Vorlesung vom 03.04 - Institute for Nuclear Physics - Universität zu ...

Willkommen zum
Sommersemester!

Vorlesung - Organisatorisches
• SS 2012: Beginn Vorlesungen: 03.04.12
Ende Vorlesungen: 11.07.12
Vorlesungsausfälle
29.05.-30.05.2009 (Pfingsten)
Start „Physik II“: 03.04.12 (heute)
Ende „Physik II“: 11.07.12
Anzahl Vorlesungen: 28
Vorlesungszeiten: 4 Stunden Vorlesung
Di. 12.00-13.30, Mi. 10.00 - 11.30
Georg-Simon-Ohm-Hörsaal (HS I) der Physikalischen Institute
Übungen Montags nach Vereinbarung
Start Übungen: 23.04.12
Klausur 01.08.12 10:00 – 13:00

Prof. Dr. Peter Reiter
Institut für Kernphysik
Universität zu Köln
preiter@ikp.uni-koeln.de
0221-470-3624
Web-page zur Vorlesung mit Folien, Ankündigunen, Übungsblätter
http://www.ikp.uni-koeln.de/groups/reiter/lehre/index.php?show=exp2

Dr. R.J. Berger
I. Physikalisches Institut
Universität zu Köln
berger@ph1.uni-koeln.de
0221-470-3612
F. Krämer
kraemerf@ph1.uni-koeln.de
0221-470-3612

Dr. Tanja Kotthaus
Institut für Kernphysik
Universität zu Köln
t.kotthaus@ikp.uni-koeln.de
0221 470 3623
Anmeldung für die Übungsgruppen bis Dienstag 10.04 um 12:00
https://www.astro.uni-koeln.de/registrierung/Experimentalphysik2
Übungsgruppeneinteilung auf der Web-page zur Vorlesung
http://www.ikp.uni-koeln.de/groups/reiter/lehre/index.php?show=exp2

Jede Woche ein Übungszettel mit Aufgaben zu aktuellen
Themen der Vorlesung Experimentalphysik II
- Übungsblätter in Vorlesung und auf Web-Page am Dienstag.
- Ablauf
Datum 11.04: Ausgabe 1. Übungsblatt
Datum 17.04: Abgabe 1. Ü-Blatt, Ausgabe 2. Ü-Blatt
Datum 23.04: Termin 1. Übungsgruppe Besprechung 1. Ü-Blatt
Datum 24.04: Abgabe 2. Ü-Blatt, Ausgabe 3. Ü-Blatt
…..
•Klausurzulassung mit 50% der Punkte für Übungsaufgaben
•Gruppengröße bis 3 Personen

Tutorium der Fachschaft
• Tutorium für Experimentalphysik 2 findet statt:
• Donnerstags 16:00 - 17:30 im Hörsaal II
• Das Tutorium wir von Herrn Marcel Zimmer geleitet.
• Link auf der Fachschafts-Website zu anderen Tutorien:
http://fs-physik.uni-koeln.de/tutorium.html
Bitte nutzen Sie diese Angebote!

Vorlesung
• Powerpoint – Präsentation keine Kopien! (Copyright)
• Rechnungen, Beispiele Übungen
• Experimente Berger/Krämer
Sie sollten das Wichtigste mitschreiben! (Stichworte)
Sie müssen selbst ein Physikbuch zur Hand nehmen!
Literaturliste

Literatur: PHYSIK II
• D. Halliday, R. Resnick: Physik Bachelor-Edition, Wiley-Vch
• D. Halliday, R. Resnick: Physik, Wiley-Vch
• P.A. Tipler: Physik, Elsevier Spektrum Akademischer Verlag
• D. Meschede: Gerthsen Physik, Springer
• W. Demtröder: Experimentalphysik 2, Springer

Literatur: PHYSIK II
• R.P. Feynman: Feynman Vorlesungen über Physik, Bd. 2, Oldenbourg
Feynman Lectures on Physics, Vol. 2, Addison-Wesley Publishing Co.
• Berkeley Physik Kurs II: Elektrizität und Magnetismus,
Friedrich Vieweg Verlag, Braunschweig
• Bergmann-Schäfer : Experimentalphysik , Band II, „Elektromagnetismus“
de Gruyter Verlag
•R.W. Pohl : Einführung in die Physik, Band II
Springer

Literatur: PHYSIK II
Nur für Fortgeschrittene, Theoriebücher
• J. D. Jackson: „Klassische Elektrodynamik“,
de Gruyter Verlag
• W. Greiner: Theoretische Physik, Band 3 „Elektrodynamik“,
Verlag Harri Deutsch, Thun

Modulbeschreibung laut Studienführer
SWS Aufwand / h Leistungspunkte
Vorlesung 4
Übungen 2
Gesamt 6 240 8
Inhalt
Das Modul besteht aus einer Vorlesung mit Übungen, die folgende Themen
behandelt:
1. Elektrodynamik
* Elektrostatik, Magnetostatik
* Maxwell-Gleichungen
* Wellengleichung des elektromagnetischen Feldes, Wellenausbreitung
2. Optik
* geometrische Optik
* Polarisation, Brechung
* Interferenz
* Fresnel-, Fourier-Optik

