Physik 2 für Geodäten
Physics 2 for Geodesists

Das Modul Physik für Geodäten 2 baut auf das Modul Physik für Geodäten 1 auf. In diesen beiden Modulen werden die Grundlagen der Physik für Studierende des Studiengangs Geodäsie und Geoinformation dargestellt.

Dieses Modul behandelt die Elektrizitätslehre, Optik, sowie Grundzüge der Atom- und Quantenphysik.

Im Detail befassen sich die Vorlesung und Übung mit:

1. Elektrizitätslehre

Elektrostatik:

- Ladungen, Coulombsches Gesetz, elektrisches Feld, Gaußsches Gesetz

- elektrisches Potential, Arbeit, Spannung, Poisson-Gleichung

- Felder spezieller Ladungverteilungen: Monopol, Punkt-, Linien-, Flächenladung, Dipole

- Dipole in externen Feldern, Kondensatoren, Kapazität, Ladeenergie

- Materie im elektrischen Feld, Polarisation, Dielektrika, Permittivität und Suszeptibilität, Elektrostatik im Medium

Elektrischer Strom:

- Definition, Strom, Stromdichte, Kontinuitätsgleichung

- elektrischer Widerstand und Ohmsches Gesetz

- elektrische Arbeit und Leistung

- Schaltkreise: Kondensatorschaltung, Kirchhoffsche Regeln

Magnetostatik:

- Permanentmagnete und magnetische Felder von Strömen

- Magnetfeldstärke und magnetische Erregung

- Quellfreiheit des magnetischen Feldes und Amperesches Gesetz, Gesetz von Biot Savart

- Felder in Leiterschleifen und Spulen

- Lorentzkraft, magnetischer Dipol im Feld

- Magnetfelder in Materie: Diamagnetismus, Paramagnetismus, Ferromagnetismus

Zeitlich veränderliche Felder:

- Induktion und Induktionsgesetz, Lenzsche Regel, Transformator

- Verschiebungsstrom, Maxwellgleichungen (Zusammenfassung)

- Elektromagnetische Schwingungen, Schwingkreis, Hertzscher Dipol, elektromagnetische Wellen

2. Optik:

- Licht und Lichtgeschwindigkeit, Huygenssches Prinzip, Fermatsches Prinzip

Geometrische Optik:

- Reflexion und Brechung, Totalreflexion, Reflexion und Brechung an sphärischen Oberflächen (Kugelspiegel, Linse)

- Linsen, Linsenschleiferformel, Gaußsche Linsenformel, Abbildung mit Linsen

- Linsenkombinationen und Optische Geräte: Das Auge, Lupe, Fernrohr, Mikroskop

Wellenoptik:

- Dispersion, Polarisation, Brewster-Winkel, Doppelbrechung

- Interferenz an dünnen Schichten, Interferometer, Interferenz am Doppelspalt

- Beugung, Beugung am Spalt, Auflösung und Rayleigh-Kriterium

3. Moderne Physik:

- Atom- und Quantenphysik: Welle-Teilchen-Dualismus, Photoeffekt, Compton-Streuung, Materiewellen

- Unschärferelation, Schrödingergleichung, Tunneleffekt

- Atome und Atomspektren: Bohrsches Atommodell, Bahndrehimpuls, Spin, Aufbau des Periodensystems

- Laser

- Kristalle und Grundzüge der Festkörperphysik: Leiter, Isolatoren, Halbleiter, Diode, Diodenlaser

- Kern- und Teilchenphysik: Bindungsenergie, Bethe-Weizsäcker-Formel, Radioaktivität, Kernspaltung, Standardmodell

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage, einfache Aufgabenstellungen aus den Bereichen Elektrizitätslehre und Optik zu analysieren, die erlernten physikalischen Problemlösungsstrategien anzuwenden und Aufgaben schlussendlich selbstständig zu lösen.

Außerdem können die Studierenden die wichtigsten Begriffe der modernen Physik, wie beispielsweise Welle-Teilchen-Dualismus und Tunneleffekt, einordnen und grundlegende Konzepte der modernen Physik, wie z.B. Unschärferelation und Quanten, erinnern.

