Module Handbook

  • Dynamischer Default-Fachbereich geändert auf PHY

Notes on the module handbook of the department Physics

Die hier dargestellten Studiengang-, Modul- und Kursdaten des Fachbereichs Physik [PHY] befinden sich noch in Entwicklung und sind nicht offiziell.

Die offiziellen Modulhandbücher finden Sie unter https://www.physik.uni-kl.de/studium/modulhandbuecher/ .

Module PHY-EP1-M-2

Experimentalphysik 1: Mechanik, Thermodynamik (M, 16.0 LP)

Module Identification

Module Number Module Name CP (Effort)
PHY-EP1-M-2 Experimentalphysik 1: Mechanik, Thermodynamik 16.0 CP (480 h)

Basedata

CP, Effort 16.0 CP = 480 h
Position of the semester 1 Sem. in WiSe/SuSe
Level [2] Bachelor (Fundamentals)
Language [DE] German
Module Manager
Lecturers
Lecturers of the department Physics
Area of study [PHY-LA] Teacher Training Programme (Physics)
Reference course of study [PHY-31.128-SG] B.Ed. LaGR Physics
Livecycle-State [NORM] Active

Notice

Die Lehrveranstaltungen werden im Rahmen des Programms „Früheinstieg in das Physikstudium“ (FiPS) auch im Fernstudium angeboten, siehe https://www.fernstudium-physik.de

Die Übungen zur Lehrveranstaltung Mathematische Grundlagen der Physik können in die Übungen zur Lehrveranstaltung Mechanik und Wärme integriert werden.

Courses

Type/SWS Course Number Title Choice in
Module-Part
Presence-Time /
Self-Study
SL SL is
required for exa.
PL CP Sem.
4V+2U PHY-PFEP-020-K-2
Mechanics and heat
P 84 h 156 h
U-Schein
ja PL1 8.0 WiSe/SuSe
4V+2U PHY-PFEP-021-K-2
Mathematical fundamentals of physics
P 84 h 156 h
U-Schein
ja PL1 8.0 WiSe/SuSe
  • About [PHY-PFEP-020-K-2]: Title: "Mechanics and heat"; Presence-Time: 84 h; Self-Study: 156 h
  • About [PHY-PFEP-020-K-2]: The study achievement [U-Schein] proof of successful participation in the exercise classes (ungraded) must be obtained. It is a prerequisite for the examination for PL1.
  • About [PHY-PFEP-021-K-2]: Title: "Mathematical fundamentals of physics"; Presence-Time: 84 h; Self-Study: 156 h
  • About [PHY-PFEP-021-K-2]: The study achievement [U-Schein] proof of successful participation in the exercise classes (ungraded) must be obtained. It is a prerequisite for the examination for PL1.
  • About [PHY-PFEP-021-K-2]:
    Der Modulteil Mathematische Grundlagen der Physik besteht inhaltlich aus den mathematischen Teilmodulen aus Modul 1 und 2 der Curricularen Standards Physik (Mathematik für Physik 1; Mathematik für Physik 2).

Examination achievement PL1

  • Form of examination: written exam (Klausur) (180 Min.)
  • Examination Frequency: each semester
  • Examination number: 55103 ("Experimentalphysik 1: Mechanik, Thermodynamik")

Evaluation of grades

The grade of the module examination is also the module grade.


Contents

[PHY-PFEP-020-K-2] Mechanics and heat:

Einführung, Allgemeines

  • Theorie und Experiment, Mathematisierung, Verhältnis zu anderen Wissenschaften; Begriffe und Größen, Messen und Maßeinheiten, Standards von Masse/Länge/Zeit, SI‐Einheiten

Mechanik

  • Mechanik von Massenpunkten und Systemen von Massenpunkten: Kinematik; Statik und Dynamik; Im-puls u. Energie und deren Erhaltung; Gravitation und Himmelsmechanik; Bezugssysteme
  • Mechanik des starren Körpers: Drehimpuls und Drehimpulserhaltung; Kreisel
  • Mechanik der Kontinua/deformierbarer Körper: Festkörper: Elastische und plastische Eigenschaften; Flüssigkeiten und Gase: Statik und Dynamik der Fluide
  • Schwingungen und Wellen; Akustik: freie, gedämpfte und erzwungene Schwingungen, Resonanz, Wellengleichung
  • Ausblick: Grenzen der klassischen Mechanik (Nichtlineare Dynamik, Spezielle Relativitäts-theorie, Quanten)

