Mathematische Methoden - Methoden der klassischen Physik

Klausurtermin: Freitag 17.02.2023 09:00-10:30

Nachklausurtermin: Freitag 24.03.2023 09:00-10:30

Lehrformen (SWS / Präsenzzeit / Selbststudium)
- Vorlesung „Mathematische Methoden 1 - Methoden der klassischen Physik“ (2 SWS / 30 h / 60 h)
- Übung „Mathematische Methoden 1 - Methoden der klassischen Physik“ (2 SWS / 30 h / 60 h)


Prüfungen (Dauer; Wichtung) und Prüfungsvorleistungen
Klausur (90 min; ×1)

Prüfungsvorleistung: Wöchentlich ausgegebene Übungsaufgaben zu Fragen aus dem Bereich des Modulinhalts. Für die Lösung werden Punkte vergeben. Voraussetzung für die Zulassung zur Prüfung ist der Erwerb von 50% der möglichen Punkte des gesamten Semesters.


Ziele

Die Studierenden sollen wesentliche Rechenmethoden der klassischen Physik beherrschen.


Inhalt

- Rechnen mit komplexen Zahlen
- Rechnen mit Matrizen und Determinanten (u.a. Koordinatensysteme und Drehungen), lineare Gleichungssysteme, Eigenwertprobleme

- Differenzieren und Integrieren von Funktionen mit einer Variablen

- Lösen von gewöhnlichen Differentialgleichungen (Trennung der Variablen, homogene und inhomogene lineare Differentialgleichungen 1. und 2. Ordnung mit konstanten Koeffizienten)

- Linien-, Flächen und Volumenintegrale

- Einführung in die Vektoranalysis im R^3: div, rot, grad


Literatur:

- H. Heuser: Lehrbuch der Analysis Teil 1, Vieweg+Teubner
- H. Fischer / H. Kaul: Mathematik für Physiker, Band 1, Vieweg+Teubner

- Boas, M.L.: Mathematical Methods in the Physical Sciences, Wiley

Experimentalphysik 3 - Optik und Quantenphysik

Klausurtermin: Montag, 20.02.2023, 13:00 - 16:00

Nachklausurtermin: Montag, 27.03.2023, 13:00 - 16:00

Lehrformen (SWS / Präsenzzeit / Selbststudium)
- Vorlesung „Experimentalphysik 3 - Optik und Quantenphysik“ (4 SWS / 60 h / 100 h)
- Übung „Experimentalphysik 3 - Optik und Quantenphysik“ (2 SWS / 30 h / 50 h)


Prüfungen (Dauer; Wichtung) und Prüfungsvorleistungen
Klausur (180 min; ×1)

Prüfungsvorleistung: Wöchentlich ausgegebene Übungsaufgaben zu Fragen aus dem Bereich des Modulinhalts. Für die Lösung werden Punkte vergeben. Voraussetzung für die Zulassung zur Prüfung ist der Erwerb von 50% der möglichen Punkte des gesamten Semesters.


Ziele:

Die Studierenden erfassen die grundlegenden Begriffe, Phänomene und Konzepte der Optik und Quantenphysik. Nach aktiver Teilnahme am Modul sind sie in der Lage, Aufgaben aus der Optik und Quantenphysik zu analysieren und selbstständig zu lösen. Sie können die erworbenen Kenntnisse auf typische Experimente anwenden und auf neue Problemstellungen übertragen. Sie sind in der Lage, mit Begriffen der Optik und Quantenphysik wissenschaftlich zu diskutieren und ihre Lösungen zu Aufgaben der Optik und Quantenphysik argumentativ darzustellen und zu begründen.


Inhalt:

Optik:
- Elektromagnetische Wellen: Wellengleichung, elektromagnetisches Spektrum, ebene und Kugelwellen, Energietransport und Poynting-Vektor, Polarisation, Reflexion und Transmission, Fresnelsche Formeln, Hertzscher Dipol

- Spezielle Relativitätstheorie
- Geometrische Optik: Reflexion, Brechung, Spiegel, Linsen, Prismen, Optische Instrumente, Dispersion, Abbildungsfehler
- Wellenoptik: Huygenssches Prinzip, Beugung, Interferenz, Kohärenz, Interferometer, Einzel- und Doppelspalt, Beugungsgitter

Grundlagen der Quantenphysik:
- Photoeffekt, Schwarzkörperstrahlung, Photonengas, Plancksches Strahlungsgesetz, Rutherford-Streuung, Bohrsches Atommodell, Welle-Teilchen-Dualismus

- Wellenfunktion, Schrödinger-Gleichung, Quantenzustände, Potentialtopf, Tunneleffekt,
Korrespondenzprinzip, Unschärferelation


Literatur:

- Demtröder "Elektrizität und Optik", Springer-Verlag 2009
- A. P. French "Special Relativity", The M.I.T. Introductory Physics Series

- Haken, Wolf "Atom- und Quantenphysik: Einführung in die experimentellen und theoretischen Grundlagen", Springer 2004

- Alonso, Finn "Physik", Oldenbourg 2000