Modul-Handbuch (Pﬂichtmodule) zum Bachelor-Studiengang ... file1.6 Experimental-Physik VI (Kern-, Teilchen-, Astrophysik) 7 1.7 Grundpraktikum I (Mechanik, Warme) 8¨ 1.8 Grundpraktikum

Modul-Handbuch (Pflichtmodule)zum Bachelor-Studiengang Physik

der Universit at Rostock

Inhaltsubersicht Seite

1. Lehrgebiet Experimentalphysik

1.1 Experimental-Physik I (Mechanik, Warme) 2

1.2 Experimental-Physik II (Elektrizitat, Magnetismus, Optik) 3

1.3 Experimental-Physik III (Relativitat, Quanten) 4

1.4 Experimental-Physik IV (Atome, Molekule) 5

1.5 Experimental-Physik V (Festkorperphysik) 6

1.6 Experimental-Physik VI (Kern-, Teilchen-, Astrophysik) 7

1.7 Grundpraktikum I (Mechanik, Warme) 8

1.8 Grundpraktikum II (Elektrizitat, Magnetismus, Optik) 9

1.9 Grundpraktikum III (Relativitat, Quanten, Atome) 10

1.10 Fortgeschrittenenpraktikum I (Elektronische Messtechnik) 11

1.11 Fortgeschrittenenpraktikum II(Spektroskopie komplexer Systeme) 12

2. Lehrgebiet Theoretische Physik

2.1 Theoretische Physik I (Mathematische Methoden) 13

2.2 Theoretische Physik II (Mechanik) 14

2.3 Theoretische Physik III (Elektrodynamik, Optik) 15

2.4 Theoretische Physik IV (Quantenphysik) 16

2.5 Theoretische Physik V (Thermodynamik) 17

2.6 Theoretische Physik VI (Statistische Physik) 18

3. Lehrgebiet Mathematik

3.1 Lineare Algebra 19

3.2 Analysis I (Differential- und Integralrechnung) 20

3.3 Analysis II (Funktionen von mehreren Veranderlichen) 21

3.4 Analysis III (Funktionentheorie, Hilbertraumtheorie) 22

3.5 Analysis IV (Distributionen, partielle Differential-gleichungen) 23

1

Modulbezeichnung Experimental-Physik I : Mechanik, W armeModulnummer 12611Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Experimentelle und Angewandte Physik

Lehrveranstaltungen Vorlesungen 4 SWSUbungen 2 SWSPraktikum 1 SWS

Sprache deutsch

Studienrichtung/Teilnehmerkreis Bachelor-Studiengang Physik

Kategorie/Lage im Studienplan Pflichtmodul / Grundlagenstudium 1. Semester

Fachliches Teilgebiet /Beziehung zu Folgemodulen

Experimentalphysik / Voraussetzung fur ExperimentalphysikII-VI und Theoretische Physik II

Dauer des Moduls 1 Semester

Termin des Moduls jedes Wintersemester

Prasenzzeit in h 105Eigenstudium in h 162Prufung in h 3Leistungspunkte 9

VorausgesetzteKenntnisse

Abiturkenntnisse

VermittelteKompetenzen

Grundliches Verstandnis der fundamentalen experimentellen Befunde der klassi-schen Physik und ihrer mathematischen Beschreibung, in diesem Modul auf denGebieten der Mechanik und Warmelehre. Verbunden damit ist ein Uberblick uberdie Entwicklung der Physik bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts.Erwerb des Verstandnisses der grundlegenden physikalischen Methoden undArbeitsweisen und der Befahigung, alle weiteren Module des Bachelor-Studienganges in Physik zu absolvieren.

Inhalt Mechanik : Kinematik des Massenpunktes, Newtonsche Dynamik, Krafte, Impuls,Energie und Arbeit, Drehimpuls und Drehmoment, bewegte Bezugssysteme, Sy-steme von Massenpunkten, StoßprozesseMechanik starrer Korper : Kinematik, Statik, Rotation um eine feste Achse, Rota-tion im RaumMechanik deformierbarer Korper : Feste Korper, Hydrostatik, stromende Flussig-keiten und GaseSchwingungen und Wellen: Oszillator, Wellen, AkustikWarmelehre und Thermodynamik : Einfuhrung in die Warmelehre, phanomeno-logische Grundlagen, kinetische Gastheorie, Transporterscheinungen, Grundbe-griffe der Thermodynamik, 2. Hauptsatz der Thermodynamik, Phasenubergangeund reale GaseEinfuhrende physikalische Experimente: Demonstration der experimentellen Me-thode, Messfehler