1. Elektrodynamik
* Elektrostatik, Magnetostatik
* Maxwell-Gleichungen
* Wellengleichung des elektromagnetischen Feldes, Wellenausbreitung
Magnetfelder:
Erdmagnetfeld
Supraleitender LHC-Magnet

1. Elektrodynamik
* Elektrostatik, Magnetostatik
* Maxwell-Gleichungen
* Wellengleichung des elektromagnetischen Feldes, Wellenausbreitung
Maxwell-Gleichungen
Induktion
Faraday-Käfig

1. Elektrodynamik
* Elektrostatik, Magnetostatik
* Maxwell-Gleichungen
* Wellengleichung des elektromagnetischen Feldes, Wellenausbreitung
Spektrum elektromagnetischer Wellen

Personen
Physik I
Newton (1643-1727)
Physik II
Maxwell (1831-1879)

∫∫
∫∫
∫
∫∫
∫
∫∫
∫∫
∫∫∫
⋅
∂
∂
+
⋅
=
⋅
⋅
∂
∂
= −
⋅
=
⋅
=
⋅
A
A
A
O
O
V
dA
E
t
dA
j
dr
B
dA
B
t
dr
E
dA
B
dV
dA
E
0
0
0
0
(4)
(3)
0
(2)
1
(1)
ε
µ
µ
ρ
ε
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∂
∂
+
=
∇×
∂
∂
= −
∇×
=
∇ ⋅
=
∇ ⋅
t
E
j
B
t
B
E
B
E
0
0
0
(4)
(3)
0
(2)
(1)
ε
µ
ε
ρ
Maxwell-Gleichungen
Maxwell
1861-1864

1. Elektrostatik
Versuche mit Reibungselektrizität
Plastikstab
-
-
-
-
-
-
-
Ladungen
-
-
-
- -
-
Elektrometer
Katzenfell

Versuche mit Reibungselektrizität
Kelvin‘s Hochspannungsgenerator

Versuche mit Reibungselektrizität
Kelvin‘s Hochspannungsgenerator

Elektrostatische Kräfte:
Ladungen üben aufeinander Kräfte aus.
Sie ziehen sie sich an oder stoßen sich ab.
Es gibt also zwei Arten von Ladungen.
− +
+ −
+
+
− −
Anziehung ungleicher
Ladungen
Abstoßung gleicher
Ladungen

Elektrische Ladungen
Beobachtung (Griechenland, Altertum):
Bernstein („elektron“) zieht nach Reibung Stroh und Federn an
Moderne Erklärung: Elementarteilchen haben
• Masse m
• (elektrische) Ladung Q
• Farbladung (R,G,B)
• schwache Hyperladung Y
schwache Isospinladung I 3
⇒ Gravitationsfeld
⇒ Elektrisches Feld
(und bei Bewegung magnetisches Feld)
⇒ Starkes Feld (Kernkräfte)
⇒ Schwaches Feld (Radioaktivität)

Empirische Tatsachen: Ladung ist immer quantisiert
Millikan-Versuch (1907): statisch geladene Öltröpfchen im E-Feld
(kommt später, wird vorgeführt)
⇒ „Elementarladung“
Elektron e −
Q(e − ) = −e
Positron e + Q(e + ) = +e
Proton p Q(p) = +e
Ungelöstes Rätsel:
e = 1,602⋅10
(
+
e )
( )
Q p
≡1
−19
C
(Coulomb)
Teilchen / Antiteilchen
m(e − ) = m(e + )
aber
(
+
)
Q -4
m e
m p
( )
≈ 5⋅10
Quarks: stets gebundene Bausteine der Hadronen (Proton, ...)
u, c, t :
d, s, b :
Q
Q
= +
= −
2
3
1
3
e
e
Hadronen:
Q = n ⋅e
n
= −1,0,1,2

Ladungserhaltung
Abgeschlossenes System ⇒
Qtot = ∑ Qi
=
i
const.
Beispiel: Konversion von Gamma-Quanten
γ
Atomkern
Ladung Z·e
e −
e +
( ) 0
Q tot
Q γ =
= (
+
) (
−
Q Q e Q e ) tot
= + = 0

Ladungserhaltung
Abgeschlossenes System ⇒
Qtot = ∑ Qi
=
i
const.
Beispiel: Neutronenzerfall
Neutron
Proton
Elektron
e -
q = - e
n
q = 0
p +
q = + e
ν e
Neutrino
q = 0

Zusammenfassung
Elektrostatische Kräfte:
Ladungen üben aufeinander Kräfte aus.
Sie ziehen sie sich an oder stoßen sich ab.
Es gibt also zwei Arten von Ladungen.
− +
+ −
+
+
− −
Anziehung ungleicher
Ladungen
Abstoßung gleicher
Ladungen

Zusammenfassung
Empirische Tatsachen: Ladung ist immer quantisiert
„Elementarladung“
e
= 1,602⋅10
−19
C
(Coulomb)
Elektron e −
Q(e − ) = −e
Proton p Q(p) = +e
Ladungserhaltung
Abgeschlossenes System ⇒
Qtot = ∑ Qi
=
i
const.