Theoretische Physik 2 für das Lehramt L3

(Sommersemester 2018)

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


Prüfung (Modul "Physikalische Modelle 1")

Die mündlichen Prüfungen (Dauer 30 Minuten) erfolgen am Donnerstag, 16.08. Zur Anmeldung nehmen Sie am Doodle Poll

https://doodle.com/poll/mpdamis9vsqbqb7v

teil. Zur Prüfung benötigen Sie

  • Lichtbildausweis (Personalausweis, Reisepass oder Goethe-Card)
  • Prüfungsformular mit Schein über die Teilnahme an der Vorlesung Theorie 1
  • Falls Sie nicht an meiner Vorlesung Theorie 2 teilgenommen haben, auch den Schein über die Teilnahme an dieser Vorlesung

  • Prüfungsinhalte

    Theorie 1

  • 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; Foucault-Pendel)
  • 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
  • Definition der Einheit für die Stromstärke im SI-Einheiten-System (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


  • Evaluation

    Am Montag, 18.06., findet zur Vorlesungszeit (12:00-14:00h) die Evaluation der Vorlesung und Übung online statt. Bitte bringen Sie dazu ein Laptop, Tablet, Smart- oder IPhone mit. Einzelheiten finden Sie auf dem Info-Blatt von StudiumDigitale: [pdf].

    Vorlesung

    Hendrik van Hees
    E-Mail: hees@th.physik.uni-frankfurt.de Mo 12:00h-13:30h (s.t.) PHYS 01.114
    Do 12:00h-12:45h (s.t.) PHYS 01.114

    Erste Vorlesung: Montag, 09.04.

    Videoaufzeichung: Die Vorlesung wird im eLecture-Portal von StudiumDigitale aufgezeichnet: Playlist


    Manuskript

    Das Manuskript ist nun bzgl. der Inhalte vollständig. Allerdings werde ich nochmals Korrektur lesen, um möglichst viele der sicherlich noch vorhandenen Tippfehler zu beseitigen. Evtl. gibt es auch noch ein Stichwortverzeichnis.

    Hier finden Sie immer die aktuelle Version:

    Manuskript (Version vom 13.08.2018)


    Übungen

    Tutorin: Nadja Krenz
    E-Mail: krenz@th.physik.uni-frankfurt.de
    Mo 10:00h-12:00h PHYS 01.114

    Tutor: Richard Lenkiewicz
    E-Mail: lenkiewicz@itp.uni-frankfurt.de
    Mo 10:00-11.30h PHYS 01.114

    Ab 07.05. finden beide Übungen zusammen in Seminarraum PHYS 01.114 mit beiden Tutoren gemeinsam statt!


    Offenes Lernzentrum zur Theoretischen Physik 2

    Tutor: Max Hofmann
    E-Mail: mhof@posteo.de
    Fr 12:00-14:00 PHYS 02.222

    Hier können die Inhalte der Vorlesung und des Tutoriums diskutiert und Fragen beantwortet werden.


    Studienleistungen

    Unbenoteter Schein und Übungen: Anwesenheit (maximal zweimal unentschuldigtes Fehlen) im und aktive Teilnahme am Tutorium

    Mündliche Prüfung (Modulprüfung Physikalische Modelle I): Es wird der gesamte Stoff des Moduls, also die Inhalte von Theoretische Physik für das Lehramt L3 I (Mechanik) und II (Elektrodynamik)
    Zulassungsvoraussetzung: Erwerb der unbenoteten Scheine für Theoretische Physik I und II


    Übungen

    Blatt 1 (16./19.04.): Bewegung von Punktladungen im homogenen $\vec{E}$- und $\vec{B}$-Feld [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 2 (23./26.04.): Volumen einer Halbkugel; Homogen geladene Kugel [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 3 (30.04.): Vektorprodukt; Homogen geladener Zylinder; Potentialwirbel [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 4 (07.05.): Elektrostatische Feldenergie; abgeschirmte Ladung [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 5 (14.05.): Platten- und Zylinderkondensator; kartesische Multipolentwicklung [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 6 (28.05.): Kondensator mit Dielektrikum; Magnetfeld des unendlich langen geraden Drahtes [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 7 (04.06.): Hall-Effekt; Bewegter Draht im Magnetfeld [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 8 (11.06.): Strahlungseichung für freie Felder; Eichtransformation zwischen Lorenz- und Coulomb-Eichung [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 9 (18.06.): Strahlungdruck auf idealen Spiegel; Kraft auf dritte Platte im Plattenkondensator [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 10 (25.06.+02.07.): Elliptisch polarisierte Welle [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 11 (09.07.): Fourier-Transformationen [pdf]; Lösungen [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

    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 Ergänzungen zur Theoretischen Physik 1" [pdf]
    W. Cassing, H. van Hees, Mathematische Methoden für Physiker [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: 13. August 2018