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

  • Übersicht

Informationen zur Vorlesung

Zeit und Ort

Mo 8.15 - 10.00 und Do 8.15 - 10.00
Großer Physikalischer Hörsaal

* Die Vorlesungsteile T9,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.)

Übungsgruppen
Eintragung zu den Übungsgruppen am ersten Vorlesungstermin Mo 15.4. in den Treppenhäusern südlich vom großen Physikalischen Hörsaal. Erstes Treffen der Tutorgruppen ab Do 18.4. für Organisatorisches und wichtige Tips fürs Lernen (Lerngruppen bilden!). Die Abgabe und Besprechung des 1. Übungsblattes dann in der nächsten Woche ab Do 25.4.

Zentralübung Großer Physikalische Hörsaal Do 10.15-11.45 nach der Vorlesung

Ansonsten:

# Zeit und Raum der Übungsgruppe TutorIn Teilnehmer
1 Mo. 12-14, Schellingstr. 4, HU123 Möbius  
2 Mo. 12-14, Schellingstr. 4, H537 Adersberger  
3 Mo. 16-18, Schellingstr. 4, H206 Nickel  
4 Do. 12-14, Schellingstr. 4, H206 Gruber  
5 Fr. 8-10, Schellingstr. 4, H206 Burger  
6 Fr. 8-10, Schellingstr. 4, H030 Zitlau  

Klausurtermine:
Mo 27.5.: 8.15-9.45 (Wärmelehre)
Mo 29.7.: 16.15-17.45 (Elektromagnetismus)

Um den Stoff besser zu verdauen machen wir zwei Klausuren, d.h. eine Thermodynamik in der Mitte des Semesters und eine Elektrodynamik nach dem Semester. Die Nachholklausur am Ende der Semesterferien enthält Thermo- und Elektrodynamik. Die Endnote ist der beste Mittelwert der ungerundeten, extrapolierten Noten von zwei der drei Klausuren. Wenn dieser Mittelwert besser als 4.0 ist, haben Sie bestanden. Es reicht also nicht, nur die Nachholklausur zu bestehen.

Wärmelehre:

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

T1 Mo 15.4. 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 Do 18.4. 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 (PDF)

T3 Mo 22.4. 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 Do 25.4. Reale Gase und Phasendiagramme (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 (PDF)  (Aufg4 in Mathematica)

T5 Mo 29.4. Latente und Spezifische Wärmen (Tafelbild)
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 Do 2.5. Reversible und Irreversible Prozesse, Kreisprozesse (Tafelbild)
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 (PDF)

T7 Mo 6.5. Der 2. Hauptsatz (Entropiesatz), Claus und 3. Hauptsatz (Tafelbild)
Entropiesatz, Kombination mit 1. Hauptsatz, Überblick thermodynamische Größen, Anwendung auf Carnot-Prozess, Clausius-Clapeyron'sche Differentialgleichung (auch integriert), Ausblick: statistische Deutung, Entropie des idealen Gases, Energie- und Entropieelastizität, 3. Hauptsatz.
- Nachtrag: Kältemaschine
- Entropieelastizität beim Gummi
- Gummi: Kaltwerden beim Zusammenziehen
- Gummi: Erwärmen beim Auseinanderziehen

Übungsblatt TD 4 [PDF]

Do 9.5.: Christi Himmelfahrt

Fr 10.5. 8.15 - 9.45: Zentralübung wegen Himmerfahrt im großen Hörsaal

T8 Mo 13.5. Gasverflüssigung, Kühlschränke, Dampfdruckkurve und chemische Reaktionen, Osmotischer Druck [Tafelbild]
Joule-Thomson Drosselprozess, Verflüssigung von Gasen, Kühlschrank, Massenwirkungsgesetz aus chemischem Potential, Herleitung osmotischer Druck aus idealem Gas, Pfeffer'sche Zelle,
- Joule-Thomson Drosselversuch
- Kohlensäure-Schnee
- Blume einfrieren
- Sägemehl und flüssiger Sauerstoff
- Osmotischer Druck

