1. Modultitel und Modulnummer:

Modul 9: Methoden der Physik

2. Lehrveranstaltungen des Moduls:

Das Modul besteht aus

9.1 Proseminar (2 SWS)

und

9.2 Grundpraktikum III (3 SWS) und

9.3 Computerpraktikum (2 SWS)

oder

9.4 Experimentelle Methoden, Vorlesung (2 SWS)

oder

9.5 Mathematische Methoden der Physik II, Vorlesung (4 SWS) und Übung (2 SWS),

entsprechend der folgenden Kombinationsmöglichkeiten:

a) 9.1 + 9.2 + 9.3

b) 9.1 + 9.2 + 9.4

c) 9.1 + 9.5

3. Modulverantwortliche(r):

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

4. Lehrinhalte:

9.1: Im Proseminar wird ein umgrenztes Teilgebiet der Physik behandelt. Die Themen können, je nach Veranstalterin oder Veranstalter wechseln. Beispiele aus den letzten Jahren sind die Themen Astrophysik und Schlüsselexperimente der modernen Physik. Die Studierenden bearbeiten einzelne Kapitel des Teilgebiets und tragen diese in einem Vortrag ihren Kommilitoninnen und Kommilitonen vor.

9.2: Das Grundpraktikum III baut auf dem Modul 5 „Grundlagen physikalischen Experimentierens“ auf. In ihm sollen die dort erworbenen Kenntnisse und Fertigkeiten im Bereich der modernen Physik vertieft und erweitert werden. Neben weiterführenden Versuchen zur Atom-, Kern- und Festkörperphysik wird auch tiefer in die elektronische Mess- und Schaltungstechnik eingeführt.

9.3: Auswahl von 3 Versuchen aus dem typischen Angebot:

- Grundlage von Messgeräten: Digital-Analog-Wandler als wesentlicher Bestandteil von Messgeräten bei der Datenaufnahme

- RS232-Kommunikation (serielle Schnittstelle) zum Datentransfer oder Steuerung von Geräten (z.B. Spektrometer oder Laser)

- Programmierung von Steckkarten im PC (entweder als hardwarenahes Programmieren oder mit Hilfe von Bibliotheken des Herstellers

- Verwendung von modernen Messprogrammen (LabView, DaVis) zur Experimentsteuerung und Datenanalyse

- Konvertierung und Transfer von Daten zwischen verschiedenen Programmen

9.4: Je nach Angebot stehen typischerweise folgende Veranstaltungen zur Auswahl:

Elektronische Messtechnik: Grundbegriffe der Messtechnik, Grenzen der Messung, Rauschen, Standardmessgeräte und ihre Eigenschaften, Grundstruktur einer Messeinrichtung, Statisches und dynamisches Übertragungsverhalten, Geradeaus- und Kompensationsmessmethoden, Brückenschaltungen, ausgewählte elektronische Grundschaltungen, Analoge Rechenschaltungen, Mess- und Kompensationsverstärker, Messung nichtelektrischer Größen (Sensoren), Detektoren für Teilchen und elektromagnetische Strahlung, Ausblick digitale Messtechnik.

Elektronik für Physiker: Es werden die Eigenschaften und grundlegenden Anwendungen der wichtigsten elektronischen Bauelemente vorgestellt: Lineare und nichtlineare Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, Netzwerke und deren Übertragungsverhalten, Signalausbreitung auf Leitungen, Dioden, Uni- und Bipolare Transistoren, optoelektronische Bauelemente, Bauelemente der Leistungselektronik, Operationsverstärker, spezielle Halbleiterbauelemente, Röhren.

Angewandte Kernphysik: Radioaktivität, Strahlungsdetektoren, Strahlungsquellen, Wechselwirkung mit Materie, Altersbestimmung, Radiographie: Ionenstrahlanalytik, Aktivierungsanalysen, Mößbauerspektroskopie, Kernresonanzmethoden, Radiotomie: Strahlenschäden, Strahlenschutz, Strahlentherapie; Ausblick Kernenergie.

Tieftemperaturphysik: Temperaturabhängige Stoffeigenschaften (Phasendiagramme und Aggregatzustände, räumliche Ausdehnung, Reibung, Viskosität, thermische Leitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit), Supraleitung, Erzeugung tiefer Temperaturen (Kaltdampfmaschinen, Joule-Thompsen-Effekt, Wärmekraftmaschinen), Messverfahren (Temperaturmessung, Druckmessung, Flüssigkeitsniveaus, flussmagnetische Messungen, akustische Messungen, etc., Kryostate (Thermische Isolation, verwendete Materialien, Behälter und Transferleitungen, Aufbau von Kryostaten), Sicherheit/Gefahren im Tieftemperaturbereich.

9.5: Kernpunkte der Veranstaltung sind: Funktionentheorie, Integraltransformationen- und distributionen, Theorie der Hilbert-Räume, spezielle Funktionen,

Wahrscheinlichkeitstheorie

5. Kompetenzen

Das Modul dient der Vertiefung methodischen Grundlagenwissens. Im Proseminar soll die Präsentation eines wissenschaftlichen Themas und die wissenschaftliche Diskussion geübt werden. Im Einzelnen:

9.1: Wesentliches Ziel des Proseminars ist die Einübung der Präsentation von wissenschaftlichen Ergebnissen. Dazu gehört die Erarbeitung eines Präsentationskonzeptes, die Benutzung von Präsentationstechniken eigener Wahl – dies kann ein Tafelvortrag sein, die Benutzung von Projektor und Folien oder von elektronischen Medien – sowie, in begrenztem Maße, auch die Recherche von Literatur und Dokumentationsmaterial. Ferner soll im Anschluss an den Vortrag die wissenschaftliche Diskussion geübt werden, nicht allein von der oder dem Vortragenden sondern auch von den übrigen Teilnehmern des Proseminars. Die Veranstalter sind außer in Fällen grober physikalischer Fehler zu inhaltlicher Zurückhaltung aufgefordert.

