Physik III (Wellen und Quanten) - WS 2014/15
(Vorlesung und Übungen, 8 SWS)
Veranstaltungs-Nr. 111000
Dozenten
- Prof. Dr. Helmut Kohl (Physikalisches Institut)
 - Prof. Dr. Michael Rohlfing (Institut für Festkörpertheorie)
 
Koordination der Übungsgruppen
Inhalt der Vorlesung
Elektromagnetische Wellen
- Maxwell-Gleichungen
 - Erzeugung elektromagnetischer Wellen
 - elektromagnetische Wellen im Vakuum, in Isolatoren und in Leitern
 - Wellenausbreitung
 - Wellenpakete
 - Phasen- und Gruppengeschwindigkeit
 - Messung der Lichtgeschwindigkeit
 
Optik
- Wechselwirkung von Licht mit Materie
 - Polarisation und Kristalloptik
 - geometrische Optik
 - optische Instrumente
 - Wellenoptik
 - Interferenz und Beugung
 - Nah- und Fernfeldoptik
 - Anwendungen von Interferenz- und Beugungsphänomenen
 - Michelson-Morley Experiment
 - nichtlineare Optik
 
Quanten
- Hohlraumstrahlung
 - Planck'sches Strahlungsgesetz
 - Photoeffekt
 - Laser
 - Compton-Effekt
 - Dualismus Welle-Teilchen
 - Unbestimmtheitsrelation
 - Franck-Hertz Experiment
 - Stern-Gerlach Experiment
 
Übungsgruppen
| Gruppe | 
      Termin 1 | Termin 2 | Gruppeleiter/in | Briefkasten | 
| 1 | Di 08-10, IG1 87 | Fr 08-10, IG1 87 | Hannibal | 15 | 
| 2 | Di 08-10, IG1 88 | Fr 08-10, IG1 88 | Wigger | 16 | 
| 3 | Di 08-10, IG1 619 | Fr 08-10, IG1 619 | Holtkemper | 17 | 
| 4 | Di 08-10, IG1 718 | Fr 08-10, IG1 718 | Drüppel | 18 | 
| 5 | Di 08-10, KP 103 | Fr 08-10, KP 103 | Schmoll | 19 | 
| 6 | Di 08-10, KP 104 | Fr 08-10, KP 104 | Lengers | 20 | 
| 7 | Do 14-16, IG1 88 | Gesenhues (*) | 21 | |
| 8 | Di 08-10, KP 304 | Fr 13-15, IG1 86 | Esch | 22 | 
| 9 | Do 14-16, Z104 | Daniels (*) | 23 | |
| 10 | Mo 14-16, IG1 85 | Fr 08-10, KP 303 | Kettmann | 24 | 
| 11 | Di 14-16, KP 403 | Fr 08-10, KP 304 | Schmiemann | 25 | 
| 12 | Di 08-10, KP 303 | Fr 08-10, IG1 85 | Kerber | 26 | 
| 13 | Mo 14-16, IG1 87 | Fr 13-15, IG1 718 | Lüker | 27 | 
| 14 | Di 14-16, KP 303 | Fr 13-15, KP 303 | Kendziorczyk | 28 | 
| 15 | Di 08-10, IG1 85 | Post (*) | 29 | |
| 16 | Di 08-10, IG 1 86 | Fr 08-10, IG1 86 | Niehues | 30 | 
(*) Übungsgruppe 7, 9 und 15 ohne Theoretische Ergänzungen
Übungsblätter
| Übungsblatt | Ausgabedatum | Abgabedatum | 
| 1 | 15.10.2014 | 22.10.2014 | 
| 2 | 22.10.2014 | 29.10.2014 | 
| 3 | 29.10.2014 | 05.11.2014 | 
| 4 | 05.11.2014 | 12.11.2014 | 
| 5 | 12.11.2014 | 19.11.2014 | 
| 6 | 19.11.2014 | 26.11.2014 | 
| 7 | 26.11.2014 | 03.12.2014 | 
| 8 | 03.12.2014 | 10.12.2014 | 
| 9 | 10.12.2014 | 17.12.2014 | 
| 10 | 17.12.2014 | 07.01.2015 | 
| 11 | 07.01.2015 | 14.01.2015 | 
| 12 | 14.01.2015 | 21.01.2015 | 
| 13 | 21.01.2015 | 28.01.2015 | 
| 14 | 28.01.2015 | 04.02.2015 | 
Klausuren
- Klausureinsicht (Nachklausur): Dienstag, 14.04.2015, 14-15 Uhr, IG1 718
 - Ergebnisse Klausur 2
 
