PN 2 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen

Transkript

1 PN 2 Einfühung in die Expeimentalphysik fü Chemike und Biologen 1. Volesung Nadja Regne, Thomas Schmiee, Gunna Spieß, Pete Gilch Lehstuhl fü BioMolekulae Optik Depatment fü Physik Ludwig-Maximilians-Univesität München

2 Team Expeimente Gunna Spieß Tel: (-2893) (-2101) Übung Thomas Schmiee (Chemike) Tel: Nadja Regne (Biologen) Tel: Volesung PD D. Pete Gilch Tel: Oettingenst. 67 Zimme: 0.23 Spechstunde nach Veeinbaung

3 Temine Volesung Feitag Liebig Hösaal Übung Montag Wieland- Chemike Hösaal Übung Biologen Feitag Wieland- Hösaal Achtung: Übung de Biologen am im Butenandt-HS In de Übung heute wid die PN1-Klausu vom bespochen! Fü Chemike und Biologen!

4 Klausu So ode so? Nach Endes des Semestes wid eine zweistündige (120 min) Klausu geschieben. Temin: Feitag, , Uh (Liebig- und Buchne-HS) ode Dienstag, , Uh (Liebig- und Buchne-HS) Diese wid mit mind. ~ 50 % de maximalen Punktzahl bestanden. Kuz vo Beginn des Wintesemestes wid eine Wiedeholungsklausu angeboten. Temin: Mittwoch, , Uh (Liebig- und Buchne-HS) Zugelassen zu Klausu sind: Taschenechne, mathematische Fomelsammlung, ein handschiftlich beidseitig beschiebenes DIN A4-Blatt

5 Wie funktioniet die Übung? 1. Jeden Feitag wid in de Volesung ein Übungsblatt ausgeteilt. Dieses finden Sie auch auf de Intenet-Seite. 2. Beabeiten Sie dieses Blatt alleine ode mit Kollegen vo de Übungsstunde. 3. In den Übungsstunden weden dann die Aufgaben von Ihnen ode vom Beteue vogeechnet. Die Teilnahme an de Übung wid nicht bewetet! Sie ist abe eine seh gute Vobeeitung auf die Klausu!

6 Intenet Die Untelagen zu diesem Kus Lückentext Übungsaufgaben Futhe Reading finden Sie im Netz unte... Schauen Sie bitte egelmäßig auf diese Seite, da wi dot auch etwaige Teminändeungen, etc. ankündigen!

7 Liteatu (Voschläge) Man kann ein Studium bestehen, ohne je in eine Volesung gegangen zu sein, abe kaum, ohne je in ein Lehbuch geschaut zu haben. Physik Paul A. Tiple Spektum Akademische Velag ISBN: Kuzes Lehbuch de Physik G. Klages Spinge, Belin ISBN: Physik fü Hochschulanfänge H. Wegne Teubne Studienbüche ISBN: Physik fü Biologen D. Pelte Spinge ISBN:

8 Elektische Stom Magnetismus Wechselstomkeise Elektomagnetische Wellen Ausbeitung EM-Wellen Spektoskopie Geometische Optik Quantenmechanik Atomphysik / Molekülphysik Was haben wi vo? Übeblick übe Themen des Semestes Elektostatik Magnetische und elektische Wechselfelde - Induktion Optische Instumente - Mikoskop Aktuelle physikalische Foschung in Chemie und Biologie Optik Elektodynamik Quantenmechanik

9 Die Physik im Übeblick Angewandte Physik: Astophysik, Biophysik, Atomphysik, Optik,... Statische Physik, Themodynamik Allgemeine Relativitätstheoie Ken- und Teilchenphysik Quantenmechanik, Quantenelektodynamik Spezielle Relativitätstheoie Mechanik Elektodynamik Gavitationskaft Elektische Kaft Schwache Kenkaft Stake Kenkaft Die fundamentalen Käfte

10 Fü Chemike und Biologen am wichtigsten: Elektische und magnetische Käfte Das Leben veliefe ohne Schwekaft siche andes Abe:

