastheorie; neu: Maxwell-Boltzmannsche Geschwindigkeitsverteilung; Diffusion, zuerst bildlich, dann quantitativ: 1. Ficksches Gesetz, Diffusionskonstante, auch 3D-Fall, Illustration im 2D Fall (-> Gradient), 2. Ficksches Gesetz. 2 Di, 17. Feb. Beispiel einer zerfliessenden Gaussverteilung als Lösung der Diffusionsgleichung, 1. Hauptsatz der Thermodynamik, Festlegung der Vorzeichen von Wärmezufuhr und Arbeit, Bsp. Expansion eines Gases, Diskussion: innere Energie als Zustandsgrösse, Wärmeleitung, -gleichung mit Beispiel Holzhaus, Wärmestrahlung, Stefan-Boltzmannsches Gesetz (mit Verweis auf Physik III). E1 Mi, 18. Feb. Zirkulationsströmungen, Wirbel, Magnuseffekt U0 3 Mo, 23.Feb. Molare Wärmekapazitäten der Stoffe (Gase, feste Körper), Aequipartitionstheorem, eingefrorene Freiheitsgrade, Dulong-Petit, Beispiele von Zustandsänderungen: C_V und C_p bei Gasen, isotherme Expansion. 1

2 4 Di, 24. Feb. Adiabatische Prozesse, adiabatische Kompression des idealen Gases, Adiabatengleichung, Kreisprozesse, der Stirlingmotor, der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine am Beispiel des Stirlingmotors, Erwähnung des maximalen Wirkungsgrades mit Verweis auf 2. Hauptsatz, Wärmepumpe (qualitativ), Peltier-Elemente als Beispiel elektrischer Arbeit. E2 Mi, 25. Feb. Dynamischer Auftrieb, Vektoranalysis U1 5 Mo, 2. März Joule-Thomson-Effekt, Enthalpie als Zustandsfunktion, Bsp. ideales Gas, reales Gas, Inversionstemperatur, Phasenübergänge, Umwandlungswärmen bei Wasser und bei Eisen. 6 Di, 3. März Berechnung der Dampfdruckkurve aus der van der Waals-Gleichung, Phasendiagramme, Wasser: Sieden, Anomalie, Salzlösungen, Luftfeuchtigkeit, 2. Hauptsatz der Thermodynamik, Carnot-Prozess und sein Wirkungsgrad. E3 Mi, 4. März Vektoranalysis, Sätze von Gauss und Stokes U2 7 Mo, 9. März Intuitive Formulierungen des 2. Hauptsatzes ( Pfeil der Zeit ) erzählt, nicht an der Tafel, max. Wirkungsgrad, reduzierte Wärme-mengen, Def. Entropieänderung, Entropie als Zustandsgrösse, Entropiefunktion des idealen Gases, weitere Formulierungen des 2. Hauptsatzes mit der Entropie, Entropie und Wahrscheinlichkeit, Boltzmann-Formel. Beginn Elektrostatik: die Coulombkraft und das elektrische Feld. 8 Di, 10. März Superpositionsprinzip, Dipolfeld als Beispiel, Kräfte 2

3 und Drehmomente auf Dipole, Wassermoleküle, das elektrostatische Potential, E=-gradV, Beispiel Punktladung: Potential aus Feld und Feld aus Potential, Superpositionsprin-zip für das Potential, kontinuierliche Ladungsverteilungen, Beispiel unendlich langer gerader geladener Draht. E4 Mi, 11. März Allgemeines Lösungsverfahren für Differentialgleichungen, Repetition komplexer Zahlen, charakteristische Gleichung U3 9 Mo, 16. März Satz von Gauss, Fluss eines Vektorfeldes, Bsp. kugelförmige und zylinderförmige Ladungsverteilungen, Ladungsverteilungen auf Leitern, E-Feld und Oberflächenladungsdichte, E-Feld und Krümmungsradius, E-Feld an Spitzen. 10 Di, 17. März Felder und Ladungen in Hohlräumen von Leitern, Faraday-Käfig, van-de-graaf-generator, Influenz, Kapazität, Plattenkondensator, Energiedichte des elektrischen Feldes, Dielektrika, Steighöhe einer dielektrischen Flüssigkeit in Plattenkondensator. E5 Mi, 18. März Allgemeine Lösung der homogenen DGL, Fallunterscheidungen Fundamentalsystem mit Beispielen, Lösung der inhomogenen DGL U4 11 Mo, 23. März JO in Dresden Polarisation, elektrische Suszeptibilität, Polarisationsflächenladungsdichte, dielektrische Verschiebung D, Satz von Gauss für das D-Feld, Energiedichte des Feldes im Dielektrikum, allg. Satz von Gauss für Vektorfelder, 1. Maxwellgleichung für E 3

