Experimentalphysik Wintersemester 2016/2017 Bachelorstudiengang Chemie 1. Fachsemester

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1 Experimentalphysik Wintersemester 2016/2017 Bachelorstudiengang Chemie 1. Fachsemester Vorlesung Mittwoch GHS Physik Prof. A. Pöppl Seminar Gruppe 1 Dienstag R 101 Dr. M. Jurkutat Gruppen 2 Dienstag HS 4 M. Sc. S. Reichardt Gruppe 3, 4 Dienstag HS 4 Dipl. Phys. J. Kohlrautz Klausur im WS: , GHS Physik (als Prüfungsvorleistung für Modulprüfung) Nachklausur: THS Physik Übungsaufgaben: Ausgabe: wöchentlich ab nach Vorlesung im Internet download: Abgabe: (Homepage Uni Leipzig Fakultäten Fakultät für Physik Homepage - Experimentalphysik II MQF Teaching) jeweils darauffolgende Woche vor Vorlesungsbeginn mit Name, Immatrikulationsnummer, Studiengruppe Modulprüfung: Praktikum im 2. Semester (7 Versuche) und Prüfungsklausur am Ende des 2. Semesters Kontakt: Prof. Pöppl Tel.: poeppl@physik.uni-leipzig.de Raum: 492a, Physik

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3 Experimentalphysik für Chemiker Einführung Hauptgebiete - Mechanik - (Wärmelehre Physikalische Chemie) - Elektrizität und Magnetismus - Optik Literatur - Pfeifer, Schmiedel, Stannarius Kompaktkurs Physik - Demtröder Experimentalphysik I und II - Hänsel, Neumann Physik I, II und III - Gerthsen Physik - Halliday, Resnick, Walker Physik - Tipler, Mosca Physik für Wissenschaftler und Ingenieure

4 Gegenstand der Physik Auffinden von Gesetzmäßigkeiten und Zusammenhängen in der Vielfalt der Naturerscheinungen und Erklärung der beobachtbaren Phänomene durch wenige Grundprinzipien Dies bedeutet: - Untersuchung der Grundbausteine der Materie und deren gegenseitige Wechselwirkungen - Grundverständnis der Materie aus ihrem Aufbau aus elementaren Teilchen - Reduzierung komplexer Naturvorgänge auf einfache Gesetzmäßigkeiten und damit deren Quantifizierung und Voraussagbarkeit Wichtigstes Werkzeug ist dabei das Experiment: Gezielte Abfrage an die Natur, auf die bei geeigneter experimenteller Anordnung eine eindeutige Antwort erhalten werden kann Messung physikalischer Größen

5 Messung bedeutet: -Vergleich mit einem Normal - physikalische Größe wird nach Maßzahl und Einheit (Dimension) bestimmt: Messgröße = Maßzahl Einheit - Gleichungen zwischen physikalischen Größen implizieren auch immer Gleichungen zwischen Einheiten. Dies kann zur Einheitenanalyse genutzt werden (schnelle Überprüfung der abgeleiteten Gleichung) Einheiten: - international durch SI-System festgelegt (SI Systéme Internationale) - im SI-System gibt es definierte Basiseinheiten für physikalische Grundgrößen und abgeleitete Einheiten - abgeleitete Einheiten werden mittels Formeln auf Basiseinheiten zurückgeführt

6 NA = mol-1

7 133 Cs Atomuhr PTB Braunschweig

8 NA = mol-1

9 Urmeter Pt/Ir-Legierung Sèvres, Frankreich International Bureau of Weights and Measures

10 NA = mol-1

11 Urkilo Pt/Ir-Legierung Sèvres, Frankreich International Bureau of Weights and Measures deutsche Kopie in Braunschweig, PTB

12 Neudefinition des Kilogramms - Avogadroprojekt N A Avogadrokonstante M molare Masse V Volumen Atome für 1 kg abzählen (N = nv): N A = mol -1 Anzahl von Atomen in 0,012 kg Kohlenstoff des Isotopes 12 C n Teilchendichte Bestimmung im Einkristall mit Röntgenlaserinterferometrie möglich, isotopenreines Material notwendig Bestimmung an kugelförmiger Probe mittels Interferometer m = MnV N A

13 Neudefinition des Kilogramms - Avogadroprojekt Atome für 1 kg abzählen (N = nv): m = MnV N A N A Avogadrokonstante N A = mol -1 Anzahl von Atomen in 0,012 kg Kohlenstoff des Isotopes 12 C M molare Masse 1 kg Kugel (d = (93, ) mm) aus hochreinen und hochangereicherten 28 Si (99,994 %) n Teilchendichte Bestimmung im Einkristall mit Röntgenlaserinterferometrie möglich, isotopenreines Material notwendig V Volumen Bestimmung an kugelförmiger Probe mittels Interferometer

14 Neudefinition des Kilogramms - Avogadroprojekt Atome für 1 kg abzählen (N = nv): m = MnV N A N A Avogadrokonstante N A = mol -1 Anzahl von Atomen in 0,012 kg Kohlenstoff des Isotopes 12 C M molare Masse 1 kg Kugel (d = (93, ) mm) aus hochreinen und hochangereicherten 28 Si (99,994 %) n Teilchendichte Bestimmung im Einkristall mit Röntgenlaserinterferometrie möglich, isotopenreines Material notwendig V Volumen Bestimmung an kugelförmiger Probe mittels Interferometer

15 NA = mol-1

16 Tripelpunkt H 2 O: T Tr = K p Tr = 0,61173 kpa Tripelpunkt und Phasendiagramm

17 NA = mol-1

18 NA = 6, mol-1

19 Kennzeichnung der Zehnerpotenzen Kennzeichen Abkürzung Zehnerpotenz exa E peta P tera T giga G 10 9 mega M 10 6 kilo k 10 3 hekto h 10 2 deka da 10 1 dezi d 10-1 centi c 10-2 milli m 10-3 micro 10-6 nano n 10-9 pico p femto f atto a 10-18

20 Einheiten der Zeit 1 Tag (d) = 24 Stunden (h) = 1440 Minuten (min) = s 1 Stunde (h) = 60 min = 3600 s 1 Jahr (a) = 365 d = s SI-fremde Maßeinheiten 1 mile (mi) [GB, USA] = 1760 yd = m 1 yard (yd) [GB] = m = 3 ft 1 foot (ft) = m = 12 in 1 inch (in) = Zoll ( ) = m 1 Ångström (Å) = m = 100 pm 1 X-unit (XE) = m 1 Lightyear (ly) = m 1 pound (lb; USA, GB) = kg = 16 oz 1 ounce (oz; USA, GB) = kg 1 carat (diamonds, gemstones) = 0.2 g