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Modul-Handbuch (Pflichtmodule)zum Bachelor-Studiengang Physik

der Universit ät Rostock

Inhaltsübersicht Seite

1. Lehrgebiet Experimentalphysik

1.1 Experimental-Physik I (Mechanik, Wärme) 2

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

1.3 Experimental-Physik III (Relativität, Quanten) 4

1.4 Experimental-Physik IV (Atome, Moleküle) 5

1.5 Experimental-Physik V (Festkörperphysik) 6

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

1.7 Grundpraktikum I (Mechanik, Wärme) 8

1.8 Grundpraktikum II (Elektrizität, Magnetismus, Optik) 9

1.9 Grundpraktikum III (Relativität, 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 Veränderlichen) 21

3.4 Analysis III (Funktionentheorie, Hilbertraumtheorie) 22

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

1

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

Lehrveranstaltungen Vorlesungen 4 SWSÜbungen 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 für ExperimentalphysikII-VI und Theoretische Physik II

Dauer des Moduls 1 Semester

Termin des Moduls jedes Wintersemester

Präsenzzeit in h 105Eigenstudium in h 162Prüfung in h 3Leistungspunkte 9

VorausgesetzteKenntnisse

Abiturkenntnisse

VermittelteKompetenzen

Gründliches Verständnis der fundamentalen experimentellen Befunde der klassi-schen Physik und ihrer mathematischen Beschreibung, in diesem Modul auf denGebieten der Mechanik und Wärmelehre. Verbunden damit ist ein Überblick überdie Entwicklung der Physik bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts.Erwerb des Verständnisses der grundlegenden physikalischen Methoden undArbeitsweisen und der Befähigung, alle weiteren Module des Bachelor-Studienganges in Physik zu absolvieren.

Inhalt Mechanik : Kinematik des Massenpunktes, Newtonsche Dynamik, Kräfte, Impuls,Energie und Arbeit, Drehimpuls und Drehmoment, bewegte Bezugssysteme, Sy-steme von Massenpunkten, StoßprozesseMechanik starrer Körper : Kinematik, Statik, Rotation um eine feste Achse, Rota-tion im RaumMechanik deformierbarer Körper : Feste Körper, Hydrostatik, strömende Flüssig-keiten und GaseSchwingungen und Wellen: Oszillator, Wellen, AkustikWärmelehre und Thermodynamik : Einführung in die Wärmelehre, phänomeno-logische Grundlagen, kinetische Gastheorie, Transporterscheinungen, Grundbe-griffe der Thermodynamik, 2. Hauptsatz der Thermodynamik, Phasenübergängeund reale GaseEinführende physikalische Experimente: Demonstration der experimentellen Me-thode, Messfehler

Prüfungsvorleistungen Lösung von 50 % der geforderten Übungsaufgaben

Art, Umfang der Prüfung Klausur, 180 Minuten

Regelprüfungstermin Prüfungszeitraum des 1. Semesters

Zugelassene Hilfsmittel nichtprogrammierbarer Taschenrechner

Noten Bewertung nach deutschem Notensystem

2

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

Lehrveranstaltungen Vorlesungen 4 SWSÜbungen 2 SWS

Sprache deutsch




Experimentalphysik / Voraussetzung für ExperimentalphysikIII-VI und Theoretische Physik III


Termin des Moduls jedes Sommersemester

Präsenzzeit in h 90

Eigenstudium in h 179,5

Prüfung in h 0,5

Leistungspunkte 9


Abiturkenntnisse, Theoretische Physik I


Gründliches Verständnis 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 Überblicküber die Entwicklung der Physik bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts. Erwerbdes Verständnisses der grundlegenden physikalischen Methoden und Arbeits-weisen und der Befähigung, 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 Ströme, Materie im Magnetfeld, In-duktionsgesetz, Selbstinduktion, Wechselströme

Elektromagnetische Wellen: Schwingungen, allgemeine Wellenphänomene,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 Prüfung mündliche Prüfung, 30 Minuten




3

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


Sprache deutsch




Experimentalphysik / Voraussetzung für ExperimentalphysikIV-VI und Theoretische Physik IV




Eigenstudium in h 117

Prüfung in h 3

Leistungspunkte 6


Experimentalphysik I,II


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

Inhalt Relativitätstheorie: Einsteins Relativitätsprinzip, Längenkontraktion, Zeitdilatati-on, Dopplerverschiebung, Lorentztransformation, Relativistische Dynamik und Ki-nematik, Allgemeine Relativitätstheorie, Schwarze LöcherQuantentheorie des Lichts: Schwarzkörperstrahlung, Photo- und Compton-EffektTeilchennatur der Materie: Atome, Elektronen, AtommodelleMateriewellen: DeBroglie Hypothese, Wellennatur von Teilchen, Elektronen-beugung, Wahrscheinlichkeitsinterpretation, Wellenpakete, Unschärferelationen,WellenfunktionSchrödingergleichung: Beispiele zur Schrödingergleichung, Potentialstufe undTunneleffekt, 3-dimensionale Schrödingergleichung, Drehimpuls






