Module Handbook

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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-TP2-M-5

Theoretical Physics: Quantum mechanics, statistical mechanics and thermodynamics (M, 8.0 LP)

Module Identification

Module Number Module Name CP (Effort)
PHY-TP2-M-5 Theoretical Physics: Quantum mechanics, statistical mechanics and thermodynamics 8.0 CP (240 h)

Basedata

CP, Effort 8.0 CP = 240 h
Position of the semester 1 Sem. in WiSe
Level [5] Master (Entry Level)
Language [DE] German
Module Manager
Lecturers
Lecturers of the department Physics
Area of study [PHY-PHY] Physics
Reference course of study [PHY-64.128-SG] M.Ed. LaG Physics
Livecycle-State [NORM] Active

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-PFDI-454-K-5
Theoretische Physik 2
P 84 h 156 h
U-Schein
ja PL1 8.0 WiSe
  • About [PHY-PFDI-454-K-5]: Title: "Theoretische Physik 2"; Presence-Time: 84 h; Self-Study: 156 h
  • About [PHY-PFDI-454-K-5]: 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.

Examination achievement PL1

  • Form of examination: written exam (Klausur) (90-120 Min.)
  • Examination Frequency: Examination only within the course
  • Examination number: 56111 ("Theoretical Physics: Quantum mechanics, statistical mechanics and thermodynamics")
    Für M.Sc. Biophysik: Klausur 60-90 Minuten

Evaluation of grades

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


Contents

Das Modul [PHY-TP2-M-5] Theoretical Physics: Quantum mechanics, statistical mechanics and thermodynamics soll (zusammen mit [PHY-TP1-M-2] Theoretische Physik 1: Theoretische Mechanik, Elektrodynamik) vermitteln, wie theoretische Physiker und Physikerinnen denken. Die Ausbildung in Theoretischer Physik verfolgt ein doppeltes Ziel: zum einen Beherrschung der grundlegenden Konzepte, Methoden und Denkweisen, zum anderen Verständnis für die spezifische Rolle der Theorie im Aufbau der Physik, ihr gedankliches Arsenal an Arbeitsstrategien und Denkformen und ihre Kulturverflechtung. Gerade das zweite Ziel ist für die Lehramtsausbildung fundamental. Es verlangt neben der Behandlung bekannter Einzelthemen entlang der Fachstruktur der Theoretischen Physik (Hauptthemen: Mechanik, Thermodynamik, Elektrodynamik, Quantenmechanik) eine übergeordnete Perspektive, um das Wesen von Physik zu verstehen.

Quantenmechanik:

  • Postulate und mathematischer Formalismus der Quantentheorie (Hilbertraum, Dirac‐Schreibweise)
  • Schrödingergleichung, Eigenwerte und ‐zustände, zeitliche Entwicklung
  • Orts‐ u. Impulsdarstellung, Schrödingerbild, Heisenbergbild (formale Analogie zu Hamiltonscher Mechanik)
  • Eindimensionale Probleme (gebundene Zustände: Quantenpunkte; Streutheorie)
  • Unitäre Transformationen und Symmetrien (Translation, Drehungen)
  • Drehimpuls, Spin, Addition von Drehimpulsen, Spin‐Bahn‐Kopplung
  • Wasserstoffatom, Rydbergatome, wasserstoffähnliche Systeme
  • Harmonischer Oszillator (Nullpunktfluktuationen, quasiklassische Zustände, Molekül‐ und Gitterschwingungen)
  • Pfadintegral‐Formulierung
  • Identische Teilchen
  • Interpretation u. Information in der Quantenphysik (Verschränkung, Bellsche Ungleichung, Quantencomputer)
  • Quantenmechanik geladener Teilchen (minimale Ankopplung, Grundgedanke der Eichtheorien, Aharonov‐Bohm‐Effekt)
  • Zusammenhang zur klassischen Physik (Korrespondenzüberlegungen, Semiklassische Näherungen, Dekohärenz)
  • Störungstheorie (Feinstruktur, Zeeman‐Effekt)

Statistische Mechanik und Thermodynamik:

  • Entartungsfunktion und Entropie
  • Zusammenhang zu Thermodynamischen Variablen
  • Boltzmann‐ und Maxwell‐Verteilung
  • Bose‐Einstein und Fermi‐Dirac‐Verteilung
  • Nichtgleichgewichtsthermodynamik und dissipative Strukturen

Querschnittsthemen (zugleich Wiederholung):

  • Approximationsverfahren der Theoretischen Physik: Linearisierung (z. B. Schwingungen kleiner Amplitude), Stationäre Phase
  • Variationsrechnung

Competencies / intended learning achievements

Die Studierenden
  • beherrschen die grundlegenden Konzepte, Methoden und Denkweisen der theoretischen Physik;
  • verstehen das Wechselspiel von Theoretischer Physik und Experimentalphysik, den Beitrag der Theoretischen Physik zu Begriffsbildung und Begriffsgeschichte, die wichtigsten Arbeitsstrategien und Denkformen der Theoretischen Physik sowie die Kulturverflechtung und den Kultur- und Zivilisationsbeitrag der Theoretischen Physik;
  • entwickeln die Fähigkeit, die spezifische Rolle der Theorie im Aufbau der Physik, ihr gedankliches Arsenal an Arbeitsstrategien und Denkformen und ihre Kulturverflechtung an schulrelevanten Beispielen zu verdeutlichen.

Literature

  • Haake: Einführung in die Theoretische Physik, Physik Verlag
  • Schilcher: Theoretische Physik kompakt für das Lehramt, Oldenbourg

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)

[PHY-G2-M-2] Fundamentals of classical physics II bzw. [PHY-TP1-M-2] Theoretische Physik 1: Theoretische Mechanik, Elektrodynamik

Requirements for attendance (formal)

None

References to Module / Module Number [PHY-TP2-M-5]

Course of Study Section Choice/Obligation
[PHY-64.128-SG] M.Ed. LaG Physics Pflichtmodule [P] Compulsory
Module-Pool Name
[PHY-QT-TP-MPOOL-5] Quantentheorie I oder Theoretische Physik 2