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Contents

Einführung in die Physik I

Aus dem Curriculum Bachelor Physik der Universität Wien (beschlossen 2007)

Lernziele:
Erwerb Erwerb von Grundkenntnissen der Mechanik und Physik der Wärme. Durch Experimente veranschaulichte Inhalte umfassen: Mechanik von Massepunkten und starren Körpern, Elastizität, Reibung, Statik und Dynamik von Fluiden, Schwingungen und Wellen, Temperatur, Ideales und Reales Gas, Phasendiagramme, Entropie, Hauptsätze der Thermodynamik, Wärmeleitung, Kreisprozesse. LV: 10ECTS(5VO + 3UE + 2PR)

Die ersten drei Themenbereiche werden teilweise im Physik wiki der Universität Wien behandelt. Links zu den entsprechenden Artikeln sind unten angegeben. Die Vorlesung wurde lange Zeit von Prof. Paul Wagner gehalten, welcher mit Kollegen ein Buch zur Vorlesung verfasst hat. Die Vorlesung wurde aufgezeichnet und ist in Zukunft auf youtube zu sehen.

  1. Einleitung
    1. System und Modell
    2. Entwicklung des Physikalischen Weltbildes
    3. Bedeutung in anderen Wissensgebieten
    4. Der Messvorgang
    5. Beschreibung eines Systems
    6. Messgenauigkeit
  2. Kinematik
    1. Kinematik von Massepunkten
    2. Dynamik von Massepunkten
    3. Kräfte und Kraftfelder
    4. Bewegte Bezugssysteme und Trägheitskräfte
    5. Stoß und Streuung
    6. Mechanik starrer Körper
    7. Mechanik deformierbarer Körper
  3. Schwingungen und Wellen
    1. Schwingungen
    2. Wellen


Experimentelle Methoden zur Einführung in die Physik I

  1. Theoretische Grundlagen
    1. Fabry-Perot-Interferometer
    2. Foucault-Versuch
    3. Cavendish-Versuch
    4. Coulomb-Drehwaage
    5. Zentrifugalkraft
    6. Corioliskraft
    7. Impuls
    8. Drehimpuls
    9. Simulation der Molekularbewegung
    10. Ring Tensiometer
    11. Stokes-Viskosimeter
    12. Ströhmung in Flüssigkeiten
    13. Ströhmung in Gasen
    14. Eigenschwingung
    15. Interferenz in der Wellenwanne
    16. Brown'sche Bewegung
    17. Gasthermometer
    18. Mischungskalorimeter
  2. Experimente
    1. Mechanik eines Systems von Massenpunkten
    2. Coulombstreuung
    3. Corioliskraft
    4. Zentripetalbeschleunigung
    5. Rotation um eine freie Achse
    6. Trägheitsmoment
    7. Hydrodynamisches Paradoxon
    8. Hydrodynamik - Erhaltung der Zirkulation
    9. Auftrieb
    10. Oberflächenspannung
    11. Interferenz
    12. Schwebungen
    13. Lissajoussche Schwingungen
    14. Kugelwellen
    15. Huygens'sches Prinzip
    16. Wellen am Doppelspalt
    17. Dopplereffekt mit Wasserwellen
    18. Wärmeausdehnung 1
    19. Wämreausdehnung 2
    20. Thermische Ausdehnung eines Gases
    21. Phasenübergänge

Einführung in die Physik II

Aus dem Curriculum Bachelor Physik der Universität Wien (beschlossen 2007)

Lernziele:
Erwerb Erwerb von Grundkenntnissen der Elektrodynamik und Optik. Durch Experimente veranschaulichte Inhalte umfassen: Elektrostatik, Kondensatoren, dielektrische Polarisation, Gleichstrom, Wechselstrom, Wiederstand, elektrische Leitung in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern, Magnetostatik, magnetische Eigenschaften der Materie, Induktion, Wechselstromkreise, elektromagnetische Schwingungen und Wellen, Maxwellgleichungen, Wellenoptik, geometrische Optik, optische Instrumente, Elemente der Relativitätstheorie. LV: 10ECTS(5VO + 3UE + 2PR)

Die Vorlesung wurde, wie die Einführung in die Physik I, lange Zeit von Prof. Paul Wagner gehalten, welcher mit Kollegen ein Buch zur Vorlesung verfasst hat.

