Theoretische Physik 2 für das Lehramt L3

(Wintersemester 2026/2027)

Michael Faraday

\begin{equation*} \begin{split} &\nabla \times \vec{E}+\frac{\partial \vec{B}}{\partial t}=0, \quad \vec{\nabla} \cdot \vec{B}=0,\\ &\vec{\nabla} \times \vec{B} - \epsilon_0 \mu_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t}=\mu_0 \vec{j}, \quad \vec{\nabla} \cdot \vec{E}=\frac{1}{\epsilon_0} \rho, \\ &\vec{f}=\rho \vec{E}+\vec{j} \times \vec{B}. \end{split} \end{equation*}

James Clerk Maxwell

Impressum

Vorlesung

Hendrik van Hees
E-Mail: hees@itp.uni-frankfurt.de
Di. 12:15-13:45h PHYS 02.114
Mi. 12:00-12:45h PHYS 01.114

Erste Vorlesung: Dienstag, 12.10. 12:15h

OLAT: Link
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Studienplan

1. Woche (12.10.-16.10.): Elektromagnetische Kraft, elektrostatisches Feld (Skript 1.1-1.2)
2. Woche (19.10.-23.10.): Flächen- und Volumenintegrale, Divergenz, Gaußsches Gesetz (1.3-1.4)
3. Woche (26.10.-30.10.): Das elektrostatische Potential, Wegintegrale, Rotation, Lemma von Poincare (Skript 1.5.1-1.5.6)
4. Woche (02.11.-06.11.): Energie des elektrostatischen Feldes, $\delta$-Distribution (Skript 1.5.7-1.6)
5. Woche (09.11.-13.11.): Elektrostatik in Gegenwart von Leitern, Kondensatoren (Skript 1.7)
6. Woche (16.11.-20.11.): Magnetfeld, Faradaysches Induktionsgesetz, Maxwell-Gleichungen (Skript 2.1-2.5)
7. Woche (23.11.-27.11.): Elektromagnetische Wellen im Vakuum, SI-Einheiten (2.6+2.7, 2.11)
8. Woche (30.11.-04.12.): Elektromagnetische Potentiale und Eichinvarianz, Green-Funktion der Wellengleichung, Retardierte Potentiale (Skript 5.2.2, 5.6)
9. Woche (07.12.-11.12.): Dipolstrahlung (Skript 5.7)
10. Woche (14.12.-18.12.): Energie-, Impuls- und Drehimpulsdichte des elektromagnetisches Feldes (Skript 2.8-2.10)

Weihnachtspause

11. Woche (11.01.-15.01.): Brechung und Reflexion von em. Wellen an Dielektrika (Fresnelsche Formeln)
12. Woche (18.01.-22.01.): Beugung I; Kirchhoffsche Beugungstheorie, Faunhoferbeugung, Einzelspalt, Doppelspalt, Gitter  (5.10.2-5.10.3)
13. Woche (25.01.-29.01.): Beugung II; Kirchhoffsche Beugungstheorie, Faunhoferbeugung, Einzelspalt, Doppelspalt, Gitter  (5.10.2-5.10.3)
14. Woche (01.02.-05.02.): Fourier-Darstellung; Anfangswertproblem der Maxwell-Gleichungen (Skript 5.2-5.3)
15. Woche (08.02.-12.02.): Eichtransformationen

Manuskript

Das Manuskript ist bzgl. der Inhalte vollständig. Es kann sein, dass im Laufe des Semesters noch Änderungen vorgenommen werden.
Hier finden Sie immer die aktuelle Version:
 Manuskript (Version vom 28.10.2026)

Übungen

Tutor: Sema Basoda
E-Mail: basoda@itp.uni-frankfurt.de
Mi. 13:15-14:45h PHYS 01.114
Erste Übung: Mi. 21.10. 13:15

Die Übunsblätter werden jeweils dienstags hochgeladen (Abgabe bis zum darauffolgenden Montag 23:59h)

Blatt 01: Bewegung eines geladenen Teilchens im homogenen $\vec{E}$- bzw. $\vec{B}$-Feld [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 02: Visualisierung von elektrostatischen Feldern und Potentialen; Dipolfeld in kartesischen und Kugelkoordinaten [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 03: Elektrostatisches Feld eines homogen geladenen Zylinders; Potentialwirbel (Dipolschicht) [pdf]

Lernzentrum

Tutor: Hermann Lidberg
E-Mail: lidberg@physik.uni-frankfurt.de
Di. 09:30-11:00h PHYS 02.222

