1. Modultitel und Modulnummer:

Modul 6 und 6a: Theoretische Physik I

2. Lehrveranstaltungen des Moduls:

Vorlesung (4 SWS), Übung (2 SWS), betreut in Kleingruppen

3. Modulverantwortliche(r):

Verantwortlich sind die Lehrenden, Professor(inn)en und Dozent(inn)en der Theoretischen Physik im Wechsel

4. Lehrinhalte:

Im Rahmen der Vorlesung werden die beiden großen Bereiche der klassischen Physik behandelt: Mechanik der Massenpunkte und Theorie der elektromagnetischen Felder. Das bedeutet, dass sowohl Systeme mit endlich vielen (diskreten) Freiheitsgraden als auch solche mit kontinuierlich - unendlich vielen zur Sprache kommen.

Kernpunkte der Veranstaltung sind:

Newtonsche Mechanik von Massenpunkten: Die Newtonschen Axiome, Lösung der Bewegungsgleichungen für einige einfache Kraftfunktionen, weitere Gesetze für die Mechanik eines Massenpunktes (Impuls, Drehimpuls), Mechanische Gesetze für ein System von Massenpunkten, Bewegung im Gravitationsfeld (Kepler-Bewegung), Beschleunigte Bezugssysteme und Scheinkräfte.

Lagrange-Formalismus: Physik von Massenpunkten unter dem Einfluss von Zwangsbedingungen, d’Alembertsches Prinzip, Lagrange-Gleichungen (2. Art), Eigenschaften der Lagrangegleichungen (Forminvarianz) bzw. der Lagrangefunktionen, das Hamiltonsche Prinzip der kleinsten Wirkung.

Symmetrien und Erhaltungsgrößen: Symmetrietransformationen und –gruppen, das Noether-Theorem, die fundamentalen Erhaltungsgrößen.

Hamilton-Formalismus: Legendre-Transformationen, Hamiltonsche Gleichungen, der Phasenraum, Poisson-Klammern, Kanonische Transformationen.

Spezielle Relativitätstheorie: Definition von Zeit und Länge, Relativitätsprinzip, Lorentz-Transformationen, relativistische Mechanik

Elektromagnetische Felder: Coulomb-Gesetz und elektrisches Feld, Ströme, Ohmsches Gesetz, Ampere-Gesetz und magnetisches Feld, Induktionsgesetz, die Maxwellschen Gleichungen, Energie und Impuls des elektromagnetischen Feldes.

Lösungen der Maxwellschen Gleichungen, Strahlung: Einführung der elektromagnetischen Potentiale, Freie Wellengleichung, Ebene und Kugel-Wellen, Dipol-Strahlung.

5. Kompetenzen:

Die Veranstaltung hat das Ziel, in die theoretischen Grundlagen der klassischen Physik einzuführen. Dabei sollen vermittelt werden:

- das Verständnis für die mathematische Formulierung von Naturgesetzen (Modellierung)

- die Erkenntnis, dass allgemeine physikalische Theorien imstande sind, zahlreiche Naturphänomene in einem einheitlichen (Begriffs-) Rahmen zu erklären (Bildung von Theorien)

- die Fähigkeit, aus wenigen Naturgesetzen mit Hilfe geeigneter (Rechen-) Techniken eine Beschreibung von konkreten Naturvorgängen zu gewinnen (Lernen der Methoden).

Die Übungen zur Vorlesung sollen einerseits der Praxis im Einsatz mathematischer Methoden anhand von konkreten Problemen dienen, andererseits sollen sie eine gewisse Vertiefung des Vorlesungsstoffes ermöglichen.

6. Anzahl Einzelleistungen:

Eine benotete Einzelleistung

7. Erbringungsformen:

Klausur

8. Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten:

Bestehen der Klausur (zur Vorlesung und zur Übung), regelmäßige aktive Teilnahme: begleitend zur Vorlesung muss eine Nacharbeitung anhand von Physik- (Standard) Lehrbüchern erfolgen. Zu den Übungen müssen Aufgaben bearbeitet und in den Übungen vorgerechnet werden, die Übungsaufgaben werden jeweils eine Woche vorher ausgegeben.

9. Arbeitsaufwand und Leistungspunkte:

Modul 6:

*: wird Physik als Nebenfach im Bachelorstudiengang mit Profil Lehramt Gymnasium und Gesamtschule (FSB 6.1) studiert, so wird die Veranstaltung für das 5. Fachsemester empfohlen.

Modul 6a:

10. Teilnahmevoraussetzungen und Vorkenntnisse:

Modul 2 und Modul 4 bzw. 4b oder gleichwertige mathematische Kenntnisse

11. Modultyp und Verwendbarkeit des Moduls:

Modul 6:

Pflichtmodul für den Bachelorstudiengang mit Kernfach Physik (FSB 5.1)

Pflichtmodul für den Bachelorstudiengang mit Nebenfachfach Physik Profil Lehramt Gymnasium und Gesamtschule (FSB 6.1)

Pflichtmodul für den Studiengang Master of Education (FSB 4.1.1)

Modul 6a:

Pflichtmodul für den Bachelorstudiengang mit Nebenfach Physik Profil Physikalische Kompetenzen für Nicht-Physiker (FSB 6.3)

12. Dauer des Moduls/Angebotsturnus:

Jährlich, im Wintersemester