Prufungsvorleistungen Losung von 50 % der geforderten Ubungsaufgaben

Art, Umfang der Prufung Klausur, 180 Minuten

Regelprufungstermin Prufungszeitraum des 1. Semesters

Zugelassene Hilfsmittel nichtprogrammierbarer Taschenrechner

Noten Bewertung nach deutschem Notensystem

2

Modulbezeichnung Experimental-Physik II: Elektrizit at, Magnetismus, OptikModulnummer 12612Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Experimentelle und Angewandte Physik

Lehrveranstaltungen Vorlesungen 4 SWSUbungen 2 SWS

Sprache deutsch




Experimentalphysik / Voraussetzung fur ExperimentalphysikIII-VI und Theoretische Physik III


Termin des Moduls jedes Sommersemester

Prasenzzeit in h 90

Eigenstudium in h 179,5

Prufung in h 0,5

Leistungspunkte 9


Abiturkenntnisse, Theoretische Physik I


Grundliches Verstandnis der fundamentalen experimentellen Befunde der klassi-schen Physik und ihrer mathematischen Beschreibung, in diesem Modul auf denGebieten des Elektromagnetismus und der Optik. Verbunden ist ein Uberblickuber die Entwicklung der Physik bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts. Erwerbdes Verstandnisses der grundlegenden physikalischen Methoden und Arbeits-weisen und der Befahigung, alle weiteren Module des Bachelor-Studiengangesin Physik zu absolvieren

Inhalt Elektrostatik : Ladung, Coulombsches Gesetz, elektrisches Feld, Potential,Gauß’sches Gesetz, Kondensator und Dielektrikum

Stromkreise: Strom und Widerstand, Kirchhoffsche Gesetze

Magnetisches Feld : Magnetfeld elektrischer Strome, Materie im Magnetfeld, In-duktionsgesetz, Selbstinduktion, Wechselstrome

Elektromagnetische Wellen: Schwingungen, allgemeine Wellenphanomene,Elektromagnetische Wellen im Vakuum und in Materie

Optik : Licht, Reflexion und Brechung, Geometrische Optik, Kugelwellen, Interfe-renz, Beugung, Gitter und Spektren, Polarisation, Optische Instrumente, Hologra-phie, Fourier-Optik


Art, Umfang der Prufung mundliche Prufung, 30 Minuten




3

Modulbezeichnung Experimental-Physik III : Relativit at, QuantenModulnummer 12613Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Experimentelle und Angewandte Physik


Sprache deutsch




Experimentalphysik / Voraussetzung fur ExperimentalphysikIV-VI und Theoretische Physik IV



Prasenzzeit in h 60

Eigenstudium in h 117

Prufung in h 3

Leistungspunkte 6


Experimentalphysik I,II


Die Studierenden sollen- experimentelle Grundlagen der Relativitatstheorie und Quantenmechanik ken-nenlernen- in der Lage sein, die erarbeiteten Zusammenhange und Gesetze qualitativ undquantitativ zu benutzen

Inhalt Relativitatstheorie: Einsteins Relativitatsprinzip, Langenkontraktion, Zeitdilatati-on, Dopplerverschiebung, Lorentztransformation, Relativistische Dynamik und Ki-nematik, Allgemeine Relativitatstheorie, Schwarze LocherQuantentheorie des Lichts: Schwarzkorperstrahlung, Photo- und Compton-EffektTeilchennatur der Materie: Atome, Elektronen, AtommodelleMateriewellen: DeBroglie Hypothese, Wellennatur von Teilchen, Elektronen-beugung, Wahrscheinlichkeitsinterpretation, Wellenpakete, Unscharferelationen,WellenfunktionSchrodingergleichung: Beispiele zur Schrodingergleichung, Potentialstufe undTunneleffekt, 3-dimensionale Schrodingergleichung, Drehimpuls






4

Modulbezeichnung Experimental-Physik IV : Atome, MolekuleModulnummer 12614Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Experimentelle und Angewandte Physik


Sprache deutsch




Experimentalphysik /Voraussetzung fur Experimentalphysik V,VI



Prasenzzeit in h 60


Prufung in h 3

Leistungspunkte 6


Experimentalphysik I-III


Die Studierenden sollen- experimentelle Grundlagen der Atom- und Molekulphysik kennenlernen- in der Lage sein, die erarbeiteten Zusammenhange und Gesetze qualitativ undquantitativ zu benutzen