4 12 Di, 24. März JO in Dresden und für D, Poissongleichung, Laplacegleichung, stationäre elektrische Ströme, Stromstärke, Stromdichte. Wirkung des elektrischen Stroms, elektrischer Widerstand und Leitfähigkeit, spezifischer Widerstand, Joulesche Wärme, Spannungsquellen, elektromotorische Kraft, Innenwiderstand, die Kirchhoffschen Regeln, Rezept zu deren Anwendung. E6 Mi, 25. März Lösung der inhomogenen DGL eines gedämpften harmonischen Oszillators, ungedämpft, überkritische und kritische Dämpfung, erzwungene Schwingung U5 13 Mo, 30. März Magnetostatik, magnetische Induktion, Feldlinienverlauf, Absenz von Quellen und Senken, 2. Maxwell-Gleichung, Gesetz von Biot-Savart, Beispiel gerader Leiter, Umlaufintegrale, Gesetz von Ampère, Magnetfeld eines Solenoids, differentielle Form, Rotation, 4. Maxwell-Gleichung. 14 Di, 31. März Satz von Stokes (als math. Grundlage), die Lorentzkraft, Hall-Effekt, Bewegung von geladenen Teilchen im Solenoidfeld, Kräfte auf Leiter im B-Feld, Kraft zwischen zwei stromfüh-renden Leitern, Magnetfelder in Materie, magn. Dipolmoment, diamagnetische und paramagnetische Materialien, Magnetisierung. E7 Mi, 1. April Fourieranalyse: Idee, Reihenentwicklung, Fourierkoeffizienten U6 15 Mo, 6. April Rep.: Lorentzkraft, magnetisches Dipolmoment, Materie im Magnetfeld, Magnetisierung; neu: das Magnetfeld H, Stetigkeitsbedingungen an Grenzflächen,. 4

5 Ferromagnetismus (phänomenologisch), Hysterese, Domänen, 16 Di, 7. April Das Induktionsgesetz, magnetischer Fluss, elementarer Generator, 3. Maxwell-Gleichung, Wechselspannungsgenerator, Lenz sche Regel und Energieerhaltung, Elihu-Thomson-Experiment, Wirbelströme, gegenseitige Induktion von Spulen. E8 Mi, 8. April Dirichlet-Bedingungen, Fourierreihe im Komplexen, Fouriertransformation, Korrelationsfunktionen U7 O S T E R F E R I E N 17 Mo, 20. April Selbstinduktion, Koeffizienten der gegenseitigen und Selbstinduktion (L), Anwendung Transformator (unbelastet), Energieargument für belasteten Transformator, Ein- und Ausschaltvorgänge an einer Spule, Energieinhalt einer stromdurchflossenen Spule, Energiedichte des Magnetfeldes, Auf- und Entladen eines Kondensators. 18 Di, 21. April Zusammenfassung der Maxwell-Gleichungen, Maxwell scher Verschiebungsstrom, harmonische Wechselströme, komplexe Schreibweise, Impedanz, Zeigerdiagramme, Impedanzen von C, L, R, Anwendungsbeispiel, Tiefpassfilter und Spannungsteiler, Arbeitsleistung eines Wechselstromes. E9 Mi, 22. April SRT: Historisches, Inertialsysteme, Gleichzeitigkeit, Kausalität U8 19 Mo, 27. April Der Thomson sche Schwingkreis, gedämpfte Schwingungen, unterkritische, kritische und über- 5

