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E2-E2p: Wärmelehre und Elektromagnetismus (E2 und E2p) – Übersicht

  • Übersicht

Informationen zur Vorlesung

Zeit und Ort

Mi 8.15-10.00 und Fr 8.15-10.00

* Vorlesungsteile T10,T11 (Wärmelehre) sowie E10-E13 (Elektromagnetismus) sind keine Pflichtveranstaltungen für Studenten der Meteorologie und anderen Physik-Plus E2p Studenten. Lehramtskandidaten hören E2, also das volle Programm.

Empfohlene Literatur Thermodynamik:
- Thermodynamik, Stierstadt
- Thermal Physics, Schroeder
- Thermal Physics, Baierlein
- Concepts in thermal physics, Blundell

Übungsgruppen
Eintragung zu den Übungsgruppen am ersten Vorlesungstermin, Mi 18.4., in den Treppenhäusern südlich vom großen Physikalischen Hörsaal. Erstes Treffen der Tutorgruppen ab Mi 18.4. für organisatorisches, Abgabe und Besprechung des 1. Übungsblattes ab Mi 25.4.

# Zeit und Raum der Übungsgruppe TutorIn Teilnehmer
1 Mo. 12:00 bis 14:00 c.t., Schellingstr. 4 (H) - H 537 Zitlau 25
2 Mo. 14:00 bis 16:00 c.t., Schellingstr. 4 (H) - H 030 Wielunska 25
3 Mo. 16:00 bis 18:00 c.t. , Theresienstr. 39 (B) - B 004 von Münchow 10
4 Di. 12:00 bis 14:00 c.t., Schellingstr. 4 (H) - H 206 Lichnovsky 30
5 Mi. 10:00 bis 12:00 c.t., Geschw.-Scholl-Pl. 1 (N) - N 020 Hiermaier 30
6 Mi. 10:00 bis 12:00 c.t., Schellingstr. 4 (H) - H 537 Rosenberger 40
7 Mi. 16:00 bis 18:00 c.t., Schellingstr. 4 (H) - H 030 Adersberger 20
8 Do. 08:00 bis 10:00 c.t., Schellingstr. 4 (H) - H 030 Jendrzejewski 15
9 Do. 10:00 bis 12:00 c.t., Schellingstr. 4 (H) - H 206 Winderling 20
10 Do. 10:00 bis 12:00 c.t. , Geschw.-Scholl-Pl. 1 (N) - N 020 Sebold 20
11 Do. 14:00 bis 16:00 c.t., Geschw.-Scholl-Pl. 1 (N) - N 020 Englbrecht 10
12 Fr. 12:00 bis 14:00 c.t., Schellingstr. 4 (H) - H 030 Schäfer 25
13 Fr. 12:00 bis 14:00 c.t.., Geschw.-Scholl-Pl. 1 (N) - N 020 Burger 25
14 Fr 12:00 – 14:00 c.t. Schellingstr. 4, H U123 Klushyn NN
15 Mi 10:00 – 12:00 c.t. Schellingstr. 4 - H206 (neu) Kastner  
16 Mo. 10:00 bis 12:00 c.t., Schellingstr. 4 - HU123 Ginglseder 10
17 Mo. 12:00 bis 14:00 c.t., Schellingstr. 4 - HU123 Gruber 30

Klausurtermine:
30.5. (Wärmelehre)
N.N. (Elektromagnetismus)

T1 Mi 18.4. Mechanisches Wärmeäquivalent, erster Hauptsatz, Temperatur (Tafelbild)
Erweiterung des Energiesatz der Mechanik, 1. Hauptsatz, Empirische Temperaturskalen, Thermometer, thermodynamisches Gleichgewicht
- Brown'sche Bewegung im Mikroskop
- Wärmehammer
- Mechanisches Wärmeäquivalent