Im Anschluss an Vortrag und Diskussion wird von Teilnehmern und Veranstaltern gemeinsam die Präsentation diskutiert und kritisiert.

9.2: Die von den Studierenden im Modul 5 erworbenen Kenntnisse und Fähigkeiten werden hier weiter vertieft und im Hinblick auf moderne und an der Laborpraxis orientierte Techniken erweitert.

9.3: Die Studierenden lernen grundlegende Versuche und entsprechende unterschiedliche Techniken aus der angewandten Physik kennen. Die Versuche müssen ausgewertet und mit theoretischen Konzepten interpretiert werden. Es wird eine abgesteckte Aufgabe in einer Praktikumsgruppe (im Allgemeinen in einer Zweiergruppe) bearbeitet.

9.4: Die jeweilige Veranstaltung führt in grundlegende Phänomene, Meßmethoden und Vorgehensweisen der modernen Experimentalphysik und in die apparativen Techniken ein. Technologische Anwendbarkeiten werden vermittelt. Diese Vorlesungen bereiten auf Tätigkeiten in F & E-Berufsfeldern vor.

9.5: Die in Modul 8.2 erworbenen Kenntnisse und Fähigkeiten werden vertieft und insbesondere mit Hinblick auf Anwendungen in der Quantenmechanik erweitert.

6. Anzahl Einzelleistungen:

Kombinationsmöglichkeit a (9.1 + 9.2 + 9.3): drei unbenotete Einzelleistungen

Kombinationsmöglichkeit b (9.1 + 9.2 + 9.4: drei unbenotete Einzelleistungen

Kombinationsmöglichkeit c (9.1 + 9.5): zwei unbenotete Einzelleistungen

7. Erbringungsformen:

Seminarvortrag (9.1), Portfolio* bestehend aus 10 Versuchen und 5 testierten Versuchsprotokollen (9.2), Portfolio* bestehend aus 3 Versuchen und 3 testierten Versuchsprotokollen (9.3), Klausur oder mündliche Prüfung (9.4, 9.5)

*: Im praktischen Teil sind die Versuche in Kleingruppen, in der Regel aus zwei Studierenden bestehend, durchzuführen, die von Tutoren betreut werden. Jeder Versuch beginnt mit einer selbständigen Vorbereitung der theoretischen und experimentellen Grundlagen. Entsprechende Hinweise finden sich in der zur Verfügung gestellten Versuchsanleitung, die neben einem kurzen Abriss der Thematik die benötigten Kenntnisse stichwortartig umreißt und Literaturhinweise für das Selbststudium bietet. Bevor mit dem eigentlichen Versuch begonnen wird, wird in einer Vorbesprechung (Antestat) festgestellt, ob der Studierende über die für eine sichere Versuchsdurchführung notwendigen Kenntnisse verfügt. Die Durchführung des Experimentes, die Messergebnisse und deren Auswertung werden in einem eigenständigen und qualifizierten Protokoll dokumentiert, das durch eine kritische Diskussion der Ergebnisse zu ergänzen ist. Die Protokolle werden korrigiert und mit den Tutoren diskutiert.

8. Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten:

Regelmäßige aktive Teilnahme an der jeweiligen Veranstaltung und Erbringung der geforderten Einzelleistung

9. Arbeitsaufwand und Leistungspunkte:

Kombinationsmöglichkeit a (9.1 + 9.2 + 9.3):

Struktur des Lehrangebots

Semester

Aufwand

(Stunden)

Aufwand Einzelleistungen

(LP)

LP

Kontakt-stunden

Selbst-studium

benotet

unbenotet

Proseminar (9.1)

4

30

30

1

3

Grundpraktikum III (9.2)

4

45

45

1

4

Computerpraktikum (9.3)

4

30

30

1

3

Gesamt

10

Kombinationsmöglichkeit b (9.1 + 9.2 + 9.4):

Struktur des Lehrangebots

Semester

Aufwand

(Stunden)

Aufwand Einzelleistungen

(LP)

LP

Kontakt-stunden

Selbst-studium

benotet

unbenotet

Proseminar (9.1)

4

30

30

1

3

Grundpraktikum III (9.2)

4

45

45

1

4

Vorlesung Experimentelle Methoden (9.4)

4

30

30

1

3

Gesamt

10

Kombinationsmöglichkeit c (9.1 + 9.5):

Struktur des Lehrangebots

Semester

Aufwand

(Stunden)

Aufwand Einzelleistungen

(LP)

LP

Kontakt-stunden

Selbst-studium

benotet

unbenotet

Proseminar (9.1)

4

30

30

1

3

Vorlesung Mathematische Methoden der Physik II (9.5)

4

60

60

1

5

Übung zur Vorlesung Mathematische Methoden der Physik II (9.5)

4

30

30

2

Gesamt

10

10. Teilnahmevoraussetzungen und Vorkenntnisse:

Module 3 und 6, zusätzlich Modul 5 für die Veranstaltungen unter Ziffer 9.2 und 9.3 bzw. Modul 8.2 für die Veranstaltung unter Ziffer 9.5.

11. Modultyp und Verwendbarkeit des Moduls:

Wahlpflichtmodul des vertiefenden Studiums des Kernfaches Physik Vertiefung Physik (FsB 5.3.1)

12. Dauer des Moduls/Angebotsturnus:

9.1, 9.2 und 9.5: jährlich, im Sommersemester,

9.3: Blockveranstaltung (Februar/März und September/Oktober)

9.4: Regelmäßig, aber nicht unbedingt in festem Turnus.