4

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


Sprache deutsch




Experimentalphysik /Voraussetzung für Experimentalphysik V,VI





Prüfung in h 3

Leistungspunkte 6


Experimentalphysik I-III


Die Studierenden sollen- experimentelle Grundlagen der Atom- und Molekülphysik kennenlernen- in der Lage sein, die erarbeiteten Zusammenhänge 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 fürElektronendrehimpulse, Periodensystem der Elemente, Alkaliatome, Edelgase,Hundsche RegelnAtomspektroskopie: Angeregte Atomzustände, induzierte und spontaneÜbergänge, Übergangswahrscheinlichkeiten und Auswahlregeln, Parität ei-nes Zustandes, Lebensdauer von Atomzuständen, Linienbreiten, LaserMolekülphysik : Bindungsmechanismen: ionische, kovalente und Van-der-Waals-Bindung, Beschreibung von [H2+]-Molekülionen und H2-Molekülen, Anregungenzweiatomiger Moleküle, Rotationen und Schwingungen zweiatomiger Moleküle,Mehratomige Moleküle






5

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

Lehrveranstaltungen Vorlesungen 3 SWSSeminar 1 SWS

Sprache deutsch




Experimentalphysik /Voraussetzung für Experimentalphysik VI





Prüfung in h 3

Leistungspunkte 6


Experimentalphysik I-IV, Theoretische Physik I-IV


Gründliches Verständnis der fundamentalen Eigenschaften von kondensierterMaterie und Festkörpern 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 Fähigkeiten.

Inhalt Strukturen: Beugung, reziprokes Gitter, Beugung von Wellen und Teilchen am Kri-stallgitter, Bindungsverhältnisse in Festkörpern, Realstrukturen, Fehlstellen, Ver-setzungenGitterschwingungen: Grundlagen der Elastizität, Dispersionsbeziehungen, Streu-querschnitte, Zustandsdichten (ein- und mehrdimensional), Spezifische Wärme ,Anharmonische EffekteElektronengas: Freies Elektronengas, Dimensionalität , Leitfähigkeit, Bändermo-dell, Klassifizierung von Festkörpern , Bandstrukturen typischer Elemente, Fer-miflächenHalbleiter : Ladungsträgerkonzentration, Ferminiveau, hochdotierte, amorpheHalbleiter, p-n-Übergang, Solarzelle, TransistorenSupraleiter : BCS-Theorie, High-TcDielektrische Eigenschaften: Polarisierbarkeit , Ferroelektrizität, PiezoelektrizitätMagnetismus: Klassifizierung, Grundlagen, Spektroskopie

Prüfungsvorleistungen Seminarvortrag, Lösung von 50 % der geforderten Übungsaufgaben





6

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


Sprache deutsch




Experimentalphysik /keine Folgemodule





Prüfung in h 3

Leistungspunkte 6


Experimentalphysik I-IV, Theoretische Physik I-IV


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

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

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

Teilchenphysik : Struktur der Nukleonen, Quarkmodell, geladene Leptonen undNeutrinos, Starke und Schwache Wechselwirkung, Austauschteilchen, Paritäts-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 ärmeModulnummer 12622Modulverantwortliche(r) Hochschullehrer Experimentelle und Angewandte Physik

Lehrveranstaltungen Praktikum 3 SWS

Sprache deutsch




Experimentalphysik /Voraussetzung für Grundpraktikum II





Prüfung in h 2

Leistungspunkte 3


Experimentalphysik I


Grundkenntnisse und Fertigkeiten des experimentellen Arbeitens in der Physik,insbesondere durch Messen physikalischer Größen und Überprüfen physikali-scher Gesetzmäßigkeiten auf den Gebieten der Mechanik und WärmelehreKennenlernen grundlegender Messverfahren und wichtiger Meßgeräte,Versuchsplanung und -aufbau, Durchführung 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 Festkörpern, Schallwellen in FestkörpernRotation starrer KörperStrömungen in Flüssigkeiten und GasenZustandsgleichungen idealer und realer Gase

Prüfungsvorleistungen Erfolgreiche Bearbeitung der geforderten Praktikumsexperimente