Inhalt Atomphysik : Quantelung von Energie und Drehimpuls im Wasserstoffatom,Stern-Gerlach-Versuch und Elektronenspin, Gesamtdrehimpuls und Spin-Bahn-Kopplung, Relativistische Korrekturen, Wasserstoffatom im Magnetfeld, Zeeman-und Paschen-Back-Effekt, Lambverschiebung, Hyperfeinstruktur, ExotischeAtomeMehrelektronensysteme: Helium-Atom, Pauli-Prinzip, Kopplungsschema furElektronendrehimpulse, Periodensystem der Elemente, Alkaliatome, Edelgase,Hundsche RegelnAtomspektroskopie: Angeregte Atomzustande, induzierte und spontaneUbergange, Ubergangswahrscheinlichkeiten und Auswahlregeln, Paritat ei-nes Zustandes, Lebensdauer von Atomzustanden, Linienbreiten, LaserMolekulphysik : Bindungsmechanismen: ionische, kovalente und Van-der-Waals-Bindung, Beschreibung von [H2+]-Molekulionen und H2-Molekulen, Anregungenzweiatomiger Molekule, Rotationen und Schwingungen zweiatomiger Molekule,Mehratomige Molekule






5

Modulbezeichnung Experimental-Physik V : Festk orperphysikModulnummer 12615Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Experimentelle und Angewandte Physik

Lehrveranstaltungen Vorlesungen 3 SWSSeminar 1 SWS

Sprache deutsch




Experimentalphysik /Voraussetzung fur Experimentalphysik VI



Prasenzzeit in h 60


Prufung in h 3

Leistungspunkte 6


Experimentalphysik I-IV, Theoretische Physik I-IV


Grundliches Verstandnis der fundamentalen Eigenschaften von kondensierterMaterie und Festkorpern und Kennenlernen der wesentlichen experimentellenMethoden. In dieser Vorlesung erkennen die Studierenden insbesondere die Ver-netzung mit dem in den vorangegangenen Modulen zur Experimentalphysik undTheoretischen Physik erarbeiteten Wissen. Ein Seminarvortrag dient zur Entwick-lung eigener wissenschaftlicher Fahigkeiten.

Inhalt Strukturen: Beugung, reziprokes Gitter, Beugung von Wellen und Teilchen am Kri-stallgitter, Bindungsverhaltnisse in Festkorpern, Realstrukturen, Fehlstellen, Ver-setzungenGitterschwingungen: Grundlagen der Elastizitat, Dispersionsbeziehungen, Streu-querschnitte, Zustandsdichten (ein- und mehrdimensional), Spezifische Warme ,Anharmonische EffekteElektronengas: Freies Elektronengas, Dimensionalitat , Leitfahigkeit, Bandermo-dell, Klassifizierung von Festkorpern , Bandstrukturen typischer Elemente, Fer-miflachenHalbleiter : Ladungstragerkonzentration, Ferminiveau, hochdotierte, amorpheHalbleiter, p-n-Ubergang, Solarzelle, TransistorenSupraleiter : BCS-Theorie, High-TcDielektrische Eigenschaften: Polarisierbarkeit , Ferroelektrizitat, PiezoelektrizitatMagnetismus: Klassifizierung, Grundlagen, Spektroskopie

Prufungsvorleistungen Seminarvortrag, Losung von 50 % der geforderten Ubungsaufgaben





6

Modulbezeichnung Experimental-Physik VI : Kern-, Teilchen-, AstrophysikModulnummer 12616Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Experimentelle und Angewandte Physik


Sprache deutsch




Experimentalphysik /keine Folgemodule



Prasenzzeit in h 60


Prufung in h 3

Leistungspunkte 6


Experimentalphysik I-IV, Theoretische Physik I-IV


Kennenlernen der Grundlagen von Kern-, Teilchen- und AstrophysikErwerb der Fahigkeit, die erarbeiteten Gesetzmaßigkeiten und Konzepte qualita-tiv und quantitativ zu benutzen.

Inhalt Physikalische Grundlagen: Relativistische Kinematik, Beschleuniger und Detek-toren

Kernphysik : Eigenschaften der Kerne, Stabilitat und geometrische Gestalt derKerne, Kernkraft, Aufbau der Kerne, Kerntechnik

Teilchenphysik : Struktur der Nukleonen, Quarkmodell, geladene Leptonen undNeutrinos, Starke und Schwache Wechselwirkung, Austauschteilchen, Paritats-verletzung, Standard-Modell

Astrophysik : Ausdehnung des Universums, Hintergrundstrahlung, Elementensyn-these, Geschichte des Universums, Sternentwicklung, Sonne, Supernova




Zugelassene Hilfsmittel keine


7

Modulbezeichnung Grundpraktikum I : Mechanik, W armeModulnummer 12622Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Experimentelle und Angewandte Physik

Lehrveranstaltungen Praktikum 3 SWS

Sprache deutsch




Experimentalphysik /Voraussetzung fur Grundpraktikum II



Prasenzzeit in h 45


Prufung in h 2

Leistungspunkte 3


Experimentalphysik I


Grundkenntnisse und Fertigkeiten des experimentellen Arbeitens in der Physik,insbesondere durch Messen physikalischer Großen und Uberprufen physikali-scher Gesetzmaßigkeiten auf den Gebieten der Mechanik und WarmelehreKennenlernen grundlegender Messverfahren und wichtiger Meßgerate,Versuchsplanung und -aufbau, Durchfuhrung und Protokollierung von Messun-gen, Auswertung von Messergebnissen einschließlich Fehlerberechnung, kriti-sche Bewertung und Diskussion der Ergebnisse.