T2 Fr 20.4. Temperaturskala, Zustandsgleichung idealer Gase (Tafelbild)
Thermodynamische Temperaturskala, Gay-Lussac'sche Gesetze, Temperaturnullpunkt, Boyle-Mariotte, Gasgesetz, Mikroskopisches Bild des Gasdrucks, Äquipartitionssatz. Ausblick: Gleichverteilungsgrundsätze der Thermodynamik.
- Bimetall Thermometer, Pt100 Thermometer, Infrarot-Thermometer
- Bolzensprenger
- Boyle-Mariotte W03.04

Übungsblatt TD 1

T3 Mi 25.4. Kurze Exkursion in die Statistische Mechanik:
Zustandszahl, Entropie und Boltzmann-Faktor (Tafelbild)

Statistische Definition von Entropie und Temperatur. Zustandszahl und Entropie des idealen Gases. Ableitungen hieraus (Gasgesetz, Gleichverteilung, chemisches Potential). Boltzmann-Faktor aus mikrokanonischer Verteilung. Zustandssumme.
- Verdeutlichungen der Mikrostatistik
- Verdeutlichung Boltzmann-Verteilung

T4 Fr 27.4. Reale Gase und Phasendiagramme (3D Phasendiagramme 1,2) (Tafelbild)
Van der Waals Gleichung, Verflüssigung in p-V Diagramm, p-T Diagramm gasförmig-flüssig, Zustandsdiagramme fest, flüssig gasförmig in p-T und p-V und 3-dimensional, Anomalie des Wassers, Ideale Gasmischungen
- Zustandsdiagramm reales Gas (SF6)
- Kondensationskeime W07.08 ?
- Dampfdruck von Flüssigkeiten W07.18
- Tripelpunktzelle

Übungsblatt TD 2

T5 Mi 2.5. Latente und Spezifische Wärmen (Tafel)
Latente Wärme, Spezifische Wärmen Cv und Cp allgemein und eines idealen Gases, Clement-Desormes herleiten, Adiabatengleichung, Boltzmann-Faktor, Temperaturabhängigkeit des Wärmekapazität eines zweiatomigen Gases mit Termschema, Einstein-Modell des Festkörpers.
- Cp/Cv nach Clement-Desormes W03.01
- Rückert Gasoszillator

T6 Fr 4.5. Reversible und Irreversible Prozesse, Kreisprozesse (Tafel)
Zusammenstellung Isotherme, Isobare, Isochore, Adiabate. Reversible und irreversible Prozesse: Expansion und Mischung, Carnot-Prozess, andere Kreisprozesse.
- Adiabate im Boyle Mariotte Versuch
- Stirling-Motor

Übungsblatt TD 3

T7 Mi 9.5. Der 2. Hauptsatz (Entropiesatz) und 3. Hauptsatz (Tafel)
Entropiesatz, Kombination mit 1. Hauptsatz, Überblick thermodynamische Größen, Anwendung auf Carnot-Prozess, Ausblick: statistische Deutung, Entropie des idealen Gases, Energie- und Entropieelastizität, 3. Hauptsatz.
- Nachtrag: Wippende Enten
- Entropieelastizität beim Gummi
- Gummi: Kaltwerden beim Zusammenziehen
- Gummi: Erwärmen beim Auseinanderziehen

T8 Fr 11.5. Gasverflüssigung, Kühlschränke, Dampfdruckkurve und chemische Reaktionen (Tafel)
Joule-Thomson Drosselprozess, Verflüssigung von Gasen, Kühlschrank, Clausius-Clapeyron'sche Differentialgleichung (auch integriert), Massenwirkungsgesetz aus chemischem Potential. Folien: Kühlschrank, Linde-Verfahren
- Joule-Thomson Drosselversuch
- Kohlensäure-Schnee
- Blume einfrieren
- Sägemehl und flüssiger Sauerstoff

Übungsblatt TD 4

T9 Mi 16.5. Osmotischer Druck, Siedepunkterhöhung, Dampfdruckerniedrigung, Donnan-Potential (Tafel)
Herleitung osmotischer Druck aus idealem Gas, Pfeffer'sche Zelle, Herleitung osmotischer Druck aus chemischem Potential und Gibbs-Enthalpie, Dito für Dampfdruckerniedrigung, Siedepunkterhöhung und Diffusionspotential (Donnan-Potential)
- Diffusionszelle
- Osmotischer Druck
- Siedepunkterhöhung
- Dampfdruckerniedrigung

