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 Maxwellsche 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