Inhalt Pendelbewegung, freie und erzwungene Schwingungenelastische Eigenschaften von Festkorpern, Schallwellen in FestkorpernRotation starrer KorperStromungen in Flussigkeiten und GasenZustandsgleichungen idealer und realer Gase

Prufungsvorleistungen Erfolgreiche Bearbeitung der geforderten Praktikumsexperimente

Art, Umfang der Prufung Prufungspraktikum, 120 Minuten


Zugelassene Hilfsmittel Taschenrechner


8

Modulbezeichnung Grundpraktikum II: Elektrizit at, Magnetismus, OptikModulnummer 12623Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Experimentelle und Angewandte Physik


Sprache deutsch




Experimentalphysik /Voraussetzung fur Grundpraktikum III



Prasenzzeit in h 45


Prufung in h 2

Leistungspunkte 3


Experimentalphysik I, II, Grundpraktikum I


Weiterentwicklung von Kenntnissen und Fertigkeiten des experimentellen Arbei-tens in der Physik durch Messen physikalischer Großen und Uberprufen physi-kalischer Gesetzmaßigkeiten auf den Gebieten der Elektrizitat, des Magnetismusund der OptikKennenlernen von Messverfahren zur Bestimmung der Parameter elektrischerund magnetischer Felder, der elektrischen Eigenschaften von Festkorpern sowieder Funktionsweise optischer Gerate

Inhalt Elektrizitat: elektrisches Feld, Widerstandsmessung, Leitungsmechanismen, li-neare passive Netzwerke, nichtlineare Netzwerke

Magnetismus: Magnetfeldmessung, Erdmagnetfeld, magnetisches Moment

Optik : Strahlengange in optischen Geraten, Polarisation, Dispersion, Mikroskop,Reflexion






9

Modulbezeichnung Grundpraktikum III: Relativit at, Quanten, AtomeModulnummer 12624Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Experimentelle und Angewandte Physik


Sprache deutsch




Experimentalphysik /Voraussetzung fur Fortgeschrittenenpraktika I, II



Prasenzzeit in h 45


Prufung in h 2

Leistungspunkte 3


Experimentalphysik I-III, Grundpraktikum I, II


Weiterentwicklung von Kenntnissen und Fertigkeiten des experimentellen Ar-beitens in der Physik durch Messen physikalischer Großen und Uberprufenphysikalischer Gesetzmaßigkeiten auf den Gebieten der Relativitatstheorie, derQuanten- und AtomphysikVerstandnis des Welle-Teilchen-Dualismus von Licht und MaterieKennenlernen von grundlegenden Messverfahren und wichtigen Messgeraten zurBestimmung der Eigenschaften von Elementarteilchen, Atomen und Quanten

Inhalt Relativitat: Michelson-Interferometer

Welle-Teilchen-Dualismus:Teilchencharakter: Plancksches Wirkungsquantum, Franck- Hertz-Experiment,

Elementarladung, ElektronenmasseWellencharakter: Beugung an Spalten, Newton-Ringe

Radioaktivitat: Szintillationszahler, γ-Spektroskopie, γ-Absorption






10

Modulbezeichnung Fortgeschrittenenpraktikum I:Elektronische Messtechnik

Modulnummer 12625Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Experimentelle und Angewandte Physik


Sprache deutsch


Kategorie/Lage im Studienplan Pflichtmodul / Grundlagenstudium, 5. Semester


Experimentalphysik /Voraussetzung fur Fortgeschrittenenpraktikum II



Prasenzzeit in h 60


Prufung in h 0,5

Leistungspunkte 6


Experimentalphysik I-IV, Grundpraktikum I-III


Grundlegende Experimente zu analogen und digitalen Schaltungen der elektro-nischen Messtechnik, Informationsverarbeitung und -ubertragung.

