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E2-E2p: Wärmelehre und Elektromagnetismus – Übersicht

  • Übersicht

Informationen zur Vorlesung

Zeit und Ort

Zeit: Mo 8.15 - 10.00 und Fr. 10.15-12.00 mit Ausnahme 2.5., 13.6., 27.6. am Do 8.15 - 10.00.
Ort: Großer Physikalischer Hörsaal

Vorbemerkungen:
   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 wird als Mittelwert von zwei der drei Klausuren gebildet. Mit Endnote<=4.0 haben Sie bestanden. Der Mittelwert wird aus den ungerundeten, linear extrapolierten Noten berechnet. Sie können also z.B. auch eine Note 5.15 aus der ersten Klausur mit einer guten zweiten Klausur ausgleichen. Nota bene reicht es aber nicht aus, nur die Nachholklausur zu bestehen.
   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
   Die Übungen sind integraler und zentraler Bestandteil der Vorlesung. Bitte nutzen Sie das Angebot! Die Eintragung zu den 15 Übungsgruppen am ersten Vorlesungstermin Fr 26.4. in den Treppenhäusern südlich des großen Physikalischen Hörsaals. Erstes Treffen der Tutorgruppen ab Mo 29.4. für Organisatorisches und wichtige Tips fürs Lernen (Lerngruppen bilden!). Die Abgabe und Besprechung des 1. Übungsblattes dann in der darauf folgenden Woche ab Mo 6.5.

Auflistung der Tutorgruppen
tutoren_raum_uuuuuuuupdate

I. Wärmelehre

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

Fr 26.4.
T1 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

Mo 29.4.
T2 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

Ausgabe Übungsblatt TD 1
Start Vorbesprechung der Übungsgruppen

Do 2.5. 8.15-10.00 !
T3 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

Mo 6.5.
T4 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

Ausgabe Übungsblatt TD 2
Start Besprechung Übungsblatt TD 1

Fr 10.5.
T5 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

Mo 13.5
T6 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

Ausgabe Übungsblatt TD 3
Start Besprechung Übungsblatt TD 2

Fr 17.5.
T7 Der 2. Hauptsatz (Entropiesatz), Clausius-Clapeyron'sche Differentialgleichung 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

Mo 20.5.
T8 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

Ausgabe Übungsblatt TD 4
Start Besprechung Übungsblatt TD 3

* Fr 24.5. (nur für E2)
T9 Siedepunkterhöhung, Dampfdruckerniedrigung, Donnan-Potential (Tafelbild)
Herleitung osmotischer Druck aus chemischem Potential und Gibbs-Enthalpie, Dito für Dampfdruckerniedrigung, Siedepunkterhöhung. Herleitung Mikroskopische Entropie ideales Gas aus isothermer Expansion, Wiederholung
- Diffusionszelle
- Siedepunkterhöhung
- Dampfdruckerniedrigung

Ausgabe Übungsblatt TD 5 (* nur für E2)
Start Besprechung Übungsblatt TD 4

Mo 27.5. (nur für E2)
T10 Fragestunde (Tafelbild)
Diffusionspotential (Donnan-Potential). >> Fragestunde << Bitte Fragen an dieter.braun@lmu.de.

Start Besprechung Übungsblatt TD 5
Lösungsskizze für TD 5 (Übungsblatt 6 ist gestrichen)

* Fr 31.5. (nur für E2) (Vertretung durch Christof Mast) (Tafelbild)
T11 Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung, Gaskinetische Effekte, Transportvorgänge
Boltzmann-Faktor, Geschwindigkeits-Verteilungsfunktion. Gleichbehandlung der Diffusion von Teilchen, Energie, Impuls, 1. und 2. Mittlere freie Weglänge, Wirkungsquerschnitt, 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 3.6. Klausur Wärmelehre (PDF). Zeit: 8.15-9.45
Ort:
- Audimax A030, Geschwister-Scholl Platz 1, Zentralgebäude (Nachnamen A-M)
- Großer Physikalischer Hörsaal (Nachnamen N-Z)
Erlaubte Hilfsmittel:
- Nur Taschenrechner
- Formelsammlung wie in Probeklausur
Diese Woche die Besprechung der Klausur in den Tutorgruppen.

Ergebnisliste nach der Einsicht der Thermodynamik-Klausur (PDF)

II. Elektrodynamik

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

Fr 7.6. (Vertretung Carleen Kluger)
E1 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
Mo 10.6. (Pfingstmontag)

Do 13.6. 8.15-10.00 !
Rückgabe und Einsicht in die Klausur
(zusätzlich zu der Besprechung in den Tutorgruppen)

Mo 17.6.
E2 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
--- keine Übungsgruppen diese Woche ---

Fr 21.6.
E3 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

Mo 24.6. [as every year, due to guests from Singapur, I will give this lecture in English]
E4 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
Start Besprechung Übungsblatt ED 1

Do 27.6. 8.15-10.00 !
E5 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

Mo 1.7.
E6 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
Start Besprechung Übungsblatt ED 2

Fr 5.7.
E7 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

Mo 8.7.
E8 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
Start Besprechung Übungsblatt ED 3

Fr 12.7.
E9 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

* Mo 15.7. (nur für E2)
E10 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

Ausgabe Übungsblatt ED 5
Start Besprechung Übungsblatt ED 4

* Fr 19.7. (nur für E2)
E12 Tiefpass / Hochpass und Relativistische Herleitung der Lorentzkraft
Herleitung Übertragungsfunktion Tiefpass und Hochpass. Lorentzkraft aus Relativistik, Transformation von E und B-Feldern, Feld einer bewegten Ladung.
- Hochpass und Tiefpassschaltung
- Kräfte zwischen Leitern

* Mo 22.7. (nur für E2)
E11 Hohlleiter, Wechselstrom, Komplexe Widerstandsdarstellung, Filter (Script)
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

Ausgabe Übungsblatt ED 6 (nur für E2)

Start Besprechung Übungsblatt ED 5+6
Lösungsskizze ED 5   Lösungsskizze ED 6  (geänderte Numerierung beachten)

Fr 26.7. (für alle!)
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.

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

Mi 31.7. Klausur Elektrodynamik
Zeit: 9.15-10.45
Ort: Großer Physikhörsaal N120 (A-G) B 101 (H-O), B 201 (P-Z)
Erlaubte Hilfsmittel:
- Nur Taschenrechner
- Formelsammlung wie in Probeklausur

Ergebnisliste 2.8. nach der Einsicht

Besprechung und Einsicht in die Klausur
am Fr. 2.8. 10.15-12. M 105 (Geschw.-Scholl-Pl. 1)

Nachholklausur Thermodynamik und Elektrodynamik
Zeit: Fr. 27. September 12.15-13.45 Uhr
Hörsaal: B 101 (Nordwestlich im Hauptgebäude, Geschwister Scholl Platz 1)
Erlaubte Hilfsmittel:
- Taschenrechner (Formelsammlung wie in Probeklausuren)

Vorl. Notenliste vor Einsicht der Nachholklausur

Endgültige Notenliste E2 mit finaler Endnote

Einsicht in Nachholklausur Di 1.10. um 10.15-12.00 in Geschw.-Scholl-Pl. 1 B 106
Die Noten werden nach der Einsicht zentral weitergeleitet.
Scheinvergabe für Spezialfälle im Sekretariat von Prof. Dieter Braun (Tel. 1484). - bitte dafür NICHT in die Schellingstr. 4 gehen.

Nota bene: Weil wir den Stoff als Durchschnitt von zwei Klausuren abprüfen, reicht ein Bestehen alleinig der Nachholklausur nicht für den Schein aus.