Übungsblatt TD 5

* T10 Fr 18.5. Statistische Mechanik des Gases: Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung (nicht für E2p) (Tafel)
Herleitung Mikroskopische Entropie ideales Gas aus isothermer Expansion, Wiederholung Boltzmann-Faktor, Verteilungsfunktionen, Herleitung Boltzmann-Faktor aus Mikrokanonik, Herleitung der Maxwell-Boltzmann-Verteilung, Mittlere freie Weglänge, Wirkungsquerschnitt.
- Maxwell-Verteilung eines Modellgases W10.04

* Übungsblatt TD 6

* T11 Mi 23.5. Gaskinetische Effekte, Transportvorgänge (nicht für E2p) (Tafel)
Gleichbehandlung der Diffusion von Teilchen, Energie, Impuls, 1. und 2. Fick'sches Gesetz, Diffusionsgleichung, Diffusion einer Punktquelle, Wärmeleitung, Innere Reibung, Wechselseitige Verküpfung von Transport (Temperatur -> Druck: Knudsen-Effekt); (Temperatur -> Konzentration: Thermodiffusion/Thermophorese). Clusius Trennrohr.
- Knudsen-Effekt
- Clusius Trennrohr

Fr 25.5., Fragestunde, Wiederholung und Bonusexperimente Thermodynamik (Tafel)
(Fragen einreichen per email dieter.braun@lmu.de vor der Vorlesung)
Wenn zu wenige Fragen da sind: Experimente+Erklärungen zu
- Gasoszillator nach Flammersfeld, nach Rückert
- Nickende Ente

Testklausur von vor 3 Jahren zum Herunterladen (ignorieren Sie Aufgabe 14)
Lösungsskizzen von TD6

Mi 30.5. Klausur Wärmelehre (PDF). Zeit: 8.15-9.45
Ort:
- M118 (Nachnamen A-M)
- Großer Physikalischer Hörsaal (Nachnamen N-Z)

Erlaubte Hilfsmittel:
- Nur Taschenrechner
   (Formelsammlung für Thermodynamik wird zu den Aufgaben bereitgestellt)

Vorläufige Notenliste (30.5., 21.15)
Notenliste nach Korrekturen in den Tutorien (6.6. 15.15)
Finale Notenliste nach Einsicht (8.6.10.30)

Besprechung und Einsicht der Klausur ab sofort in den Tutorgruppen sowie zusätzlich in der Vorlesung am Fr. 8.6. Danach können Einsprüche nicht mehr geltend gemacht werden.

Vorrechnen hilft:

notenhisto_td

Elektrodynamik

Empfohlene Literatur:- Berkeley Physik Kurs 2 (Purcell)
- Introduction to Electrodynamics (Griffith)
- Physik (Gehrtsen)
- Feynman-Lectures (Feynman)l

E1 Fr 1.6. Coulombgesetz, Elektrisches Feld und Potential (Tafel)
Ladungen, Vorzeichen, Coulomb-Gesetz, Millikan-Versuch, Elektrisches Feld, Elektrisches Potential
- Reibungselektrizität (Glasstab, Wassertropfen auf Kerze)
- Coulombgesetz
- Millikan-Versuch
- Feldlinienbilder Punktladung, Dipol, Platten

E2 Mi 6.6. Das Gauß'sche Gesetz (Tafel)
Das Gauß'sche Gesetz (Rotation und Divergenz), Laplace-Gleichung, Leiter im elektrischen Feld, Abschirmung, Van de Graaff Generator, Feldlinienfokussierung an Spitzen
- Faraday'scher Käfig (Skizze)
- Van de Graaff Generator (da stehen einem die Haare zu Berge: Bild 1 und Bild 2)
- Hohe Feldstärken an Spitzen: Durchschlag (Elmfeuer)
- Elektrisches Windrad