Inhalt Ubertragungseigenschaften linearer und nichtlinearer Vierpoleanaloge Schaltungen mit Operationsverstarkern zur Erzeugung Stabilisierungund selektiven Messung von Signalendigitale Signalverarbeitung, Ubertragung und Steuerung

Prufungsvorleistungen Ausgearbeitete und benotete Arbeiten zu den im Rahmen des Prakti-kums angebotenen Versuchen

Art, Umfang der Prufung Mundliche Prufung, 30 Minuten




11

Modulbezeichnung Fortgeschrittenenpraktikum II:Spektroskopie komplexer Systeme

Modulnummer 12626Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Experimentelle und Angewandte Physik


Sprache deutsch




Experimentalphysik /keine Folgemodule


Termin des Moduls jedes Semester

Prasenzzeit in h 60


Prufung in h 0,5

Leistungspunkte 6


Experimentalphysik I-V, Grundpraktikum I-III, Fortgeschrittenenpraktikum I


Kennenlernen, Nachweis, Analyse und Interpretation physikalischer Prozesse,Posterprasentation und Vortragstechnik

Inhalt Spektroskopie von VielteilchensystemenNichtlineare ProzesseSensorikAnalyse elementarer und komplexer physikalischer Prozesse

Prufungsvorleistungen Protokolle zu den im Rahmen des Praktikums angebotenen Experimen-ten, eine Posterprasentation

Art, Umfang der Prufung mundliche Prufung, 30 Minuten, bestehend aus einem 20-minutigenVortrag uber ein ausgewahltes im Praktikum durchgefuhrtes Experi-ment und einer 10-minutigen Befragung




12

Modulbezeichnung Theoretische Physik I: Mathematische MethodenModulnummer 12631Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Theoretische Physik


Sprache deutsch




Theoretische Physik / Voraussetzung fur Theoretische PhysikII-VI und Experimentalphysik I (Einfuhrungspraktikum)



Prasenzzeit in h 60


Prufung in h 2

Leistungspunkte 6


Abiturkenntnisse


Die Studierenden erwerben Kenntnisse der zum Verstandnis der TheoretischenPhysik, insbesondere der Mechanik und Elektrodynamik, erforderlichen mathe-matischen Grundlagen. Neben grunlegendem Wissen zur Wahrscheinlichkeits-und Fehlerrechnung werden die erforderlichen Fertigkeiten im Umgang mit Vek-toralgebra und -analysis sowie mit gewohnlichen Differentialgleichungen ent-wickelt.

Inhalt Wahrscheinlichkeits- und Fehlerrechnung: Wahrscheinlichkeitsbegriff, Mittelwert,Varianz, Korrelationen, systematische und statistische Fehler, Fehlerfortpflan-zung

Vektoralgebra: Skalar-, Vektor-, Mehrfachprodukte, Komponentendarstellung

Vektoranalysis: Differentiation von Vektoren, Nabla-Operator, skalare und Vektor-felder, Wirbel und Quellen, Integralsatze

Gewohnliche Differentialgleichungen: Definition gewohnlicher Differentialglei-chungen, homogene und inhomogene lineare Differentialgleichungen

Krummlinige Koordinatensysteme: Koordinatentransformation, kovariante undkontravariante Komponenten, Darstellung von Gradient, Divergenz, Rotation, La-placeoperator in Zylinder- und Kugelkoordinaten






13

Modulbezeichnung Theoretische Physik II: MechanikModulnummer 12632Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Theoretische Physik


Sprache deutsch




Theoretische Physik /Voraussetzung fur Theoretische Physik III-VI



Prasenzzeit in h 60


Prufung in h 2

Leistungspunkte 6


Theoretische Physik I, Experimentalphysik I


Am Beispiel der Mechanik von Massenpunktsystemen erwerben die Studieren-den Kenntnisse zur Entwicklung physikalischer Modelle sowie verschiedenertheoretisch-mathematischer Methoden zu deren Behandlung. Aufbauend auf derNewtonschen Grundgleichung sind das insbesondere das Hamiltonprinzip, dieLagrangesche und Hamiltonsche Beschreibung der Mechanik. Die Studierendenerkennen dabei deren Bedeutung fur das Gesamtsystem der Physik, insbeson-dere die Bezuge zu Feldtheorie, Statistik und Quantenmechanik.

Inhalt Newtonsche Mechanik : Galileisches Tragheitsprinzip, Newtonsche Bewegungs-gleichungen, Observable und Erhaltungssatze, Konservative Kraftfelder, Schwin-gungen, Kepler-Problem, Zweikorperproblem

Lagrangesche Mechanik : Lagrangesche Gleichungen 2. Art, Forminvarianz,Hamiltonprinzip, Bewegungsbeschrankungen, Freiheitsgrade und generalisier-te Koordinaten, Hamiltonprinzip mit Bewegungsbeschrankungen, Zwangskrafteund d’Alembertsches Prinzip, Lagrangesche Gleichungen mit Bewegungsbe-schrankungen, Erhaltungsgroßen

Hamiltonsche Mechanik : Hamiltonfunktion und kanonische Gleichungen,Poisson-Klammern, Kanonische Transformation, Phasenraum und LiouvillescherSatz, Hamilton-Jacobische Differentialgleichung






14

Modulbezeichnung Theoretische Physik III: Elektrodynamik, OptikModulnummer 12633Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Theoretische Physik