* nur für E2:
T9 Do 16.5. Siedepunkterhöhung, Dampfdruckerniedrigung, Donnan-Potential, Statistische Mechanik des Gases: Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung (Tafelbild)
Herleitung osmotischer Druck aus chemischem Potential und Gibbs-Enthalpie, Dito für Dampfdruckerniedrigung, Siedepunkterhöhung und Diffusionspotential (Donnan-Potential), Herleitung Mikroskopische Entropie ideales Gas aus isothermer Expansion, Wiederholung Boltzmann-Faktor, Geschwindigkeits-Verteilungsfunktion.
- Diffusionszelle
- Siedepunkterhöhung
- Dampfdruckerniedrigung
Zentralübung für TD4

Übungsblatt TD 5    (Lösungsskizze zum Übungsblatt)

Pfingsmontag keine Vorlesung

* nur für E2:
T10+T11 Do 23.5. , Gaskinetische Effekte, Transportvorgänge, Wechselseitiger Transport
Mittlere freie Weglänge, Wirkungsquerschnitt. 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.- Maxwell-Verteilung eines Modellgases W10.04
- Knudsen-Effekt- Clusius Trennrohr
Zentralübung für TD5. Und wenn noch Zeit ist: Fragestunde, Wiederholung und Bonusexperimente Thermodynamik (Fragen vor der Vorlesung einreichen in den Pausen oder direkt über dieter.braun@lmu.de). Falls doch alle Fragen geklärt sein sollten, zeigen wir Bonusexperimente zu (Gasoszillator nach Flammersfeld, nach Rückert, Nickende Ente)

Probeklausur zum Herunterladen
Die Formelsammlung entspricht der in der Klausur.

Mo 27.5. Klausur Wärmelehre (PDF). Zeit: 8.15-9.45
Ort:
- Audimax, Geschwister-Scholl Platz 1, Zentralgebäude (Nachnamen A-M)
- Großer Physikalischer Hörsaal (Nachnamen N-Z)

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

Notenliste Erstkorrektur (PDF, 27.6.)
(PS.: bei 3 Klausuren fehlt der Name - bitte melden).

Besprechung und Einsicht der Klausur ab sofort in den Tutorgruppen und bei der Besprechung+Einsicht in der Vorlesung und der Zentralübung am Do 6.6.

Do 30.5. Keine Vorlesung (Fronleichnam)

 

Elektrodynamik

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

E1 Mo 3.6. Coulombgesetz, Elektrisches Feld und Potential (Tafelbild)
Ladungen, Vorzeichen, Coulomb-Gesetz, Millikan-Versuch, Elektrisches Feld, Elektrisches Potential
- Reibungselektrizität (Glasstab, Wassertropfen auf Kerze)
- Coulombgesetz
- Millikan-Versuch
- Feldlinienbilder Punktladung, Dipol, Platten

Do 6.6. Rückgabe und Einsicht in die Klausur (zusätzlich zu den Tutorgruppen)
Notenliste nach der Einsicht (PDF)

E2 Mo 10.6. Das Gauß'sche Gesetz (Tafelbild)
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

Übungsblatt ED 1

E3 Do 13.6. Kondensator, Polarisation, Dipol (Tafelbild)
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

Do: Keine Zentralübung

E4 Mo 17.6. Gauß'sches Gesetz in Materie, Dipolkräfte, Ohmsches Gesetz (Tafelbild)
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 Do 20.6. Stromkreise, Batterie, Magnetfeld (Tafelbild)
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

Do: Zentralübung ED1

E6 Mo 24.6. Biot-Savart, magnetischer Dipol, Verschiebungsstrom, Lorentzkraft (Tafelbild)
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 Do 27.6. Bewegte Leiter im Magnetfeld, Lenz'sche Regel, Transformator (Tafelbild)
Bewegte Leiter im Magnetfeld, Induktionsgesetz, Elektromotor, Lenz'sche Regel, Erweiterung des 3. Maxwell-Gesetzes
- Leiterschaukel
- Modellgenerator
- Handdynamo
- Induktion mit zwei Spulen

