Modul EP3 Experimentalphysik 3 Modultitel: Elektrizitätslehre 2/Optik 1 Vorlesung Experimentalphysik 3 • Mo 9.15 – 10.45, GrHS • Do 9.15 – 10.45, GrHS Übung Experimentalphysik 3: • Mo 15.15 – 16.45 h, SR 218 • Mi 9.15 – 10.45 h, SR 221 • Mi 13.30 – 15.00 h, SR 218 Seminarleiter: Thomas Fuhs (Thomas.fuhs@uni-leipzig.de) Philipp Rauch (philipp.rauch@uni-leipzig.de) Florian Huber (florian.huber@gmx.de) Prof. Dr. Josef A. Käs Abteilung Physik der weichen Materie e-mail: jkaes@physik.uni-leipzig.de URL: www.softmatterphysics.com Tel.: ++49-(0)341-9732471 Dr. Mareike Zink e-mail: zink@physik.uni-leipzig.de Tel.: ++49-(0)341-9732573 Korrektoren: Sebastian Ehrig (sebastianehrig@gmx.de) Carsten Vogt (tbc2@gmx.de)

Vorlesung Experimentalphysik 3 - WS 2009/10 Mo   Don 13.10.09 Organisation 16.10.09 Zeitl. Veränderliche Felder Vorl(1) Minitest Vorl(2) Faraday Induktionsges. 4.1 Lenzsche Regel 4.2 20.10.09 Selbstinduktion 4.3 23.10.09 Maxwell-Gleichungen 4.6 Vorl(3) Energie B-Feld 4.4 Vorl(4) Anwendungen: Generator + Verschiebungsstrom 4.5 Motor 5.1 27.10.09 Wechselstrom 5.2 30.10.09 Hoch-/Tiefpass, Vorl(5) Drehstrom 5.3 Vorl(6) Frequenzfilter 5.5 komplexe Widerstände 5.4 Transformatoren 5.3 03.11.09 Impedanzanpassung 5.7 06.11.09 EM Schwingkreise 6.1 Vorl(7) Gleichrichtung 5.8 Vorl(8) Gekoppelte Schwing- Elektronenröhren 5.9 kreise 6.2 10.11.09 Erzeugung ungedämpfter 13.11.09 Dipol Abstrahlung 6.5 Vorl(9) Schwingungen 6.3 Vorl(10) Wellengleichung 7.1 Hertzscher Dipol 6.4 17.11.09 Ebene elektr. Wellen 7.2 20.11.09 B-Feld der EM Welle 7.5 Vorl(11) Periodische Wellen 7.3 Vorl(12) Energie-, Impulstransport 7.6 Polarisation EM Welle 7.4 Messung Lichtgeschw. 7.7 24.11.09 Stehende EM Wellen 7.8 27.11.09 EM Wellen in Materie Vorl(13) Wellenleiter 7.9 Vorl(14) Brechungsindex 8.1 EM Frequenzspektrum 7.10 Absorption, Dispersion 8.2 01.12.09 Wellenglg. EM Welle in Mat. 8.3 04.12.09 8.4.4 - 8.4.9 Vorl(15) Vorl(16) Doppelbrechung Wellen an Grenzflächen 8.4 bis 8.4.3 Erzeugung pol. Licht 8.6 08.12.09 Geom. Optik, Grundaxiome 9.1 11.12.09 Prismen 9.4 Vorl(17) opt. Abb. 9.2 Vorl(18) Linsen 9.5 bis einschl. 9.5.5 Hohlspiegel 9.3 15.12.09 Linsenfehler 9.5.6 - 9.5.8 18.12.09 Interferenz, Kohärenz 10.1 Vorl(19) Matrixmethoden der geom. Optik 9.6 Vorl(20) Erzeugung/Überlagerung koh. Wellen 10.2 Beispiele 9.7 (kurz) Exp. Realisierung 10.3 05.01.10 Vielstrahl Interferenz 10.4 08.01.10 Fraunhofen/Fresnel-Beugung 10.6 Vorl(21) Beugung 10.5 Vorl(22) allg. Behandlung der Beugung 10.7 12.01.10 Fourierdarstellung der Beugung 10.8 15.01.10 Opt. Instrumente, Auge 11.1 Vorl(23) Lichtstreuung 10.9 Vorl(24) Vergrößernde opt. Instrumente 11.2 Atmosphären-Optik 10.10 19.01.10 Rolle der Beugung bei opt. Instr. 11.3 22.01.10 Konfokale Mikroskopie 12.1 Vorl(25) Lichtstärke 11.4 Vorl(26) Iopt. Nahfeldmikroskopie 12.2 Spektrograph, Monochromator 11.5 Aktive + adaptive Optik 12.3 26.01.10 Holographie 12.4 29.01.10 Fourieroptik 12.5 Vorl(27) Vorl(28) Mikrooptik 12.6, Opt. Wellenleiter 12.7 Lichtleitfasern 12.8 02.02.10 optische Fallen 05.02.10 Vorl(29) Vorl(30)