Sprache deutsch




Theoretische Physik /Voraussetzung fur Theoretische Physik IV-VI



Prasenzzeit in h 60


Prufung in h 2

Leistungspunkte 6


Theoretische Physik I, II, Experimentalphysik II


Am Beispiel des elektromagnetischen Feldes erlernen die Studierenden grund-legende Konzepte der Feldtheorie und spezielle mathematische Fahigkeiten zuderen Umsetzung. Sie vertiefen ihre Kenntnisse zu den fundamentalen Begrif-fen Kraftfeld, Potenzial und Wechselwirkung und lernen effektive Methoden wiez.B. systematische Naherungsverfahren aber auch solche zur Losung speziellerProbleme kennen. Die Studierenden lernen, wie sich die Energie- und Impulser-haltung, die Potenziale und Fragen der Eichung aus den Maxwellschen Gleichun-gen ergeben. Spezielle Kentnisse werden bei der Beschreibung statischer Felder,elektromagnetischer Wellen und Medien erworben. Die Studierenden erkennendie Lorentz-Invarianz der Elektrodynamik und lernen, wie sich daraus eine relati-vistische Mechanik deduzieren lasst.

Inhalt Grundbegriffe und Grundgleichungen: Ladungen und Strome, Maxwellsche Glei-chungen, Energie und Impuls, Potenziale und Eichung, Medienelektrodynamik

Zeitunabhangige Felder : Elektrostatik, Magnetostatik

Elektromagnetische Wellen: freie Wellen, Erzeugung und Ausstrahlung elektro-magnetischer Wellen

Spezielle Relativitatstheorie: Inertialsysteme in der Elektrodynamik, Minkowski-Raum, relativistische Elektrodynamik, relativistische Mechanik






15

Modulbezeichnung Theoretische Physik IV: QuantenphysikModulnummer 12634Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Theoretische Physik


Sprache deutsch




Theoretische Physik /Voraussetzung fur Theoretische Physik V-VI



Prasenzzeit in h 90


Prufung in h 3

Leistungspunkte 9


Theoretische Physik I-III, Experimentalphysik III, Mathematik I-IV


Die Studierenden erwerben Kenntnisse zu den grundlegenden Konzepten derQuantenphysik. Neben erkenntnistheoretischem Wissen erlernen sie auch metho-dische Fahigkeiten, insbesondere zu algebraische Methoden, Naherungsverfahrenund im Umgang mit Grundmodellen der Mikrophysik wie harmonischer Oszillator,Stufenpotentiale, Drehimpuls und Wasserstoffatom. Es wird ein tieferes Verstand-nis von Fragen wie Unscharferelation, Messprozess, Spin, Ununterscheidbarkeitvon Teilchen erworben.

Inhalt Zustande und Operatoren: Quantenmechanische Systeme, Dualismus Welle-Korpuskel, Ubergangswahrscheinlichkeit und Wahrscheinlichkeitsamplitude, Ba-sissysteme und Darstellungen, Orts-und Impulsdarstellung, Zustandsfunktion,Messprozess und Operatorbegriff, lineare Operatoren und Hilbertraum, Darstel-lung von Operatoren, Ortsdarstellung, Vertauschungsrelationen, Unscharferelati-on, Beispiel: Linearer harmonischer Oszillator.

Zeitliche Entwicklung und Schrodingergleichung: Schrodingergleichung, Stati-onare Zustande, Kastenpotenzial, Potenzialschwelle, Zeitabhangige Prozesse,Zeitliche Anderung von Zustanden und Operatoren in der Quantenphysik

Drehimpuls und Wasserstoffatom: Algebraische Behandlung des Drehimpulses inder Quantenmechanik, Bahndrehimpuls, Spin, Bewegung im Zentralkraftfeld, Was-serstoffatom

Naherungsverfahren: Ritzsches Variationsverfahren, Zeitabhangige Storungsrech-nung

Identische Teilchen: Prinzip der Ununterscheidbarkeit identischer Teilchen, Ba-siszustande fur Fermionen und Bosonen, Austauschwechselwirkung und Pauli-Prinzip






16

Modulbezeichnung Theoretische Physik V: ThermodynamikModulnummer 12635Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Theoretische Physik


Sprache deutsch




Theoretische Physik /Voraussetzung fur Theoretische Physik VI



Prasenzzeit in h 60


Prufung in h 2

Leistungspunkte 6


Experimentalphysik I, Theoretische Physik I-IV


Im Kurs erwerben die Studierenden grundlegende Kenntnisse der Thermody-namik. Das betrifft die empirischen Hauptsatze, den Zusammenhang zwischenEnergie und Entropie und die Modelle des idealen und realen Gases. Die Stu-dierenden sollen die Bedeutung thermodynamischer Potenziale erkennen undsie bei der Beschreibung verschiedener Modellsysteme und thermodynamischerProzesse anwenden. Weiterhin erwerben sie Grundkenntnisse der Theorie derPhasenubergange und kritischen Phanomene, sowie der klassischen statisti-schen Physik.

