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E2-E2p: Wärmelehre und Elektromagnetismus – Übersicht

  • Übersicht

Informationen zur Vorlesung

Zeit und Ort

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

Vorbemerkung: Die mit Stern (*) markierte Vorlesungsteile T9-T11 (Wärmelehre) sowie E10-E13 (Elektromagnetismus) sind keine Pflichtveranstaltungen für Studenten der Meteorologie und anderen Physik-Plus E2p Studenten. Sie können aber gerne reinhören. Lehramtskandidaten hören E2.

Übungsgruppen
Eintragung zu den Übungsgruppen am ersten Vorlesungstermin Mo 11.4. in den Treppenhäusern südlich vom großen Physikalischen Hörsaal. Erstes Treffen der Tutorgruppen ab Do 14.4. für Organisatorisches und wichtige Tips fürs Lernen (Lerngruppen bilden!). Die Abgabe und Besprechung des 1. Übungsblattes dann in der nächsten Woche ab Do 21.4.

Tutorgruppen:

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Um den Stoff besser zu verdauen, machen wir zwei Klausuren, d.h. eine erste über Thermodynamik in der Mitte des Semesters und eine über Elektrodynamik nach dem Semesterende. Die Nachholklausur am Ende der Semesterferien enthält Thermo- und Elektrodynamik. Die Endnote ist der beste Mittelwert der ungerundeten Noten von zwei der drei Klausuren. Ist dieser Mittelwert besser als 4.0, haben Sie bestanden. Es reicht also nicht, nur die Nachholklausur zu bestehen und Sie können durch sehr gute Ergebnisse auch sehr schlechte wieder ausgleichen.

Wärmelehre:

Empfohlene Literatur Thermodynamik:
- Thermodynamik, Stierstadt (sehr gut)
- Thermal Physics, Schroeder (englisch, aber sehr gut)
- Thermal Physics, Baierlein
- Concepts in thermal physics, Blundell

T1 Mo 11.4. Mechanisches Wärmeäquivalent, erster Hauptsatz, Temperatur (Tafel A,B,C,D)
Erweiterung des Energiesatz der Mechanik, 1. Hauptsatz, Empirische Temperaturskalen, Thermometer, thermodynamisches Gleichgewicht
- Brown'sche Bewegung im Mikroskop
- Wärmehammer
- Mechanisches Wärmeäquivalent

T2 Do 14.4. Temperaturskala, Zustandsgleichung idealer Gase (Tafel 1 2 3 4)
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

Ausgabe Übungsblatt TD 1 (PDF)

T3 Mo 18.4. Exkursion in die Statistische Mechanik: Zustandszahl, Entropie und Boltzmann-Faktor (Tafel 2 - wegen Arzteinsatz [Dank an alle Helfer!] leider nicht vollständig)
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 21.4. Reale Gase und Phasendiagramme (1,2,3,4)
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

Ausgabe Übungsblatt TD 2 (PDF)

T5 Mo 25.4. Latente und Spezifische Wärmen (1,2,3,4)
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 28.4. Reversible und Irreversible Prozesse, Kreisprozesse (1,2,3,4)
Zusammenstellung Isotherme, Isobare, Isochore, Adiabate. Reversible und irreversible Prozesse: Expansion und Mischung, Carnot-Prozess, andere Kreisprozesse.
- Adiabate im Boyle Mariotte Versuch
- Stirling-Motor

Ausgabe Übungsblatt TD 3 (PDF)

T7 Mo 2.5. Der 2. Hauptsatz (Entropiesatz), Claus und 3. Hauptsatz (1,2,3,4)
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

Ausgabe Übungsblatt TD 4 (PDF)

>> Do 5.5.: Christi Himmelfahrt, keine Vorlesung <<

T8 Mo 9.5. Gasverflüssigung, Kühlschränke, Dampfdruckkurve und chemische Reaktionen, Osmotischer Druck (1,2)
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 12.5. Siedepunkterhöhung, Dampfdruckerniedrigung, Donnan-Potential, Statistische Mechanik des Gases: Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung (1,2,3,4)
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

Ausgabe Übungsblatt TD 5 (PDF)
TeX-ed Musterlösung von Simon Fuchs (thanks!) [updated 12.00 Freitag 20.6.]
Korrigierte Lösungsskizze vom 20.Mai

>> Mo 16. Mai, Pfingsmontag keine Vorlesung. <<

* nur für E2:
T10+T11 Do 19.5. , Gaskinetische Effekte, Transportvorgänge, Wechselseitiger Transport(1,2,3)
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

Probeklausur zum Herunterladen
Formelsammlung entspricht der Klausur.