Modul Physik 1 für Geodäten (PH9025)
Mathematik (Geometrie, Algebra, Differential- und Integralrechnung)

Das Modul besteht aus einer Vorlesung und aus einer Übung.

In der Vorlesung „Physik 2 für Geodäten“ werden die Inhalte im Vortrag sowie durch anschauliche Beispiele und begleitende Demonstrationsexperimente sowie durch Diskussion mit den Studierenden vermittelt. Dabei werden die Studierenden auch zur eigenständigen inhaltlichen Auseinandersetzung mit den behandelten Themen sowie zum Studium der zugehörigen Literatur motiviert.

In den Übungen lernen die Studierenden in Kleingruppen nicht nur den Lösungsweg nachzuvollziehen, sondern Aufgaben auch selbstständig zu lösen. Hierzu werden Aufgabenblätter angeboten, welche die Studierenden zur selbstständigen Kontrolle sowie zur Vertiefung der gelernten Methoden und Konzepte vor dem Besuch der Übung bearbeiten sollen. In der Übung werden Musterlösungen von Studierenden oder dem/der Dozent/in präsentiert und gegebenenfalls werden auch alternative Lösungswege diskutiert. Die Übung bietet auch die Gelegenheit zur Diskussion und weitergehende Erläuterungen zum Vorlesungsstoff und bereitet konkret auf die Prüfungen vor. Zusätzlich können die Studierenden, wenn sie in der Übung im Laufe des Semesters die Lösung von mindestens zwei Aufgaben präsentiert haben und maximal zwei Aufgabenblätter nicht bearbeitet haben, einen Notenbonus von 0.3 auf die Modulnote bekommen.

Die verschiedenen Lernformate sind eng verzahnt und die Dozenten befinden sich im ständigen Austausch.

Die in der Vorlesung verwendeten Medien setzen sich aus Powerpoint Präsentationen, Videos und Tafelanschrieben zusammen. Für die Übungen gibt es Aufgabenblätter. Begleitend wird ein e-Learning Kurs auf Moodle angeboten, in dem die Vorlesungsfolien sowie die Übungsblätter als pdf zum Download angeboten werden. Nachdem die Aufgaben in den Übungen diskutiert wurden, stehen auch Musterlösungen zum Download bereit.

• Wolfgang Demtröder Experimentalphysik 2: Elektrizität und Optik, 6. Auflage,Springer-Verlag (2012)
• Paul Dobrinski, Gunter Krakau, Anselm Vogel: Physik für Ingenieure, 12. Auflage,Teubner (2009)
• Ekbert Hering, Rolf Martin, Martin Stohrer: Physik für Ingenieure, 11. Auflage, Springer-Verlag (2012)
• Paul A. Tipler, Gene Mosca:Physik für Wissenschaftler und Ingenieure, 6. Auflage, Springer-Verlag (2009)
• Stephan W. Koch (Herausgeber), David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker: Physik, 2. Auflage, Wiley-VCH (2009)

Es findet eine schriftliche Klausur von 60 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein: Zwei Kondensatoren C1 und C1 haben die selbe Fläche von A=30 cm2 und den selben Plattenabstand von d=8 mm. In C1 befindet sich kein Dielektrikum, C2 ist vollständig mit einem Dielektrikum mit relativer Dielektrizität 3 gefüllt. Zeichnen Sie jeweils den Schaltplan und berechnen die Gesamtkapazität (epsilon0 = 8,854e-12 F/m) a) wenn beide Kondensatoren parallel geschaltet sind. b) wenn beide Kondensatoren in Serie geschaltet sind.

Während der Prüfung sind folgende Hilfsmittel zugelassen: Taschenrechner

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Auf die Note einer bestandenen Modulprüfung in der Prüfungsperiode direkt im Anschluss an die Vorlesung (nicht auf die Wiederholungsprüfung) wird ein Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt (4,3 wird nicht auf 4,0 aufgewertet), wenn die/der Studierende die Mid-Term-Leistung bestanden hat, diese besteht aus

• regelmäßige Bearbeitung der Übungsblätter (maximal zwei Blätter ausgelassen)
• mindestens zwei vor der Gruppe präsentierten Lösungen von Übungsaufgaben