Fr 8.6. Rückgabe und Einsicht in die Klausur (zusätzlich zu den Tutorgruppen)

Übungsblatt ED 1

E3 Mi 13.6. Kondensator, Polarisation, Dipol (Tafel)
Plattenkondensator, Kapazität, Reihen- und Parallelschaltung, Kondensator mit Dielektrikum, Elektrischer Dipol, Polarisation (Skizze), Verallgemeinerung: Gauß'sches Gesetz in Materie, Piezoelektrizität
- Plattenkondensator: Abstandsabhängigkeit
- Dielektrikum bei Q=const und U=const.
- Piezoelektrischer Effekt

E4 Fr 15.6. Gauß'sches Gesetz in Materie, Dipolkräfte, Ohmsches Gesetz (Tafel)
Dipolkräfte- und Momente, elektrische Leitung, Ohm'sches Gesetz, Supraleitung, Halbleiter, Ionenleitung in Flüssigkeiten.
- Wasser im inhomogenen Feld
- Supraleiter
- Verkupfern einer Elektrode
- Elektrophorese

Übungsblatt ED 2

E5 Mi 20.6. Stromkreise, Batterie, Magnetfeld (Tafel)
Elektrische Arbeit und Leistung, Kirchhoff'sche Regeln, Daniell-Element, Magnetismus, Magnetfeld eines Leiters, Magnetischer Fluß, Quellenfreiheit, Ampere'sches Gesetz.
- Daniell Element
- Magnetfeld eines Leiters
- Feldlinien von zwei Leitern
- Feld einer langen Spule

E6 Fr 22.6. Biot-Savart, magnetischer Dipol, Verschiebungsstrom, Lorentzkraft (Tafel)
Biot-Savart'sches Gesetz, Magnetisches Dipol, Verschiebungsstrom, Lorentzkraft, Hall-Effekt, Zyklotron-Frequenz
- Ablenkung mit B: Fadenstrahlröhre
- Ablenkung mit E: Braun'sche Röhre
- Hall-Effekt

Übungsblatt ED 3

E7 Mi 27.6. Bewegte Leiter im Magnetfeld, Lenz'sche Regel, Transformator  (Tafel)
Bewegte Leiter im Magnetfeld, Induktionsgesetz, Elektromotor, Lenz'sche Regel, Erweiterung des 3. Maxwell-Gesetzes
- Leiterschaukel
- Modellgenerator
- Handdynamo
- Induktion mit zwei Spulen

E8 Fr 29.6. Transformator und Materie im Magnetfeld (Tafel)
Transformator, Einschalten eines Transformators, Magnetisierung, mikroskopisches Bild, Paramagnetismus, Ferromagnetismus, Hysteresis,
- Transformator: Hörnertrafo und Schweißdrahtgühen
- Para- und Diamagnetismus
- Sauerstoff im inhomogenen Magnetfeld
- Hysterese

Übungsblatt ED 4

E9 Mi 4.7. Elektromagnetische Wellen (Tafel)
Zusammenstellung der Maxwell-Gleichungen, Elektromagnetische Wellen, Poynting-Vektor, Hertz'scher Dipol, Spektrum der elektromagnetischen Wellen, Fluoreszenzfarbstoff als Hertz'scher Dipol.
- Lehrfilm Elektromagnetische Welle
- Einfacher Pulssender und Empfänger
- Dipolcharakteristik mit GHz Generator und Empfänger

* E10 Fr 6.7. RLC Stromkreis, Wellenausbreitung im Koaxkabel (nicht für E2p)
Besprechung RLC-Schwingkreis, Q-Faktor, Elektromagnetische Wellen im Koaxialkabel, Reflexion, stehende Wellen, Hohlleiter.
- RLC Stromkreis
- Ausbreitungsgeschwindigkeit im BNC Kabel
- Reflexion im BNC Kabel