Experimentelle Methoden zur Einführung in die Physik II

  1. Theoretische Grundlagen
    1. Elektrometer
    2. Gleichstromnetzwerke
    3. Differentielle Wiederstände
    4. Kontaktelektrizität
    5. Thermoelektrizität
    6. Spannungsmessung
    7. Abbildung durch Linsen
    8. Beugung am Gitter
    9. Bildentstehung im Mikroskop
    10. Räumliche und zeitliche Kohärenz
  2. Experimente
    1. Das Coulomb'sche Gesetz
    2. Influenz
    3. Elektrophor
    4. Faraday Cup
    5. Ladung und Entladung eines Kondensators
    6. Stromleitung in Flüssigkeiten
    7. Elektrolyse
    8. Der fraktale Bleibaum
    9. Stromleitung in Gasen
    10. Oersted Versuch
    11. Elektromagnetische Induktion
    12. Faraday'sches Horn
    13. Kraft zwischen stromdurchflossenen Leitern
    14. Barlow Rad
    15. Magnetschaukel
    16. Hysterese am Beispiel des Magneten
    17. Transformator
    18. Photoelektrischer Effekt
    19. Brechung an einem Medium
    20. Lichtwellenleiter

Einführung in die Physik III

Aus dem Curriculum Bachelor Physik der Universität Wien (beschlossen 2007)

Lernziele:
Erwerb von Grundkenntnissen der Quantenmechanik sowie der atomaren und subatomaren Physik. Inhalte umfassen: thermische Strahlung, Wirkungsquantum, Energiequantisierung, Materiewellen, Unschärferelation, Schrödingergleichung, Quantenoptik, Atomphysik, Kernphysik, Elementarteilchen. Nach Möglichkeit werden die Inhalte durch Experimente veranschaulicht. LV: 8ECTS(6VO + 2UE)

Folgende Inhalte sind von Professor Wolfgang Pfeiler Vorgetragen und von einem Student in einem Skriptum zusammengefasst worden.


