Modul: Experimentalphysik II - Feld, Licht, Optik

Inhalte

Elektromagnetismus

-   Strom, Ladungen, Coulomb-Kraft, elektrisches und magnetisches Feld

-   Arbeit im elektrischen Feld, Potential, Spannung

-   Lorentzkraft, magnetische Induktion

-   Maxwell-Gleichungen

-   Energiedichte elektrischer und magnetischer Felder

-   Strom und Stromkreise

Materie

-   Kapazität, Dielektrika, Supraleiter, Ferroelektrika

-   Elektrische Eigenschaften von Metallen und Hableitern, Hall Effekt

-   Induktivität, Dia-, Para- und Ferromagneten

-   Induktion, Kraft auf stromdurchflossenen Leiter, Generator, E-Motor, Transformator

-   Materie im magnetischen und elektrischen Feld, Brechungsindex, Dielektrische Funktion, Dispersion

Elektromagnetische Wellen und Optik

-   Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

-   Polarisation (linear und zirkular) und Drehimpuls

-   Impuls- und Energiedichte

-   Optik an Grenzflächen, Fresnelsche Formeln, Doppelbrechung

-   geometrische Optik, optische Abbildung, optische Instrumente

-   Wellenoptik: Beugung, Interferenz, Spalt, Gitter, Grenzen der optischen Auflösung

-   Modulation von Wellen, Pulse, Phasen- und Gruppengeschwindigkeit

-   Kohärenz, Intereferometer, Fabry-Perot, Röntgenbeugung

Relativistische Effekte in der Elektrodynamik

-   Synchrotronstrahlung

-   Invarianz der Lichtgeschwindigkeit, Lorentz-Transformation,

-   Lorentz-Invarianz der Elektrodynamik, Transformation elektrischer und magnetischer Felder,

Qualifikationsziele

Die Studierenden

-   beherrschen grundlegende Zusammenhänge zwischen Phänomenen der Elektrizität, des Magnetismus und   der Optik und den Maxwell-Gleichungen,

-   können ausgewählte physikalische Sachverhalte in Form von Differenzial- oder Integralgleichungen formulieren,

-   können die unterschiedliche Erzeugung und Detektion von elektromagnetischen Wellen vom Radio- bis zum Röntgenbereich erklären, und darstellen, dass alle Wellen über die gleichen Charakteristika verfügen,

-   verstehen, wie statische elektrische und magnetische Felder sowie elektromagnetische Wellenphänomene durch Materie beeinflusst werden,

-   können Zusammenhänge zwischen dem Hertzschen Dipol, dem Lorentz-Oszillator und des frequenzabhängigen Brechungsindex bzw. der dielektrischen Funktion herstellen und beschreiben,

-   kennen die Modelle der Wellen- und Strahlenoptik und sind sich ihrer Potentiale und Grenzen bewusst,

-   sind vertraut mit der Planung, Durchführung und Dokumentation von Experimenten,

-   können Daten erfassen, analysieren, diskutieren und beurteilen,

-   können die Aussagekraft von verschiedenen Messmethoden beurteilen.

Klausur, 90 Minuten

Schriftliche Bearbeitung von 50% der Übungsaufgaben und zweimaliger Tafelvortrag und Diskussion einer Lösung

4 Praktikumsberichte (je mit Beschreibung des Experiments, der Daten, deren Analyse und Diskussion)

SoSe