Inhalt Hauptsatze der Thermodynamik : Zustandsgroßen, thermodynamische Prozes-se, 1. Hauptsatz und innere Energie, Kreisprozesse, 2. Hauptsatz und Entropie,

Grundlegende thermodynamische Beziehungen: Gibbssche Fundamentalglei-chung, thermische und kalorische Zustandsgleichung, Gibbs-Duhem-Relation,Absolutwert der Entropie und 3. Hauptsatz, chemisches Potenzial

Thermodynamische Potenziale: Freie Energie und Enthalpie, Planck-Massieusche Funktionen, Maxwell-Relationen, Gleichgewichts- und Stabi-litatsbedingungen, Phasendiagramm Einkomponentensysteme, van-der-Waals-Modell und Maxwell-Konstruktion, Phasenubergange und EhrenfestscheGleichungen, kritische Exponenten

Thermodynamik von Mehrkomponentensystemen: Gibbssche Phasenregel,Mischungen, osmotischer Druck, Raoultsche Gesetze, chemische Reaktionen,Massenwirkungsgesetz

Klassische statistische Physik : Phasenraum, Verteilungsfunktion, Informations-entropie, statistische Gesamtheiten, Zustandsgleichungen, Schwankungen






17

Modulbezeichnung Theoretische Physik VI: Statistische PhysikModulnummer 12636Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Theoretische Physik

Lehrveranstaltungen Vorlesungen 3 SWSSeminare/Ubungen 1 SWS

Sprache deutsch




Theoretische Physik /keine Folgemodule



Prasenzzeit in h 60


Prufung in h 0,5

Leistungspunkte 6


Theoretische Physik I-V


Im Kurs erwerben die Studierenden grundlegende Kenntnisse in StatistischerPhysik mit dem Schwerpunkt Quantenstatistik. Das Verstandnis der theoretischenGrundlagen der Behandlung von Fermi- und Bose-Systemen soll sie in der La-ge versetzen, sie auf einfache Modellsysteme anzuwenden. Die Studierendenerlernen Methoden zur Behandlung idealer und realer Quantensysteme und er-halten Kenntnisse zu numerischen Verfahren. Grundkenntnisse der Theorie derPhasenubergange und kritischen Phanomene werden erworben.

Inhalt Quantenstatistik : statistische Gesamtheiten, Dichteoperator, Entropie und Zu-standsgleichungen

Ideale Quantengase: Fermi- und Bose-Statistik, Pauli-Prinzip, 2. Quantisie-rung und Besetzungszahldarstellung, spezielle Fermi- und Bose-Systeme, Bose-Einstein-Kondensation, Grundlagen der Dichtefunktionaltheorie (reale Systeme)

Theorie realer Gase: Mayersche Clusterentwicklung, Fugazitats- und Dichteent-wicklung, Paarverteilungsfunktion und Strukturfaktor, Thermodynamik, Simulati-onsverfahren

Theorie der Phasenbergange und kritischen Phanomene: Thermodynamik imMagnetfeld, Paramagnetismus, Ising-Modell, Mean- Field-Methode, Heisenberg-Modell


Art, Umfang der Prufung Mundliche Prufung, 30 Minuten




18

Modulbezeichnung Lineare AlgebraModulnummer 12651Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Institut fur Mathematik


Sprache deutsch




Mathematik / Voraussetzung fur Theoretische Physik II-VI,Analysis II-IV



Prasenzzeit in h 60


Prufung in h 2

Leistungspunkte 6


Abiturkenntnisse


Die Studierenden erwerben Kenntnisse uber die Grundlagen der Linearen Alge-bra und Analytischen Geometrie, die sie fur Anwendungen in der Vektor- undTensorrechnung, der Differential- und Integralrechnung und der Theorie der Dif-ferentialgleichungen benotigen.

Inhalt - Komplexe Zahlen- Vektorraume- Matrizenrechnung- lineare Gleichungssysteme- Determinanten- Eigenwerte und Eigenvektoren- Hauptachsentransformation, Jordansche Normalform- Kurven und Flachen 2. Ordnung

Prufungsvorleistungen 1 bestandenes Testat



Zugelassene Hilfsmittel Vorlesungsskript, Taschenrechner


19

Modulbezeichnung Analysis I: Differential- und IntegralrechnungModulnummer 12641Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Institut fur Mathematik


Sprache deutsch




Mathematik /Voraussetzung fur Theoretische Physik II-VI, Analysis II-IV



Prasenzzeit in h 60


Prufung in h 2

Leistungspunkte 6


Abiturkenntnisse


Die Studierenden lernen die grundlegenden Begriffe wie Folge, Reihe, Grenz-wert, Stetigkeit, Ableitung und Integral kennen und erwerben die Fahigkeit zumsicheren Umgang mit ihnen.