  1. Wellenoptik
    1. Maxwellgleichungen
    2. Wellenausbreitung
    3. Interferenz und Kohärenz
    4. Vielstrahlinterferenz
    5. Verhalten einer Welle am Spalt
    6. Beugung am Doppelspalt, am Gitter
    7. Fresenell-Kirchhoffsche Beugungsintegral
    8. Fouriertransformierte
    9. Frauenhofer Beugung
    10. Fresnelbeugung
    11. Absoption und Dispersion
    12. Phasen- und Gruppengeschwindigkeit
  2. Thermische Strahlung
    1. Radiometrie
    2. Emissions- und Absorptionsvermögen von Körpern
    3. Stefan Boltzmann'sches Strahlungsgesetz
    4. Wien'sches Verschiebungsgesetz
    5. Wien'sche Strahlungsgesetz
    6. Reyleigh-Jeans'sche Strahlungsgesetz
    7. spektrale Energiedichte
    8. stehenden Wellen
    9. Plank'sche Strahlungsgesetz
    10. Vergleich dieser Strahlungsgesetze
  3. Quantenoptik
    1. Plank'schen Strahlungsformel
    2. Photoeffekt
    3. Klassisches Modell des Photoeffekts
    4. Compton-Effekt
    5. Compton-Effekt mit 4er Vektoren
    6. Eigenschaften des Photons
    7. Photonenimpuls und Strahlungsdruck
    8. Materieteilchen als Welle
  4. Wellenoptik oder Quantenoptik
    1. Doppelspaltexperiment
    2. Wahrscheinlichkeitswelle
  5. Materiewellen
    1. Gaußsches Wellenpaket
    2. Dispersionsrelation für Teilchen
    3. Wahrscheinlichkeitsinterpretation
    4. Unbestimmtheitsrelation
    5. Absorption, spontane und induzierte Emission
  6. Atomphysik
    1. Versagen der klassischen Vorstellung
    2. Atomspektrum
    3. Bohrsches Atommodell
    4. Stoßanregung
    5. Schrödingergleichung
    6. Teilchen im 1-D Kasten
    7. Teilchen im endlichen Potentialtopf
    8. Tunneleffekt
    9. Harmonischer Oszillator
  7. Wasserstoffatom
    1. Energieniveaus (Grobstruktur)
    2. Wellenfunktion
    3. Bahndrehimpuls
    4. Magnetisches Moment
    5. Normaler Zeeman-Effekt
    6. Stern-Gerlach Versuch
    7. Elektronenspin
    8. Einstein-deHaas Effekt
    9. Spin-Bahn-Kopplung (Feinstruktur)
  8. Vielelektronensysteme
    1. Vielelektronensysteme
    2. Periodensystem
  9. Subatomare Physik
    1. Terminologie, Kerneigenschaften, Bindungsenergie, Kernniveaus, Kernspin, Kernmodelle
    2. Radioaktiver Zerfall
    3. Wechselwirkung von Teilchen mit Materie, Dosimetrie
  10. Elementarteilchen
    1. Klassifikation
    2. Energieerhaltung
    3. Quarkmodell
    4. Standardmodell der Elementarteilchen

Einführung in die Physik IV

Aus dem Curriculum Bachelor Physik der Universität Wien (beschlossen 2007)

Lernziele:
Erwerb von Grundkenntnissen der statistischen Physik und der Physik der kondensierten Materie. Inhalte umfassen: Boltzmannfaktor, ideales Gas, Quantenstatistik (Fermi, Bose), Moleküle (chemische Bindung, Spektroskopie), kristalline und amorphe Festkörper (Strukturen, Phononen, Dispersionsrelation, Bändermodell, Gläser), weiche Materie (einfache Flüssigkeiten, Flüssigkristalle, Polymere), Nanomaterialien. Nach Möglichkeit werden die Inhalte durch Experimente veranschaulicht. LV: 8ECTS (6VO + 2UE)

Folgende Inhalte wurden von Professor Wolfgang Pfeiler Vorgetragen, wurden von Georg Kopsky in einem Skriptum zusammengefasst und überarbeitet Skriptum (Stefanitsch u. Bahr). Diese Artikel behandeln die Themen etwas ausführlicher.

  1. Statistische Physik
    1. Random Walk
    2. Mittelwertbildung beim Random Walk Problem
    3. Varianz beim Random Walk Problem
    4. Wahrscheinlichkeitsverteilung für große N
    5. Gauß'sche Wahrscheinlichkeitsverteilung
  2. Thermodynamik
    1. Hauptsätze
    2. Thermodynamische Prozesse
    3. Entropie
    4. Thermodynamische Grundgrößen
    5. Die thermische Zustandsgleichung
  3. Statistische Mechanik
    1. Ensemble
    2. Postulate
    3. Mikrokanonisches Ensemble
    4. Kanonisches Ensemble
    5. Großkanonisches Ensemble
    6. Fluktuationen
    7. Das einatomige ideale Gas
    8. Fermi-Dirac Statistik
    9. Bose-Einstein Statistik
    10. Chemische Reaktionen
  4. Festkörperphysik
    1. Bindungen
      1. Elektronenaffinität
      2. Elektronegativität
      3. Ionenbindung
      4. Kovalente Bindung
      5. Hybrid Orbitale
      6. Van der Waals Bindung
      7. Wasserstoffbrückenbindung
    2. Bravaisgitter
    3. Kristallstrukturen
    4. Ionenkristalle
    5. Reziproker Raum
    6. Röntgenbeugung am Kristall
    7. Phononen
      1. Frequenzspektren und -dichte
      2. Einstein Modell
      3. Debye Modell
    8. Wärmekapazität