Mo 23.5. Klausur Wärmelehre. Zeit: 8.15-9.45 (PDF der Klausur)
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)

Vorläufige Ergebnisliste Thermodynamikklausur 24.Mai @9:30 (PDF)
[Durchfallquote ca. 30%]
Ergebnissliste nach der Einsicht (PDF)

Besprechung der Klausur ab sofort in den Tutorgruppen.
Einsicht in die Klausur am Do 2.6.

>> Do 26.5. Keine Vorlesung (Fronleichnam) <<


Elektrodynamik

E1 Mo 30.5. 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 2.6. Rückgabe und Einsicht in die Klausur
(zusätzlich zu den Tutorgruppen)
[Zeit und Raum wie Vorlesung]

E2 Mo 6.6. 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

Ausgabe Übungsblatt ED 1 (PDF)

E3 Do 9.6. 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

E4 Mo 13.6. 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

Ausgabe Übungsblatt ED 2 (PDF)

E5 Do 16.6. 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

E6 Mo 20.6. 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

Ausgabe Übungsblatt ED 3 (PDF)

E7 Do 23.6. 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

E8 Mo 27.6. 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

Ausgabe Übungsblatt ED 4 (PDF)

E9 Do 30.6. 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

Ausgabe Übungsblatt ED 5 (PDF)

* nur für E2:
E10 Mo 4.7. 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 7.7. 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

* nur für E2:
Ausgabe Übungsblatt ED 6 (PDF)

* nur für E2:
E12 Mo 11.7. 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 (Überraschung für alle):
E13 Do 14.7. Fragestunde und eine thermodynamische Überraschung
Falls zu wenige Fragen da sind: eine Auswahl aus elektrodynamik-Anwendungen: 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.

Ausgabe Lösungsskizze ED 6 (pdf)

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

Do 21.7.: Klausur Elektrodynamik
Zeit: Donnerstag, 21.07.2016 16.15-17.45 Uhr
Ort: Schellingstr. 3 S001 (Nachname A-D), S002 (E-J), S003 (K-N), S 004 (O-S), S005 (T-Z)
Erlaubte Hilfsmittel:
- Nur Taschenrechner
(Formelsammlung für Elektrodynamik wird bereitgestellt)

Vorläufige Ergebnisliste für Elektrodynamik (ED) und vorläufige Endnote als Durchschnitt aus TD+ED (pdf)
(E2p Endnoten leider nicht korrekt berechnet)

Ergebnisliste Elektrodynamik ED mit vorl. Endnoten aus TD+ED

Besprechung und Einsicht in die Klausur am Mi 27.7. um 13.00-15.00 im AUDIMAX.

Nachholklausur Thermodynamik und Elektrodynamik
Zeit: Montag 10.10.2016 8.15-9.45 (verschobener Termin!)
Standort: Theresienstr. 39, B052 (Nachname A-D), B051 (E-J), B138 (K-N), B139 (O-S), B004 (T-Z), B005 & B006: Reserve
Erlaubte Hilfsmittel:
- Taschenrechner (Formelsammlung für Elektrodynamik&Thermodynamik wird bereitgestellt)
Ergebnisse der Nachholklausur
[Bestanden mit 4.0 ab 16 von 60 Punkten für E2, ab 12 Punkten für E2p]
Nota bene: Weil wir den Stoff in drei Klausuren abprüfen, reicht ein Bestehen alleinig der Nachholklausur nicht für den Schein aus.

Einsicht in Nachholklausur nach Anmeldung bei Mandy Häusler <m.haeusler@physik.uni-muenchen.de> im Labor AG Braun bis 21.10.

Noten werden nach der Einsicht zentral weitergeleitet.
[Scheinvergabe in für Spezialfälle im Sekretariat von Prof. Dieter Braun bei Frau Mandy Häusler (Tel. 1484).]
[Bitte dafür _nicht_ in die Schellingstr. 4 gehen.]

Verantwortlich für den Inhalt: Dieter Braun