11 Technische Anwendungen de Elektodynamik

12 Radiowellen, Licht, UV-Stahlen, Röntgen-Stahlen... Einige behandelte Phänomene Expeiment CD-Spektomete Wi wollen behandeln z.b. Was haben dieses Stahlen/Wellen gemeinsam? Was untescheidet sie? Expeiment Polaisation

13 Elektische und magnetische Käfte und de Aufbau de Mateie Was hält die Welt im Innesten zusammen? Atome und Moleküle: Expeiment Helium-Ballons Vegleich Gavitationskaft und elektische Kaft im H-Atom + -

14 Es gibt keine chemischen Käfte! z.b. NaCl-Kistall z.b. H 2 -Molekül

15 Elektische und magnetische Phänomene im atomaen und molekulaen Beeich müssen mit Hilfe de Quantenmechanik beschieben weden. Im atomaen Beeich gibt es keine klassischen Bahen Sonden Aufenthaltswahscheinlichkeiten

16 Elektische ode mechanische Käfte ekläen nicht alles: Atomkene, Kenkäfte, Radioaktivität Waum ist de Ken des Heliums stabil? + + Stake abstoßende Coulombkäfte zwischen Potonen! Waum sind bestimmte Kene nicht stabil? Radioaktivität: Bilanz zwischen abstoßenden Coulombkäften und anziehenden Kenkäften ungünstig!

17 Elektodynamik

18 Wie we das noch einmal in de Mechanik? Keples Gesetze Newtons Axiome 1. F = 0 2. F = ma 3. F = F v = 0 Galileis Gesetze

19 Elektodynamik: Esetze Newton duch Maxwell 0 (IV) 1 (III) 1 (II) (I) = = + = = ds B dv ds E ds j ds E dt d d B c ds B dt d d E SO V SO SK SK K SK K SO ρ ε ε Coulomb- Gesetz U = R I Ohmsches Gesetz Faadaysches Induktionsgesetz Maxwell-Gleichungen (integale Fom)

20 Unse Held (III): James Clek Maxwell in Edinbugh geboen (Gutsbesitze-Familie) 1846 Maxwell scheibt sein estes Pape (mit 14 Jahen!, übe Ovale) Studium Mathematik und Physik in Edinbugh Studium in Cambidge 1856 Pofesso in Abedeen 1860 Pofesso am King s College in London Pivatie in Schottland Pofesso in Cambidge Abeiten zu Elektizität und Magnetismus (MW-Gleichungen) Vohesage de elektomagnetischen Wellen Abeiten zu statistische Mechanik (Maxwell-Veteilung) Abeiten zu Fabwahnehmung zusammen mit seine Fau hat e das este Fabphoto estellt.

21 Ein kuze Blick auf die Maxwell-Gleichungen "Wa es ein Gott, de diese Zeichen schieb?" Goethe Zitat, das Ludwig Boltzmann eine Volesung übe die Maxwell-Gleichungen voanstellte. (I) (II) (III) (IV) c 2 d B d = K dt 1 E ds = SO ε 0 B ds = 0 K SO E d = d dt B ds 1 E ds + ε SK V SK SO ρdv 0 SK j ds Elektisches Feld Magnet. Feld Ladungsdichte Stomdichte Lichtgeschwindigkeit

22 Einiges zu Vektofelden Elektisches und magnetisches Feld sind vektoielle Gößen, die vom Ot und de Zeit abhängen können. Gaphische Dastellung übe Feldlinien Stakes Feld Schwaches Feld Feld mit Quelle Feld mit Wibel

23 E K Was bedeuten diese Integalsymbole? 1. Wegintegal d Geschlossenes Wegintegal längs K

24 B SK Was bedeuten diese Integalsymbole? 2. Flächenintegal ds Flächenintegal übe eine Fläche SK, die duch die Kuve K begenzt ist. Wid auch als Fluß bezeichnet. Gleiche Kuve K andee Flächen SK SK Wegne, Physik fü Hochschulanfänge

25 Was bedeuten diese Integalsymbole? 3. Volumenintegal ρ V So dv Volumenintegal übe von SO eingeschlossenem Volumen