6 kritische Dämpfung, Serie- und Parallelresonanzkreis, Amplitude und Phasenlage bei Resonanz; Wellenlehre: erzwungene Schwingungen, Resonanz. 20 Di, 28. April Lösung der Differentialgleichung, Einschwingvorgang, Resonanz, Bedeutung der Phase, verschiedene Beispiele, gekoppelte Schwingungen, Normalschwingungen, Eigenfrequenzen, allgemeine Lösung gekoppelter Differentialgleichungen, Beispiel der Schwebung, Energie pendelt hin und her. E10 Mi, 29. April SRT: Einsteinsche Postulate, Lorentztransformation, Raumzeit, Minkowski-Raum U9 21 Mo, 4. Mai Viele gekoppelte Oszillatoren -> Medium und Wellen, Wellengleichung und allgemeine analytische Form von Wellen, Spezialfall: harmonische Wellen, Ortsbild, Zeitbild, Polarisation, Superposition, stehende Wellen, Wellen in verschiedenen Medien, transversale Seilwellen. 22 Di, 5. Mai Stehende Wellen bei beidseitig eingespannter Saite, Eigenfrequenzen und Eigenschwingungen, Schallwellen in einem Stab, longitudinal und transversal, Schallwellen in Gasen, Kompressibilität, Schallgeschwindigkeit, Schalldruck, stehende Schallwellen in Orgelpfeifen. E11 Mi, 6. Mai SRT: Vierervektoren, Lorentzinvariante, Längenkontraktion, Zeitdilatation U10 23 Mo, 11. Mai Elektrische Drahtwellen, Beispiel Koaxialkabel, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenwiderstand einer 6

7 Drahtleitung, Verwendung zur Signalübermittling, Reflexionen und reflexionsfreier Abschluss, Energiefluss einer Schallwelle, Intensität. 24 Di, 12. Mai Schallpegel, Fourierreihen, Fourierintegrale, Frequenzspektren, Phasen- und Gruppengeschwindigkeit, Wellengruppen und packete, Dispersion ω(k), Dopplereffekt bei bewegtem Empfänger und bewegtem Beobachter. E12 Mi, 13. Mai SRT: Mechanik im Minkowski-Raum, Impuls, Energie, Masse-Energie-Äquivalent U11 25 Mo, 18. Mai Mach scher Kegel, elektromagnetische Wellen, Hertzscher Dipol (nur qualitativ), EM Spektrum, summarische Diskussion der Erzeugung von EM Wellen, Ausbreitung von Wellen in 3D, Prinzip von Huygens, geometrische Optik, Brechungsindex, Reflexion und Brechung, Prinzip von Fermat. 26 Di, 19. Mai Totalreflexion, Lichtleiter, krumme Lichtstrahlen, Linsen, Abbildungen etc. (nur erwähnt), Dispersion und Brechung, Prisma, Regenbogen, Interferenz von Wellen in 1D und 3D, Zwei-Quellen-Interferenz, Strahlteiler (Quincke), Interferenz mit Licht, kohärentes und inkohärentes Licht, Bedingung für Interferenz. E13 Mi, 20. Mai SRT: Maxwell-Gleichungen U12 27 Mo, 25. Mai Young sche Interferenz mit Doppelspalt, Erklärung der Fernfeldnäherung, Beugung am Einzelspalt, Theorem von Babinet, Beugung an einem Strich-gitter mit Experimenten und Demo auf Webseite, zum Abschluss 7

8 noch Demonstration des Sonnenuntergangs. 28 Di, 26. Mai Reserve E14 Mi, 27. Mai SRT: Elektrostatisches Potential, Ladungserhaltung 8