Vorlesung vom 03.04 - Institute for Nuclear Physics - Universität zu ...
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Willkommen <strong>zu</strong>m<br />
Sommersemester!
<strong>Vorlesung</strong> - Organisatorisches<br />
• SS 2012: Beginn <strong>Vorlesung</strong>en: <strong>03.04</strong>.12<br />
Ende <strong>Vorlesung</strong>en: 11.07.12<br />
<strong>Vorlesung</strong>sausfälle<br />
29.05.-30.05.2009 (Pfingsten)<br />
Start „Physik II“: <strong>03.04</strong>.12 (heute)<br />
Ende „Physik II“: 11.07.12<br />
Anzahl <strong>Vorlesung</strong>en: 28<br />
<strong>Vorlesung</strong>szeiten: 4 Stunden <strong>Vorlesung</strong><br />
Di. 12.00-13.30, Mi. 10.00 - 11.30<br />
Georg-Simon-Ohm-Hörsaal (HS I) der Physikalischen <strong>Institute</strong><br />
Übungen Montags nach Vereinbarung<br />
Start Übungen: 23.04.12<br />
Klausur 01.08.12 10:00 – 13:00
Prof. Dr. Peter Reiter<br />
Institut für Kernphysik<br />
Universität <strong>zu</strong> Köln<br />
preiter@ikp.uni-koeln.de<br />
0221-470-3624<br />
Web-page <strong>zu</strong>r <strong>Vorlesung</strong> mit Folien, Ankündigunen, Übungsblätter<br />
http://www.ikp.uni-koeln.de/groups/reiter/lehre/index.php?show=exp2
Dr. R.J. Berger<br />
I. Physikalisches Institut<br />
Universität <strong>zu</strong> Köln<br />
berger@ph1.uni-koeln.de<br />
0221-470-3612<br />
F. Krämer<br />
kraemerf@ph1.uni-koeln.de<br />
0221-470-3612
Dr. Tanja Kotthaus<br />
Institut für Kernphysik<br />
Universität <strong>zu</strong> Köln<br />
t.kotthaus@ikp.uni-koeln.de<br />
0221 470 3623<br />
Anmeldung für die Übungsgruppen bis Dienstag 10.04 um 12:00<br />
https://www.astro.uni-koeln.de/registrierung/Experimentalphysik2<br />
Übungsgruppeneinteilung auf der Web-page <strong>zu</strong>r <strong>Vorlesung</strong><br />
http://www.ikp.uni-koeln.de/groups/reiter/lehre/index.php?show=exp2
Jede Woche ein Übungszettel mit Aufgaben <strong>zu</strong> aktuellen<br />
Themen der <strong>Vorlesung</strong> Experimentalphysik II<br />
- Übungsblätter in <strong>Vorlesung</strong> und auf Web-Page am Dienstag.<br />
- Ablauf<br />
Datum 11.04: Ausgabe 1. Übungsblatt<br />
Datum 17.04: Abgabe 1. Ü-Blatt, Ausgabe 2. Ü-Blatt<br />
Datum 23.04: Termin 1. Übungsgruppe Besprechung 1. Ü-Blatt<br />
Datum 24.04: Abgabe 2. Ü-Blatt, Ausgabe 3. Ü-Blatt<br />
…..<br />
•Klausur<strong>zu</strong>lassung mit 50% der Punkte für Übungsaufgaben<br />
•Gruppengröße bis 3 Personen
Tutorium der Fachschaft<br />
• Tutorium für Experimentalphysik 2 findet statt:<br />
• Donnerstags 16:00 - 17:30 im Hörsaal II<br />
• Das Tutorium wir von Herrn Marcel Zimmer geleitet.<br />
• Link auf der Fachschafts-Website <strong>zu</strong> anderen Tutorien:<br />
http://fs-physik.uni-koeln.de/tutorium.html<br />
Bitte nutzen Sie diese Angebote!