Art, Umfang der Prüfung Prüfungspraktikum, 120 Minuten


Zugelassene Hilfsmittel Taschenrechner


8

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


Sprache deutsch




Experimentalphysik /Voraussetzung für Grundpraktikum III





Prüfung 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 Größen und Überprüfen physi-kalischer Gesetzmäßigkeiten auf den Gebieten der Elektrizität, des Magnetismusund der OptikKennenlernen von Messverfahren zur Bestimmung der Parameter elektrischerund magnetischer Felder, der elektrischen Eigenschaften von Festkörpern sowieder Funktionsweise optischer Geräte

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

Magnetismus: Magnetfeldmessung, Erdmagnetfeld, magnetisches Moment

Optik : Strahlengänge in optischen Geräten, Polarisation, Dispersion, Mikroskop,Reflexion






9

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


Sprache deutsch




Experimentalphysik /Voraussetzung für Fortgeschrittenenpraktika I, II





Prüfung 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 Größen und Überprüfenphysikalischer Gesetzmäßigkeiten auf den Gebieten der Relativitätstheorie, derQuanten- und AtomphysikVerständnis des Welle-Teilchen-Dualismus von Licht und MaterieKennenlernen von grundlegenden Messverfahren und wichtigen Messgeräten zurBestimmung der Eigenschaften von Elementarteilchen, Atomen und Quanten

Inhalt Relativität: Michelson-InterferometerWelle-Teilchen-Dualismus:

Teilchencharakter: Plancksches Wirkungsquantum, Franck- Hertz-Experiment,Elementarladung, Elektronenmasse

Wellencharakter: Beugung an Spalten, Newton-Ringe

Radioaktivität: Szintillationszähler, 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 für Fortgeschrittenenpraktikum II





Prüfung 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 -übertragung.

Inhalt Übertragungseigenschaften linearer und nichtlinearer Vierpoleanaloge Schaltungen mit Operationsverstärkern zur Erzeugung Stabilisierungund selektiven Messung von Signalendigitale Signalverarbeitung, Übertragung und Steuerung

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

Art, Umfang der Prüfung Mündliche Prüfung, 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



Prüfung in h 0,5

Leistungspunkte 6


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


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

Inhalt Spektroskopie von VielteilchensystemenNichtlineare ProzesseSensorikAnalyse elementarer und komplexer physikalischer Prozesse

Prüfungsvorleistungen Protokolle zu den im Rahmen des Praktikums angebotenen Experimen-ten, eine Posterpräsentation

Art, Umfang der Prüfung mündliche Prüfung, 30 Minuten, bestehend aus einem 20-minütigenVortrag über ein ausgewähltes im Praktikum durchgeführtes Experi-ment und einer 10-minütigen Befragung




12

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


Sprache deutsch




Theoretische Physik / Voraussetzung für Theoretische PhysikII-VI und Experimentalphysik I (Einführungspraktikum)





Prüfung in h 2

Leistungspunkte 6


Abiturkenntnisse


Die Studierenden erwerben Kenntnisse der zum Verständnis 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 gewöhnlichen 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, Integralsätze

Gewöhnliche Differentialgleichungen: Definition gewöhnlicher 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 für Theoretische Physik III-VI





Prüfung 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 für das Gesamtsystem der Physik, insbeson-dere die Bezüge zu Feldtheorie, Statistik und Quantenmechanik.

Inhalt Newtonsche Mechanik : Galileisches Trägheitsprinzip, Newtonsche Bewegungs-gleichungen, Observable und Erhaltungssätze, Konservative Kraftfelder, Schwin-gungen, Kepler-Problem, Zweikörperproblem

Lagrangesche Mechanik : Lagrangesche Gleichungen 2. Art, Forminvarianz,Hamiltonprinzip, Bewegungsbeschränkungen, Freiheitsgrade und generalisier-te Koordinaten, Hamiltonprinzip mit Bewegungsbeschränkungen, Zwangskräfteund d’Alembertsches Prinzip, Lagrangesche Gleichungen mit Bewegungsbe-schränkungen, Erhaltungsgrößen

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 für Theoretische Physik IV-VI





Prüfung 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 Fähigkeiten zuderen Umsetzung. Sie vertiefen ihre Kenntnisse zu den fundamentalen Begrif-fen Kraftfeld, Potenzial und Wechselwirkung und lernen effektive Methoden wiez.B. systematische Näherungsverfahren aber auch solche zur Lösung 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 lässt.

