Physik für den Studiengang Elektrotechnik

J. Kempf

 

1. Einführung

1.1 Gebiete der Physik

1.2 Physikalische Größen und Einheiten

1.3 Darstellung & Verknüpfung phys. Größen

1.4.Fehlerrechnung

2 Mechanik

Einteilchensysteme

2.1 Kinematik der Punktmasse

2.1.1 Geradlinige Bewegung ( Differentialrechnung und Integralrechnung )

2.1.2 Kreisbewegung (gleichförmig)

2.2 Dynamik der Punktmasse

2.2.1 Newtonsche Axiome

Trägheits-, Kraft- und Reaktionsgesetz

2.2.2 Kraft und Impuls

Kraft, Impuls, Kraftstoß, Druck, Impulserhaltungssatz, Drehimpuls und

Drehmoment

Kraftbeispiele: Trägheits- und Beschleunigungskraft, Gravitationskraft, Reibungskräfte, elektr. Kraft, Lorenzkraft,

Anwendungsbeispiele:

Raketengleichung, Satellitenbahnen, Hall-Sonde, Fahdenstrahlrohr, TV-Röhre,

Zyklotron, ectra)

2.2.3 Arbeit Energie und Leistung

Arbeit, pot. und kin. Energie, Energieerhaltungssatz

Anwendungen: Hubarbeit, Beschleunigungsarbeit, Verformungsarbeit, elastischer und inelastischer Stoß, Elekrtonen-Ionenquelle, Elektronenmikroskop

2.2.4 Wechselwirkungen und Felder

Kraftarten und fundamentale Wechselwirkungen, Kraftfeld und Potentiale:

gravitative Wechselwirkung, elektro- magnetische Wechselwirkung

2.3 Schwingungen

2.3.1 Oszillatoren & harmonische Bewegung (Differentialgleichungen)

2.3.2 Freie gedämpfte Schwingung

2.3.3 Erzwungene gedämpfte Schwingung

.2.3.4 Mechanisch-elektrische Analogien

2.3.5 Überlagerung und Zerlegung von Schwingungen

Fourieranalyse, -synthese, parallele und orthogonale Schwingungen, Lissajou

-Figuren

2.3.6 Gekoppelte schwingungsfähige Systeme

 

2.4 Wellen

2.4.1 Entstehung von Wellen

Begriffe, Definitionen, mathematische Beschreibung der eindimensionalen Welle in Integral-und Differentialform

2.4.2 Ausbreitung von Wellen

Phasen-und Gruppengeschwindigkeit, Dispersion, Reflexion, Brechung, Anwendungsbeispiele: Lichtwellenleiter

2.4.3 Überlagerung von Wellen

Beugung und Interferenz am Spalt und Gitter, Schwebungen, stehende Wellen

2.4.3 Wellenarten

akustische Wellen, elektromagnetische Wellen, Materiewellen

2.5 Relativistische Mechanik

2.5.1 Relativistische Masse

2.5.2 Relativistische Energie

Masse-Energie-Äquivalentz und Anwendungen: Bindungsenergie, Kernspaltung,

Kernfusion

2.6 Quantenmechanik

2.6.1 Quantelung von Energie & Impuls ( Energieniveaus und -übergänge)

2.6.2 Wellen und Quanten (Photonen, Emission und Absorption)

2.6.2 Unschärferelation und Schrödingergleichung

Vielteilchensysteme

2.7.Statistische Mechanik

2.7.1 Maxwell’sche Geschwindigkeitsverteilung

experimentelle Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung , statistische

Mittelwerte, Aktivierungsenergien, Isotopentrennung

2.7.2 Barometrische Höhenformel und Boltzmannverteilung

Anwendungen: Elektronenglühemission, Höhenmessung,. ..)

2.7.3 Zustandsgrößen

Druck, Temperatur, Stoffmenge, molare Größen, therm. Energie

Gleichverteilungssatz und Freiheitsgrade

2.7.4 Zustandsänderungen

Statistische Gastheorie: thermische Ausdehnung, Zustandsgleichung idealer

Gase, isobare, isotherme, isochore und adiabatische Zustandsänderungen

Reale Gase und Gasverflüssigung: Van der Waalsche Zustandsgleichung

3.Thermodynamik/ Wärmelehre

3.1 Begriffe und Definitionen

thermodynamische Systeme: Zustands- und Prozeßgrößen, thermodynamische

Prozesse, Energieaustausch und Zustandsänderung

3.2 1.Hauptsatz der Thermodynamik

3.2.1 Wärme und Volumenarbeit

3.2.2 Innere Energie und Wärmekapazitäten

3.2.3 Energieerhaltungssatz von Vielteilchensystemen

3.3 2.Hauptsatz der Thermodynamik

3.3.1 Reversible und irreversible Prozesse

3.3.2 Kreisprozesse

3.3.3 Carnotscher Kreisprozeß und therm. Wirkungsgrad

3.3.4 Wärmekraftmaschine, Wärmepumpe und Kältemaschine

3.3.5 Entropie

3.4 Wärmeausbreitung:Wärmeübertragung und Wärmeübergänge

3.4.1 Wärmeleitung

3.4.2 Wärmekonvektion

3.4.3 Wärmestrahlung

4. Aufbau der Materie

4.1 Atomphysik

41.1 Atomaufbau und diskrete Energiezustände

4.1.2 Röntgenstrahlung

4.2 Kernphysik

4.2.1 Kernaufbau

4.2.2 Massendefekt, Bindungsenergie und Kernenergie

4.2.3 Kernreaktionen: Spaltung, Fusion

4.2.4 Radioaktivität, Dosimetrie und Strahlenschutz

4.3 Festkörper- und Halbleiterphysik

4.3.1 Aufbau und Struktur von Festkörpern

4.3.2 Elektronische Eigenschaften der Festkörper

Elektrische Leitung in Festkörpern: Metallische Leitung, Halbleiter,

Isolatoren, Supraleitung,.....

 

 

 

 

Literaturverzeichnis:

Kypers:Physik für Ingenieure, VCH-Verlag, Weinheim

Hering,E., Martin,R., Stohrer, M.: Physik für Ingenieure, VDI-Verlag

Dobrinski, P., Krakau,G., Vogel, A.: Physik für Ingenieure, Teubner-Verlag

Hammer,K.: Grundkurs der Physik, Oldenburg-Verlag

Paus,J. H.:Physik in Experimenten und Beispielen, Hanser-Verlag

Wolfson,R.,Pasachoff, M.: Physics, Harper-Collins Publishers

Halliday, Resnick:Physik, de Gruyter Verlag

Alonso,M. : Physics, Addison-Wesley -Verlag

Kittel: Berkeley Physik Kurs, Vieweg-Verlag

Atkins: Physik, de Gruyter-Verlag

Kohlrausch: Praktische Physik, Teubner-Verlag, Stuttgart

Kuchling: Taschenbuch der Physik, Fachbuchverlag

Stöcker: Taschenbuch der Physik