Inhaltsverzeichnis der Vorlesung
Kap. 1
Wellenphänomene
| 1.1 | 
      Fourier-Transformation | 
| 1.1.1 | Fourier-Reihe | 
| 1.1.2 | Kontinuierliche Fourier-Transformation | 
| 1.2 | Wellengleichung / Schwingende Saite | 
| 1.2.1 | Lösungsansatz mittels "Trennung der Variablen" / "Separationsansatz" | 
| 1.2.3 | Lösung mittels Fourier-Transformation | 
| 1.2.4 | Randbedingungen / stehende Wellen | 
| 1.3 | 
      Wellenausbreitung | 
| 1.4 | 
      Wellen in drei Dimensionen | 
| 1.5 | 
      Überlagerung von Wellen | 
| 1.5.1 | Stehende Wellen | 
| 1.5.2 | Gruppengeschwindigkeit | 
| 1.6 | 
      Longitudinal- und Transversalwellen | 
| 1.7 | 
      Doppler-Effekt und Machscher Kegel | 
| 1.8 | Schallwahrnehmung | 
| 1.9 | "Endgültige" Lösung der eindimensionalen Wellengleichung | 
| 1.10 | Zweidimensionale Membran | 
| 1.10.1 | Spezialfall: Eingespannte Rechteck-Membran | 
| 1.10.2 | Spezialfall: Runde Membran | 
Kap. 2
Elektromagnetismus; elektromagnetische Wellen
| 2.1 | Maxwell-Gleichungen | 
| 2.2 | Ebene elektromagnetische Wellen im Vakuum | 
| 2.3 | 
      Die Telegraphengleichung / Die Lecher-Leitung | 
| 2.4 | 
      Abstrahlung elektromagnetischer Wellen | 
| 2.5 | 
      Inhomogene Wellengleichung | 
| 2.6 | Lösung der inhomogenen Wellengleichung | 
| 2.7 | Dipolstrahlung | 
| 2.8 | 
      Hohlraumresonator | 
| 2.9 | 
      Hohlleiter | 
| 2.10 | Wellenpaket; Phasen- und Gruppengeschwindigkeit | 
| 2.11 | 
      Energiebilanz elektromagnetischer Wellen | 
| 2.12 | Elektrodynamik in Materie | 
Kap. 3
Optik
| 3.1 | Ausbreitung von Licht | 
| 3.1.1 | Reflexion des Lichts | 
| 3.1.2 | Brechung des Lichts | 
| 3.1.3 | (Mikroskopische) Erklärung der Dispersion | 
| 3.1.4 | Linsen | 
| 3.1.5 | Optische Geräte | 
| 3.2 | Fresnel'sche Gleichungen bei Reflexion und Brechung | 
| 3.2.1 | Randbedingungen an einer Grenzfläche | 
| 3.2.2 | Fresnel'sche Gleichungen | 
| 3.3.1 | Linsenfehler | 
| 3.3.2 | Dicke Linsen | 
| 3.4 | 
      Das Fermat'sche Prinzip | 
| 3.5 | Variationsrechnung / Fermat'sches Prinzip | 
| 3.6 | 
      Matrixmethoden in der geometrischen Optik | 
| 3.7 | 
      Interferenz und Beugung | 
| 3.7.1 | Interferenz | 
| 3.7.2 | Beugung | 
| 3.7.3 | Fresnel-Beugung | 
| 3.7.4 | Kirchhoff'sche Formeln | 
| 3.7.5 | Abbe'sche Theorie des Mikroskops | 
| 3.7.6 | Interferometrie und Kohärenz | 
| 3.7.7 | Holographie | 
| 3.8 | Polarisation | 
| 3.8.1 | Lineare Polarisation | 
| 3.8.2 | Elliptisch und zirkular polarisiertes Licht | 
| 3.8.3 | Optische Aktivität | 
| 3.9 | 
      Theoretische Anmerkungen zur dielektrischen Funktion | 
| 3.9.1 | Konsequenzen aus räumlicher Struktur | 
| 3.9.2 | Konsequenzen aus Frequenzstruktur von εr (ω) | 
| 3.10 | Felder/Strahlung beschleunigter Ladungen | 
Kap. 4
Quanten
| 4.1 | Die Quantennatur des Lichts | 
| 4.1.1 | Die Wärmestrahlung | 
| 4.1.2 | Der lichtelektrische Effekt | 
| 4.1.3 | Der Compton-Effekt | 
| 4.1.4 | Das Doppelspalt-Experiment | 
| 4.2 | 
      Einführung in die Atomphysik | 
| 4.2.1 | Aufbau der Atome | 
| 4.2.2 | Welle-Teilchen Dualismus bei Elektronen | 
| 4.2.3 | Der Aufbau der Atome | 
| 4.2.4 | Röntgenstrahlen | 
| 4.3 | 
      Theoretische Aspekte der Quantenphysik | 
| 4.3.1 | Welle-Teilchen-Dualismus | 
| 4.3.2 | Unbestimmtheitsrelationen | 
| 4.4 | Emission und Absorption von Licht - Aufbau eines Lasers | 
| 4.5 | Die Lichtstärke |