Studienleistungen und Anmeldung im Goethe-Campus-System

Teilnahmenachweis und Übungen:

Die Übungsblätter zum Tutorium werden ebenfalls über OLAT bereitgestellt. Diese sollten in der jeweiligen Woche bearbeitet werden, und Sie sollten Ihre Lösungen zum jeweiligen Termin dort zur Korrektur einreichen. Der Teilnahmenachweis, der auch Bedingung für die Modul-Abschlussprüfung ist, kann erbracht werden durch aktive Teilnahme an den Übungen (maximal zweimaliges unbegründetes Fehlen) oder durch Abgabe der Übungen in OLAT und Erreichen von mindestens 50% der Punkte.

Prüfungsordnung 2018

Es wird der gesamte Stoff des Moduls "Physikalische Modelle 1", also die Inhalte von Theoretische Physik für das Lehramt L3 1 (Mechanik) und 2 (Elektrodynamik) in einer mündlichen Prüfung abgefragt.

Zulassungsvoraussetzung: Erwerb der Teilnahmenachweise für Mathematische Methoden, Theoretische Physik 1 und 2.

Anmeldung im Goethe-Campus-System: Sie müssen sich 2X anmelden, also einmal für den Teilnahmenachweis (bezieht sich auf das Tutorium) und einmal für die Modulabschlussprüfung (nach dem Theo 2 absolviert ist).

Prüfungsordnung 2023

Prüfung für das Modul "Physikalische Modelle 2":  mündliche Prüfung über Inhalte von Theo 3

Zulassungsvoraussetzung: Erwerb der Teilnahmenachweise für Theoretische Physik 2+3

Anmeldung im Goethe-Campus-System: Sie müssen sich 3X anmelden, also einmal für den Teilnahmenachweis, einmal für die Studienleistung (bezieht sich beides auf das Tutorium) und einmal für die Modulabschlussprüfung (nachdem Theo 3 absolviert ist).

Sie finden die Einzelheiten zu den Anmeldungen unter

An- und Abmeldung in Goethe-Campus
Anmelde- und Rücktrittsfristen

Sie finden die Prüfungsordnungen beim ABL-Prüfungsamt:
LeOn

Prüfung (Modul "Physikalische Modelle 1" für Prüfungsordnung 2018)


Die mündlichen Prüfungen (Dauer ca. 30 Minuten) finden nach Vereinbarung statt. Kontaktieren Sie mich einfach per e-mail:
hees@itp.uni-frankfurt.de

  • Ab dem Wintersemester 2023/2024 müssen Sie sich vorher elektronisch beim neuen Anmeldesystem anmelden.

    • Prüfungsinhalte (PO 2023)

     Theoretische Physik 2 für Lehramt L3 ist Teil des Moduls: "Physikalische Modelle 2", das auch noch Theoretische Physik 3 für Lehramt L3 und ein Seminar zur Didaktik der Modernen Physik umfasst. Von den beiden Theorie-Vorlesungen wird nur der Inhalt von Theoretsche Physik 3 abgeprüft (der allerdings auch "relativistische Elektrodynamik" enthält).

    Prüfungsinhalte (PO 2018)

    Theoretische Physik I (Kapitelangaben beziehen sich auf mein Manuskript)

    Kapitel 2

  • Newtonsche Postulate/Axiome (absoluter Raum und absolute Zeit, Trägheitsprinzip+Inertialsysteme, $\vec{F}=\dot{\vec{p}}$, "actio-reactio")
  • Dynamik für einzelnes Punktteilchen: Kräfte, konservative Kräfte + Energieerhaltungssatz, Zentralkräfte und Drehimpulserhaltungssatz
  • Harmonischer Oszillator (ungedämpft/gedämpft, frei und getrieben)
  • Zweikörper-Kepler-Problem (Newtonsche Gravitationswechselwirkung, Schwerpunktssatz, Energie- und Drehimpulserhaltung, drei Keplersche Gesetze für den Spezialfall einer "sehr schweren Sonne")
  • Beschleunigte Bezugssysteme (Coriolis- und Zentrifugalkraft; freier Fall auf der rotierenden Erde; Foucault-Pendel)