<strong>Vorlesung</strong><br />
• Powerpoint – Präsentation keine Kopien! (Copyright)<br />
• Rechnungen, Beispiele Übungen<br />
• Experimente Berger/Krämer<br />
Sie sollten das Wichtigste mitschreiben! (Stichworte)<br />
Sie müssen selbst ein Physikbuch <strong>zu</strong>r Hand nehmen!<br />
Literaturliste
Literatur: PHYSIK II<br />
• D. Halliday, R. Resnick: Physik Bachelor-Edition, Wiley-Vch<br />
• D. Halliday, R. Resnick: Physik, Wiley-Vch<br />
• P.A. Tipler: Physik, Elsevier Spektrum Akademischer Verlag<br />
• D. Meschede: Gerthsen Physik, Springer<br />
• W. Demtröder: Experimentalphysik 2, Springer
Literatur: PHYSIK II<br />
• R.P. Feynman: Feynman <strong>Vorlesung</strong>en über Physik, Bd. 2, Oldenbourg<br />
Feynman Lectures on <strong>Physics</strong>, Vol. 2, Addison-Wesley Publishing Co.<br />
• Berkeley Physik Kurs II: Elektrizität und Magnetismus,<br />
Friedrich Vieweg Verlag, Braunschweig<br />
• Bergmann-Schäfer : Experimentalphysik , Band II, „Elektromagnetismus“<br />
de Gruyter Verlag<br />
•R.W. Pohl : Einführung in die Physik, Band II<br />
Springer
Literatur: PHYSIK II<br />
Nur für Fortgeschrittene, Theoriebücher<br />
• J. D. Jackson: „Klassische Elektrodynamik“,<br />
de Gruyter Verlag<br />
• W. Greiner: Theoretische Physik, Band 3 „Elektrodynamik“,<br />
Verlag Harri Deutsch, Thun
Modulbeschreibung laut Studienführer<br />
SWS Aufwand / h Leistungspunkte<br />
<strong>Vorlesung</strong> 4<br />
Übungen 2<br />
Gesamt 6 240 8<br />
Inhalt<br />
Das Modul besteht aus einer <strong>Vorlesung</strong> mit Übungen, die folgende Themen<br />
behandelt:<br />
1. Elektrodynamik<br />
* Elektrostatik, Magnetostatik<br />
* Maxwell-Gleichungen<br />
* Wellengleichung des elektromagnetischen Feldes, Wellenausbreitung<br />
2. Optik<br />
* geometrische Optik<br />
* Polarisation, Brechung<br />
* Interferenz<br />
* Fresnel-, Fourier-Optik
1. Elektrodynamik<br />
* Elektrostatik, Magnetostatik<br />
* Maxwell-Gleichungen<br />
* Wellengleichung des elektromagnetischen Feldes, Wellenausbreitung<br />
Magnetfelder:<br />
Erdmagnetfeld<br />
Supraleitender LHC-Magnet
1. Elektrodynamik<br />
* Elektrostatik, Magnetostatik<br />
* Maxwell-Gleichungen<br />
* Wellengleichung des elektromagnetischen Feldes, Wellenausbreitung<br />
Maxwell-Gleichungen<br />
Induktion<br />
Faraday-Käfig
1. Elektrodynamik<br />
* Elektrostatik, Magnetostatik<br />
* Maxwell-Gleichungen<br />
* Wellengleichung des elektromagnetischen Feldes, Wellenausbreitung<br />
Spektrum elektromagnetischer Wellen
Personen<br />
Physik I<br />
Newton (1643-1727)<br />
Physik II<br />
Maxwell (1831-1879)
∫∫<br />
∫∫<br />
∫<br />
∫∫<br />
∫<br />
∫∫<br />
∫∫<br />
∫∫∫<br />
⋅<br />
∂<br />
∂<br />
+<br />
⋅<br />
=<br />
⋅<br />
⋅<br />
∂<br />
∂<br />
= −<br />
⋅<br />
=<br />
⋅<br />
=<br />
⋅<br />
A<br />
A<br />
A<br />
O<br />
O<br />
V<br />
dA<br />
E<br />
t<br />
dA<br />
j<br />
dr<br />
B<br />
dA<br />
B<br />
t<br />
dr<br />
E<br />
dA<br />
B<br />
dV<br />
dA<br />
E<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
(4)<br />
(3)<br />
0<br />
(2)<br />
1<br />
(1)<br />
ε<br />
µ<br />
µ<br />
ρ<br />
ε<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
∂<br />
∂<br />
+<br />
=<br />
∇×<br />
∂<br />
∂<br />
= −<br />
∇×<br />
=<br />
∇ ⋅<br />
=<br />
∇ ⋅<br />
t<br />
E<br />
j<br />
B<br />
t<br />
B<br />