Literatur: • Demtröder, Wolfgang: Experimentalphysik 2, Atome, Elektrizität und Optik Springer Skript zur Vorlesung Prüfungsformen und –leistungen: Klausur 120 min, mit Wichtung: 1 Prüfungsvorleistung: • Wöchentlich ausgegebene, korrigierte Hausaufgaben zu Fragen aus dem Bereich des Modulinhalts. Für die Lösung werden Punkte vergeben. Voraussetzung für die Zulassung zur Prüfung ist der Erwerb von 50% der möglichen Punkte des gesamten Semesters. • Minitests und Vorrechnen in den Übungen sind integraler Teil der Hausaufgaben. • Als Teil der Hausaufgaben zählt auch die Teilnahme an den Minitests. Mindestens 50% der Minitests müssen dabei abgegeben werden. • Als Teil der Kontrolle der Hausaufgaben muss jeder Student mindestens einmal im Semester in der Übung vorrechnen. Die Studenten werden vom Übungsleiter unangekündigt ausgewählt. • Ausgabe der Hausaufgaben jeden Montag nach der Vorlesung, Abgabe jeden Montag vor der Vorlesung • Probeklausur am 18. oder 19.12.09 von 9:00-11:00 • Klausur am Montag 8.2.10 von 9:00-11:00

Minitest 1 Dieser erste Test soll zur Evaluierung ihres Vorwissens dienen. Dies Fragen sollten Sie leicht und ohne zögern beantworten können. Sonst sollten Sie diese Gebiete nochmals wiederholen, da dieses Semester darauf aufbaut! Die Wechselwirkung zwischen zwei Ladungen ist lang oder kurz reichweitig? Begründen Sie ihre Antwort! Wie ist der Gesamtwiderstand von 2 Widerständen R1 und R2, die parallel geschalten sind? Wie sieht das Magnetfeld aus um einen geradlinigen Leiter, der vom Strom I durchflossen wird? Was ist eine harmonische Schwingung? Was ist die maximale Wellenlänge, die eine stehende Welle auf einer Gitarrenseite der Länge L annehmen kann? Was ist der Unterschied zwischen einer Longitudinal- und Transversalwelle? Wie lautet die homogene Wellengleichung? Was ist eine Fouriertransformation?

Die Wechselwirkung zwischen zwei Ladungen ist lang oder kurz reichweitig? Begründen Sie ihre Antwort! Als Debye-Länge (nach Peter Debye) bezeichnet man die charakteristische Länge, auf welcher das Potential eines elektrischen Feldes in einem Gemisch von Ladungsträgern unterschiedlicher Polarität auf das 1/e-fache abfällt .

, 2. Wie ist der Gesamtwiderstand von 2 Widerständen R1 und R2, die parallel geschalten sind? 3. Wie sieht das Magnetfeld aus um einen geradlinigen Leiter, der vom Strom I durchflossen wird? Ampèresches Gesetz:

4. Was ist eine harmonische Schwingung?

5. Was ist die maximale Wellenlänge, die eine stehende Welle auf einer Gitarrenseite der Länge L annehmen kann?

6. Was ist der Unterschied zwischen einer Longitudinal- und Transversalwelle? Wellen, die parallel zur Ausbreitungsrichtung schwingen, werden als Longitudinal- oder Längswelle bezeichnet. Ein wichtiges Beispiel ist der Schall, der sich in Gasen und Flüssigkeiten immer als Longitudinalwelle ausbreitet. Wellen, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen, werden als Transversal-, Quer-, Schub- oder Scherwellen bezeichnet. Nur Transversalwellen können polarisiert sein.

7. Wie lautet die homogene Wellengleichung? 8. Was ist eine Fouriertransformation? Die Fourier-Transformation (Aussprache des Namens: fur'je) ist eine Integraltransformation, die einer gegebenen Funktion eine andere Funktion (ihre Fourier-Transformierte) zuordnet. In vielen Einsatzgebieten wird sie dazu verwendet, um für zeitliche Signale (z. B. ein Sprachsignal oder einen Spannungsverlauf) das Frequenzspektrum zu berechnen (vgl. Fourier-Analyse).

Was ist Physik? Wer braucht Physiker? Durch Analyse von Problemen (naturwissenschaftliche), quantitative Gesetzmäßigkeiten abzuleiten oder Geräte für diese Analyse zu entwickeln Wer braucht Physiker? Universität/Forschungsinstitute Schulen Industrielle Forschung Wirtschaft und Politik

Was macht ein Physiker? Denken (immer) Gedanken dokumentieren (20%) Experimente und Meßgeräte entwickeln (30%) Messungen durchführen (30%) Rechnen (20%)