Do: Zentralübung ED2

E8 Mo 1.7. Transformator und Materie im Magnetfeld (Tafelbild)
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 Do 4.7. Elektromagnetische Wellen (Tafelbild)
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

Do: Zentralübung ED3

Übungsblatt ED 5

* nur für E2:
E10 Mo 8.7. RLC Stromkreis, Wellenausbreitung im Koaxkabel (Tafelbild)
Besprechung RLC-Schwingkreis, Q-Faktor, Elektromagnetische Wellen im Koaxialkabel, Reflexion, stehende Wellen, Hohlleiter.
- RLC Stromkreis
- Ausbreitungsgeschwindigkeit im BNC Kabel
- Reflexion im BNC Kabel

* nur für E2:
E11 Do 11.7. Hohlleiter, Wechselstrom, Komplexe Widerstandsdarstellung, Filter (Tafelbild)
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

Do: Zentralübung ED4+5

* nur für E2: Übungsblatt ED 6

* nur für E2:
E12 Mo 15.7. Tiefpass / Hochpass und Relativistische Herleitung der Lorentzkraft (Tafelbild)
Herleitung Übertragungsfunktion Tiefpass und Hochpass. Lorentzkraft aus Relativistik, Transformation von E und B-Feldern, Feld einer bewegten Ladung.
- Hochpass und Tiefpassschaltung
- Kräfte zwischen Leitern

* nur für E2:
E13 Do 18.7. Anwendungen der Elektrodynamik und eine thermodynamische Überraschung
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. 

Do 18.7. in der Zentralübung ab 10.15: Zentralübung ED5
Fragestunde, Bonusexperimente Elektromagnetismus
Fragen aus den Pausen oder vorher einreichen per email dieter.braun@lmu.de vor der Vorlesung. (Wenn noch Zeit ist: Bonusexperimente)

Lösungsskizze ED 6 (pdf)

Probeklausur E-Dynamik zum Herunterladen Die Formelsammlung entspricht der in der Klausur.

Mo 29.7.: Klausur Elektrodynamik (PDF)
Zeit: 16.15-17.45 (Sorry, konnten keine bessere Zeit bekommen)

Ort:
- Großer Physikalischer Hörsaal (Nachnamen A-M)
- Schellingstr. 3: H001-H005  (Nachnamen N-Z)]
Erlaubte Hilfsmittel:
- Nur Taschenrechner
   (Formelsammlung für Elektrodynamik wird bereitgestellt)

Notenauszug 30.7. vor Klausureinsicht (PDF)

Notenauszug 1.8. nach Klausureinsicht (PDF)

Besprechung und Einsicht in die Klausur am Do Di. 1.8. von 12.15-14 Uhr im großen Physikalischen Hörsaal

Mi 2.10. Nachholklausur (PDF)
Zeit: 10.15-12.00
Ort:
- Schellingstr. 4: E7 (H030) für Nachnamen A-H
- Schellingstr. 3: HS 001-HS 003 für Nachnamen I-Z

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

Nachholklausur und vorläufige Endnote PDF (2.10. abends)

[Nota bene: wie hier schon geschrieben und mehrfach
in der Vorlesung gesagt: weil wir den Stoff in drei
Klausuren abprüfen, reicht ein Bestehen alleinig der
Nachholklausur nicht für den Schein aus. Ausnahme:
aussertaktige G8-Starter im SoSe '11.]

Besprechung und Einsicht in Nachholklausur am Mi 9.10. um 10.15-12.00 im H030 (aka E7).

Noten werden nach der Einsicht zentral weitergeleitet. Scheinvergabe für Spezialfälle erfolgt über Sekretariat 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