Thermodynamik

  • Phänomenologische Thermodynamik: Zustandsgrößen und Prozessgrößen, thermodynamische Systeme; Zustandsgleichungen; Thermische Kenngrößen der Materie; Energie und Entropie; Hauptsätze der Thermodynamik; Wärmetransport; Zustandsänderungen und Kreisprozesse; Aggregatzustände und Phasenübergänge; Wärmekraftmaschinen und Kältemaschinen, Wirkungsgrad
  • Kinetische Gastheorie: Atomismus und kinetische Gastheorie, Druck und innere Energie in kinetischer Deutung; Boltzmann‐ und Maxwellverteilung; Transportprozesse in kinetischer Deutung
  • Ausblick: Bedeutung (Evolution und Kosmologie) und Grenzen (Statistische Mechanik, Nichtgleichgewichtsthermodynamik)

[PHY-PFEP-021-K-2] Mathematical fundamentals of physics:

  • Vektoralgebra I + II (Vektoren, Matrizen und Tensoren): Skalare und Vektoren, Skalar‐ und Vektorprodukte, Differentiation von Vektoren, Rechenregeln, Drehmatrizen, Diagonalisierung und Matrix‐Funktion, Determinanten und Gleichungssysteme
  • Koordinaten: kartesische und krummlinige Koordinaten, Koordinatentransformation
  • Komplexe Zahlen (trigonometrische, graphische und Exponentialdarstellung)
  • Integration und Differentiation (Funktionen mehrerer Veränderlicher)
  • Vektoranalysis I + II: Gradient, Divergenz, Rotation, Integrale über Vektorfelder, Integraldarstellung von Divergenz und Rotation, Integralsätze von Gauß und Stokes
  • Grundprobleme der Dynamik: Gradientenfelder, Zentralkraftfelder, Energie‐, Impuls‐ und Drehimpulserhaltung, effektives Potential und Kepler‐Problem
  • Lineare Differentialgleichungen: homogene und inhomogene lineare Differentialgleichungen, Gleichungen 1. und 2. Ordnung, Anwendungen: harmonischer Oszillator, gekoppelte Oszillatoren
  • Partielle Differentialgleichungen: Poisson‐Gleichung, Wellengleichung, Diffusionsgleichung
  • Spezielle Funktionen der mathematischen Physik: Delta‐Funktion, Heavyside‐Funktion
  • Reihenentwicklungen und orthogonale Funktionen: Taylor‐Reihe, orthogonale Polynome, Fourier‐Reihen und Fourier‐Transformation
  • Grundbegriffe und ‐werkzeuge der Statistik (Verteilungen, Momente, zentraler Grenzwertsatz, Stirlingformel, Normal‐, Binomial‐, Poissonverteilung)

Competencies / intended learning achievements

Die Studierenden
  • verfügen über ein sicheres und strukturiertes Wissen zu den genannten Begriffen und kennen die einschlägigen Kerngedanken und Schlüsselexperimente;
  • kennen die Messmethoden und Größenordnungen der zentralen Größen und verfügen über die Fähigkeit zur Anwendung und quantitativen Behandlung einschlägiger Probleme;
  • kennen mathematische Begriffe und Methoden und können sicher mit ihnen umgehen;
  • können mathematische Formalismen zur Lösung physikalischer Problemstellungen anwenden

Literature

  • Demtröder: Experimentalphysik 1, Springer
  • Meschede: Gerthsen Physik, Springer
  • Korsch: Mathematische Ergänzungen zur Einführung in die Physik, Verlag Binomi
  • Nolting: Grundkurs Theoretische Physik, Bd. 1 und 3, Springer-Verlag
  • Schulz: Physik mit Bleistift, Verlag Harri Deutsch

Materials

Current information and materials accompanying the course will be announced in the lecture or on the website of the course.

Registration

Registration for the exercises is required. Details will be announced during the first lecture.

Requirements for attendance (informal)

Ein mathematischer Vorkurs, der u. a. die Schulmathematik studienvorbereitend wiederholt, wird dringend empfohlen.

Mechanik und Wärme:

  • Wissensstand gemäß Grundkursen Physik und Mathematik

Mathematische Grundlagen der Physik:

  • Elementare Funktionen (Funktionenbegriff, algebraische und transzendente Funktionen)
  • Elementare Differentiation und Integration (bestimmte und unbestimmte Integrale, Rechenregeln)

Requirements for attendance (formal)

None

References to Module / Module Number [PHY-EP1-M-2]

Course of Study Section Choice/Obligation
[PHY-31.128-SG] B.Ed. LaGR Physics B.Ed. Physik (Lehramt an Gymnasien und Realschulen plus) [P] Compulsory
[PHY-47.128-SG] B.Ed. LaBBS Physics Pflichtmodule [P] Compulsory
[PHY-B4.128-SG] ZEP LaG Physics Pflichtmodule [P] Compulsory
[PHY-B2.128-SG] ZEP LaRSP Physics Pflichtmodule [P] Compulsory
[PHY-B5.128-SG] ZEP LaBBS Physics Pflichtmodule [P] Compulsory