E<br />
B<br />
E<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
0<br />
0<br />
0<br />
(4)<br />
(3)<br />
0<br />
(2)<br />
(1)<br />
ε<br />
µ<br />
ε<br />
ρ<br />
Maxwell-Gleichungen<br />
Maxwell<br />
1861-1864
1. Elektrostatik<br />
Versuche mit Reibungselektrizität<br />
Plastikstab<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
-<br />
Ladungen<br />
-<br />
-<br />
-<br />
- -<br />
-<br />
Elektrometer<br />
Katzenfell
Versuche mit Reibungselektrizität<br />
Kelvin‘s Hochspannungsgenerator
Versuche mit Reibungselektrizität<br />
Kelvin‘s Hochspannungsgenerator
Elektrostatische Kräfte:<br />
Ladungen üben aufeinander Kräfte aus.<br />
Sie ziehen sie sich an oder stoßen sich ab.<br />
Es gibt also zwei Arten von Ladungen.<br />
− +<br />
+ −<br />
+<br />
+<br />
− −<br />
Anziehung ungleicher<br />
Ladungen<br />
Abstoßung gleicher<br />
Ladungen
Elektrische Ladungen<br />
Beobachtung (Griechenland, Altertum):<br />
Bernstein („elektron“) zieht nach Reibung Stroh und Federn an<br />
Moderne Erklärung: Elementarteilchen haben<br />
• Masse m<br />
• (elektrische) Ladung Q<br />
• Farbladung (R,G,B)<br />
• schwache Hyperladung Y<br />
schwache Isospinladung I 3<br />
⇒ Gravitationsfeld<br />
⇒ Elektrisches Feld<br />
(und bei Bewegung magnetisches Feld)<br />
⇒ Starkes Feld (Kernkräfte)<br />
⇒ Schwaches Feld (Radioaktivität)
Empirische Tatsachen: Ladung ist immer quantisiert<br />
Millikan-Versuch (1907): statisch geladene Öltröpfchen im E-Feld<br />
(kommt später, wird vorgeführt)<br />
⇒ „Elementarladung“<br />
Elektron e −<br />
Q(e − ) = −e<br />
Positron e + Q(e + ) = +e<br />
Proton p Q(p) = +e<br />
Ungelöstes Rätsel:<br />
e = 1,602⋅10<br />
(<br />
+<br />
e )<br />
( )<br />
Q p<br />
≡1<br />
−19<br />
C<br />
(Coulomb)<br />
Teilchen / Antiteilchen<br />
m(e − ) = m(e + )<br />
aber<br />
(<br />
+<br />
)<br />
Q -4<br />
m e<br />
m p<br />
( )<br />
≈ 5⋅10<br />
Quarks: stets gebundene Bausteine der Hadronen (Proton, ...)<br />
u, c, t :<br />
d, s, b :<br />
Q<br />
Q<br />
= +<br />
= −<br />
2<br />
3<br />
1<br />
3<br />
e<br />
e<br />
Hadronen:<br />
Q = n ⋅e<br />
n<br />
= −1,0,1,2
Ladungserhaltung<br />
Abgeschlossenes System ⇒<br />
Qtot = ∑ Qi<br />
=<br />
i<br />
const.<br />
Beispiel: Konversion von Gamma-Quanten<br />
γ<br />
Atomkern<br />
Ladung Z·e<br />
e −<br />
e +<br />
( ) 0<br />
Q tot<br />
Q γ =<br />
= (<br />
+<br />
) (<br />
−<br />
Q Q e Q e ) tot<br />
= + = 0
Ladungserhaltung<br />
Abgeschlossenes System ⇒<br />
Qtot = ∑ Qi<br />
=<br />
i<br />
const.<br />
Beispiel: Neutronenzerfall<br />
Neutron<br />
Proton<br />
Elektron<br />
e -<br />
q = - e<br />
n<br />
q = 0<br />
p +<br />
q = + e<br />
ν e<br />
Neutrino<br />
q = 0
Zusammenfassung<br />
Elektrostatische Kräfte:<br />
Ladungen üben aufeinander Kräfte aus.<br />
Sie ziehen sie sich an oder stoßen sich ab.<br />
Es gibt also zwei Arten von Ladungen.<br />
− +<br />
+ −<br />
+<br />
+<br />
− −<br />
Anziehung ungleicher<br />
Ladungen<br />
Abstoßung gleicher<br />
Ladungen
Zusammenfassung<br />
Empirische Tatsachen: Ladung ist immer quantisiert<br />
„Elementarladung“<br />
e<br />
= 1,602⋅10<br />
−19<br />
C<br />
(Coulomb)<br />
Elektron e −<br />
Q(e − ) = −e<br />
Proton p Q(p) = +e<br />
Ladungserhaltung<br />
Abgeschlossenes System ⇒<br />
Qtot = ∑ Qi<br />
=<br />
i<br />
const.