    • Kapitel 3

  • Hamiltonsches Prinzip der kleinsten Wirkung
  • Euler-Lagrange-Gleichungen
  • einfache Beispiele zum Lagrange-Formalismus (z.B. freier Fall/schiefer Wurf, Fadenpendel, harmonischer Oszilllator, Kepler-Problem)
  • Noether-Theorem, Symmetrien und Erhaltungssätze
  • Symmetrien der Galilei-Newton-Raumzeit und dazugehörige Erhaltungssätze für abgeschlossene Systeme (Energie, Impuls, Drehimpuls, Schwerpunktbewegung)

    • Review Mechanik: pdf

    Theorie 2 (Kapitelangaben beziehen sich auf mein Skript)

    Kapitel 1:
  • Elektrostatisches Feld: Definition über Coulomb-Kraft zwischen Punktladungen), Coulomb-Gesetz, Gaußsches Gesetz in Integral- und Differentialform
  • Vektoranalysis: Integraldefinition von div und rot und "anschauliche Bedeutung" (Ströme durch Flächen bzw. "Wirbel"); grad, div und rot als Differentialoperatoren in kartesischen Koordinaten, Nabla-Symbol $\vec{\nabla}$
  • Kondensatoren und Kapazität
  • Dielektrika

    •

    Kapitel 2:

  • Vier Maxwell-Gleichungen und deren physikalische Bedeutung
  • Alte und neue Definition der Einheiten für die elektrische Ladung bzw. Stromstärke im SI-Einheiten-System (Coulomb und Ampere)
  • Ebene elektromagnetische Wellen, Lichtgeschwindigkeit, Transversalität
  • Energie-, Impuls- und Drehimpulsdichte des elektromagnetischen Feldes, Poynting-Vektor

    • Kapitel 5:

  • freie elektromagnetische Felder und Fourier-Transformation
  • retardierte Potentiale (Kausalität)
  • Dipolstrahlung
  • Beugung (vereinfachte Theorie a la Kirchhoff, Huygenssches Prinzip)
  • Fraunhoferbeugung an Einzel- und Doppelspalt, Beugungsgitter

    • Review E-Dynamik: pdf

    Online-Material

    Lehrbücher zur Theoretischen (und auch Experimentellen) Elektrodynamik

    Im Folgenden finden Sie eine Auswahl von Links zu E-Books des Springer Verlags, die im Netz der GU frei zugänglich sind. Man kann auch außerhalb des Netzes der GU mittels VPN oder SOCKS-Proxy (z.B. via ssh) zugreifen. I.a. sind die Lehrbücher im pdf-Format vorhanden, manchmal auch im epub-Format. Erfahrungsgemäß sind wegen der Formeln nur die pdf-Versionen wirklich gut lesbar (sowohl online als auch ausgedruckt).

    Zum Selbersuchen von Physik-E-Books bei Springer:
     Springer Links oder im Katalog der Uni-Bibliothek Neues Suchportal der Uni-Bibliothek

    M. Bartelmann, et al., Theoretische Physik 2 - Elektrodynamik, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (2018).

    W. Nolting, Grundkurs Theoretische Physik 3, Elektrodynamik, Springer Verlag
    https://doi.org/10.1007/978-3-642-37905-5

    T. Fließbach, Elektrodynamik, Lehrbuch der Theoretischen Physik II, Springer Verlag
     https://doi.org/10.1007/978-3-8274-3036-6

    P. Schmüser, Theoretische Physik für das Lehramt 2, Elektrodynamik, Springer Verlag
     https://doi.org/10.1007/978-3-642-25395-9

    R. M. Dreizler, C. S. Lüdde, Theoretische Physik 2, Elektrodynamik und Spezielle Relativitättheorie, Springer Verlag
     https://doi.org/10.1007/b137829

    F. Scheck, Theoretische Physik 3, Klassische Feldtheorie: Von Elektrodynamik, nicht-Abelschen Eichtheorien und Gravitation, Springer Verlag
     https://doi.org/10.1007/978-3-662-53639-1

    P. Hertel, Theoretische Physik, Springer Verlag
     https://doi.org/10.1007/978-3-540-36645-4

    J. Honerkamp, H. Römer, Klassische theoretische Physik, Springer Verlag
     https://doi.org/10.1007/978-3-642-23262-6

    Vorlesungsmanuskripte

    H. van Hees, Skript zu "Mathematische Methoden für das Lehramt L3" [pdf]
    H. van Hees, Skript zu "Theoretische Physik 1 für das Lehramt L3" [pdf]

    Homepage von Prof. H.-J. Lüdde mit vielen Links zu Manuskripten, E-Learning-Material etc. zu den Vorlesungen Theoretische Physik für das Lehramt L3 I-III

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    Letzte Änderung: 04. November 2026