Physik III (Wellen und Quanten) - WS 2014/15

(Vorlesung und Übungen, 8 SWS)

Veranstaltungs-Nr. 111000


Dozenten

Koordination der Übungsgruppen


Übungsgruppen

Übungsblätter

Materialien zur Vorlesung

Klausuren


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


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


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