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

Zeitunabhängige Felder : Elektrostatik, Magnetostatik

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

Spezielle Relativitätstheorie: 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 für Theoretische Physik V-VI





Prüfung 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 Fähigkeiten, insbesondere zu algebraische Methoden, Näherungsverfahrenund im Umgang mit Grundmodellen der Mikrophysik wie harmonischer Oszillator,Stufenpotentiale, Drehimpuls und Wasserstoffatom. Es wird ein tieferes Verständ-nis von Fragen wie Unschärferelation, Messprozess, Spin, Ununterscheidbarkeitvon Teilchen erworben.

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

Zeitliche Entwicklung und Schrödingergleichung: Schrödingergleichung, Stati-onäre Zustände, Kastenpotenzial, Potenzialschwelle, Zeitabhängige Prozesse,Zeitliche Änderung von Zuständen und Operatoren in der Quantenphysik

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

Näherungsverfahren: Ritzsches Variationsverfahren, Zeitabhängige Störungsrech-nung

Identische Teilchen: Prinzip der Ununterscheidbarkeit identischer Teilchen, Ba-siszustände für Fermionen und Bosonen, Austauschwechselwirkung und Pauli-Prinzip






16

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


Sprache deutsch




Theoretische Physik /Voraussetzung für Theoretische Physik VI





Prüfung 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 Hauptsätze, 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 derPhasenübergänge und kritischen Phänomene, sowie der klassischen statisti-schen Physik.

Inhalt Hauptsätze der Thermodynamik : Zustandsgrößen, 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-litätsbedingungen, Phasendiagramm Einkomponentensysteme, van-der-Waals-Modell und Maxwell-Konstruktion, Phasenübergänge 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/Übungen 1 SWS

Sprache deutsch




Theoretische Physik /keine Folgemodule





Prüfung in h 0,5

Leistungspunkte 6


Theoretische Physik I-V


Im Kurs erwerben die Studierenden grundlegende Kenntnisse in StatistischerPhysik mit dem Schwerpunkt Quantenstatistik. Das Verständnis 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 derPhasenübergänge und kritischen Phänomene 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, Fugazitäts- und Dichteent-wicklung, Paarverteilungsfunktion und Strukturfaktor, Thermodynamik, Simulati-onsverfahren

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


Art, Umfang der Prüfung Mündliche Prüfung, 30 Minuten




18

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


Sprache deutsch




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





Prüfung in h 2

Leistungspunkte 6


Abiturkenntnisse


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

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

Prüfungsvorleistungen 1 bestandenes Testat



Zugelassene Hilfsmittel Vorlesungsskript, Taschenrechner


19

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


Sprache deutsch




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





Prüfung 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 Fähigkeit zumsicheren Umgang mit ihnen.

Inhalt Natürliche, 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)

Prüfungsvorleistungen erfolgreiche Bearbeitung der Übungsaufgaben



Zugelassene Hilfsmittel Formelsammlungen


20

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


Sprache deutsch




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





Prüfung in h 2

Leistungspunkte 9


Analysis I


Die Studierenden erwerben grundlegende Kenntnisse der Differential- und Inte-gralrechnung für Funktionen von mehreren Veränderlichen und lernen Lösungs-methoden für lineare gewöhnliche Differentialgleichungen kennen.

Inhalt Differentialrechnung für Funktionen mit mehren Veränderlichen ( partielle Ablei-tungen, totale Differenzierbarkeit)Gewöhnliche Differentialgleichungen (Existenz- und Eindeutigkeitssätze, Funda-mentalsysteme, elementare Lösungsmethoden)Mehrdimensionales Riemann-Integral, Kurven- und Oberflächenintegrale, Inte-gralsätze von Gauss und Stokes




Zugelassene Hilfsmittel Formelsammlungen


21

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


Sprache deutsch




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




Eigenstudium in h 118 (119,5)

Prüfung in h 2 (0.5)

Leistungspunkte 6


Analysis I,II


Die Studierenden erwerben Kenntnisse über die Grundbegriffe der Funktionen-theorie und die Grundlagen der Theorie linearer Operatoren in einem Hilber-traum. Dabei erlangen sie insbesondere die Fähigkeit, 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 Prüfung Klausur im Umfang von 120 Minuten oder mündliche Prüfung 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 für Mathematik


Sprache deutsch




MathematikVoraussetzung für Theoretische Physik V, VI




Eigenstudium in h 178 (179,5)

Prüfung in h 2 (0,5)

Leistungspunkte 9


Analysis I-III


Die Studierenden werden befähigt, mit Distributionen mathematisch korrekt um-zugehen. Sie werden mit Methoden zur Lösung von partiellen Differentialglei-chungen vertraut gemacht und lernen Lösbarkeitssätze für einige wichtige Auf-gaben der mathematischen Physik kennen.

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


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


Zugelassene Hilfsmittel Formelsammlung


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