Übungsblatt ED 5

* E11 Mi 11.7. Hohlleiter, Wechselstrom, Komplexe Widerstandsdarstellung, Filter (nicht für E2p) (Tafel)
Wechselstromleistung, Phasendiagramm, Komplex-Darstellung, Komplexwertige Widerstände, Laden und Entladen eines Kondensators, Tiefpaß- und Hochpaßfilter, RLC-Schwingkreis in Komplexer Darstellung.
- Hohlleiter und Mikrowellenleitung
- Wechselstromleistung
- Komplexe Widerstände
- Zeigerdiagramm
- Phase und Amplitude
- Laden / Entladen eines Kondensators

Übungsblatt ED 6

Lösungsskizze ED6

* E12 Fr 13.7. Tiefpass / Hochpass und Relativistische Herleitung der Lorentzkraft (nicht für E2p) (Tafel)
Herleitung Übertragungsfunktion Tiefpass und Hochpass. Lorentzkraft aus Relativistik, Transformation von E und B-Feldern, Feld einer bewegten Ladung.
- Hochpass und Tiefpassschaltung
- Kräfte zwischen Leitern

* E13 Mi 18.7. Anwendungen der Elektrodynamik (nicht für E2p) [Wegen kurzfristiger Krankheit ausgefallen]
Eine Auswahl aus folgenden Themen: Gel-Elektrophorese, Thermophorese und kapazitive Theorie, Lockin-Verstärker, Molekularer Lockin, Schaltnetzteile vs. konventionelle Netzteile, Gleichrichter, Skineffekt, Hochspannungs-Gleichstromleitungen, Netzteilregelung auf U und I, Innenwiderstand, Solarwechselrichter und Abschattung von Solarzellen, Fahrrad-Elektroantrieb, Wirbelstrombremse beim ICE. 

Fr 20.7. Fragestunde, Bonusexperimente Elektromagnetismus
(Fragen einreichen per email dieter.braun@lmu.de vor der Vorlesung)
- Bonusexperimente

Probeklausur zum Herunterladen

24.7. Klausur Elektrodynamik (PDF)
Zeit: 12.15-13.45
Ort:
- C123 Theresienstr. 41C (Nachnamen A-P)
- B052 Theresienstr. 39B  (Nachnamen Q-Z)]
Erlaubte Hilfsmittel:
- Nur Taschenrechner
   (Formelsammlung für Elektrodynamik wird bereitgestellt)

Notenliste Elektrodynamik mit vorläufige Endnoten vor der Einsicht ED  (PDF)

Besprechung und Einsicht in die Klausur im C123 am Fr. 3.8. von 10.15-12 Uhr

Notenliste nach der Einsicht ED (PDF)

Nachholklausur am 5.10. ab 12.30
in der Schellingstr. 3, Hörsaal 001 (- 005, je nach Bedarf)

Erlaubte Hilfsmittel:- Taschenrechner   (Formelsammlung für Elektrodynamik&Thermodynamik  wird bereitgestellt)

Die Endnote ist der beste Mittelwert der ungerundeten, extrapolierten Noten von je zwei Klausuren. D.h. es wird der beste von drei maximal möglichen Mittelwerten genommen. Wenn dieser Mittelwert über 4.0 ist, haben Sie bestanden.

Vorläufige Endnotenliste E2 (5.10.2012)
Note bene: Wie schon hier und in der Vorlesung mehrfach erläutert: durch
die 2 Klausuren im Semester (ED & TD) reicht es _nicht_ nur die Nachhol-
klausur zu bestehen. Dies galt letztlich für 3 bestehende Studenten der
Nachholklausur.

Endgültige Notenliste E2 (10.10.2012)

Besprechung und Einsicht in Nachholklausur am 10.10. um 10.15-12.00 in der Leopoldstr. 13, Haus 2, Hörsaal 2U01 (!).

Noten werden nach der Einsicht weitergeleitet. Scheinvergabe für Spezialfälle über Sekr. Prof. Hermann Gaub, Amalienstr. 54, 1. OG (Frau Sabine Faust, Tel. 3172). [Bitte _nicht_ in die Schellingstr. 4 gehen.]

Verantwortlich für den Inhalt: Dieter Braun