Inhalt Naturliche, reelle und komplexe Zahlenkonvergente Folgen und Reihen, Grenzwert und Stetigkeit von FunktionenDifferenzierbare Funktionen, Taylorformel, lokale ExtremaRiemannsches Integral, Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung,IntegrationsmethodenFunktionenreihen (Potenzreihen, Fourierreihen)

Prufungsvorleistungen erfolgreiche Bearbeitung der Ubungsaufgaben



Zugelassene Hilfsmittel Formelsammlungen


20

Modulbezeichnung Analysis II: Funktionen von mehreren Ver anderlichenModulnummer 12642Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Institut fur Mathematik


Sprache deutsch




Mathematik /Voraussetzung fur Analysis III,IV, Theoretische Physik III-VI



Prasenzzeit in h 90


Prufung in h 2

Leistungspunkte 9


Analysis I


Die Studierenden erwerben grundlegende Kenntnisse der Differential- und Inte-gralrechnung fur Funktionen von mehreren Veranderlichen und lernen Losungs-methoden fur lineare gewohnliche Differentialgleichungen kennen.

Inhalt Differentialrechnung fur Funktionen mit mehren Veranderlichen ( partielle Ablei-tungen, totale Differenzierbarkeit)Gewohnliche Differentialgleichungen (Existenz- und Eindeutigkeitssatze, Funda-mentalsysteme, elementare Losungsmethoden)Mehrdimensionales Riemann-Integral, Kurven- und Oberflachenintegrale, Inte-gralsatze von Gauss und Stokes




Zugelassene Hilfsmittel Formelsammlungen


21

Modulbezeichnung Analysis III: Funktionentheorie, HilbertraumtheorieModulnummer 12643Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Institut fur Mathematik


Sprache deutsch




Mathematik /Voraussetzung fur Analysis IV, Theoretische Physik IV-VI,



Prasenzzeit in h 60

Eigenstudium in h 118 (119,5)

Prufung in h 2 (0.5)

Leistungspunkte 6


Analysis I,II


Die Studierenden erwerben Kenntnisse uber die Grundbegriffe der Funktionen-theorie und die Grundlagen der Theorie linearer Operatoren in einem Hilber-traum. Dabei erlangen sie insbesondere die Fahigkeit, mit komplexen Funktionenzu arbeiten.

Inhalt Funktionentheorie: Differentiation im Komplexen, Cauchy-Riemannsche Differen-tialgleichungen, komplexe Kurvenintegrale, Cauchyscher Integralsatz, Laurent-Reihe, Residuensatz, konforme AbbildungenHilbertraumtheorie: Hilbertraum, orthogonale Systeme, lineare Operatoren,selbstadjungierte Operatoren, Spektraltheorie selbstadjungierter Operatoren


Art, Umfang der Prufung Klausur im Umfang von 120 Minuten oder mundliche Prufung im Um-fang von 30 Minuten (wird vom Hochschullehrer vor Beginn der Lehr-veranstaltungen bekanntgegeben)


Zugelassene Hilfsmittel Formelsammlung


22

Modulbezeichnung Analysis IV:Distributionen, partielle Differentialgleichungen

Modulnummer 12644Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Institut fur Mathematik


Sprache deutsch




MathematikVoraussetzung fur Theoretische Physik V, VI



Prasenzzeit in h 90

Eigenstudium in h 178 (179,5)

Prufung in h 2 (0,5)

Leistungspunkte 9


Analysis I-III


Die Studierenden werden befahigt, mit Distributionen mathematisch korrekt um-zugehen. Sie werden mit Methoden zur Losung von partiellen Differentialglei-chungen vertraut gemacht und lernen Losbarkeitssatze fur einige wichtige Auf-gaben der mathematischen Physik kennen.

Inhalt Distributionen: regulare und singulare Distributionen, Differentiation von Distribu-tionen, Faltung, Fouriertransformation temperierter Distributionen, SobolevraumePartielle Differentialgleichungen: Quasilineare Differentialgleichungen 1. Ord-nung, lineare partielle Differentialgleichungen 2. Ordnung, Eigenschaften harmo-nischer Funktionen, Randwertaufgaben fur die Laplace-Gleichung, Anfangswert-aufgaben bzw. Randwertaufgaben fur Diffusions- und Wellengleichung


Art, Umfang der Prufung Klausur im Umfang von 120 Minuten oder mundliche Prufung im Um-fang von 30 Minuten, (wird vom Hochschullehrer vor Beginn der Lehr-veranstaltungen bekanntgegeben)


Zugelassene Hilfsmittel Formelsammlung


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