Deterministisches Chaos I: Nichtlineare Prozesse in den Naturwissenschaften

  1. Diffenezialgleichungen
    1. Lineare Systeme
    2. Nichtlineare Differentialgleichungen
    3. Bifurkationen auf der Linie
    4. Nichtlineare Systeme
    5. Hartman-Grobman-Theorem
    6. Grenzzyklen
    7. Bifurkationen in der Ebene
    8. Glykolytischer Oszillator
    9. Brusselator
    10. Genetic Switch
  2. Abbildungen
    1. Differenzengleichungen
    2. Poincare Abbildungen
    3. Floquet - Stabilität von Abbildungen
    4. Logistische Gleichung
    5. Intermittenz
    6. Universalität
    7. Liapunov Exponent
  3. Rössler System - The Big Picture

Deterministisches Chaos II: Chaos und Irreversibilität in den Naturwissenschaften

  1. Nosé Hoover Thermostat

Mathematische Methoden der Physik II

    1. Eigenfunction Method
    2. Series Solution of ODEs
    3. Green's Theorem
  1. Transforms
    1. Gamma Function
    2. From the Power Series to the Laplace Transform
    3. Fourier Series
    4. Double Fourier Series
    5. Convolution
  2. Special Functions
    1. Bessel's Differential Equation
    2. Orthogonality
  3. Partial Differential Equations
    1. Positive Definiteness
    2. Transport Equation - Method of characteristics
    3. Wave Equation
    4. Separation of Variables
    5. Wave Equation 2D
    6. Transformation of PDE derived Bessel's eqn into standard form
    7. General Method of Characteristics
    8. Laplace's Equation
    9. Poisson's Equation
    10. Integral Transform Method
    11. Vibrations of a Drumhead
    12. Greens Function for PDEs

Theoretische Physik I - Klassische Mechanik

  1. From Aristotle to Newton
    1. Reversible Discrete Dynamics
    2. Aristotelian physics
    3. Newton's Laws
    4. Inertial System
  1. The Lagrangian Method
    1. Degrees of Freedom
    2. Variational Calculus
    3. Fermat's Principle
    4. The Principle of Least Action
    5. A Point Charge in the Electromagnetic Field
    6. Non-uniqueness of the Lagrange Function
    7. Invariance of Euler-Lagrange Equations and Conserved Quantities
    8. Galilean Transformation
    9. Lagrangian of a Free Particle
    10. Gauge Theory
  2. Two-Body Problem
    1. Two Particle System
    2. One Dimensional Equations of Motion
    3. Central Forces
    4. Kepler Problem
  3. Rigid Bodies
    1. N Particle Rigid Body System
    2. center-of-mass Theorem
    3. Moment of Inertia
    4. Steiner's Theorem
    5. Angular Momentum
  4. Hamilton Formalism
    1. Hamilton Function
    2. Legendre Transformation
    3. Hamilton's Equations of Motion
    4. Harmonic Oscillator
    5. Poisson Brackets
    6. Liouvilles Theorem
    7. Entropie and Shannon Information
    8. Canonical Transformations
    9. Hamilton vs. Lagrange


Theoretische Physik II - Quanten Mechanik

  1. Quantum Mechanics - A Historical Survey
  2. Interference
  3. Multiple Beam Interference
  4. Diffraction at a Slit
  5. Double Slit
  6. Hilbert Space
  7. Vector Space
  8. Inner Product Space
  9. Gram-Schmidt and Projections
  10. Postulates
  11. Representations
  12. Change of Basis
  13. Overlap of Canonically Conjugate Variables
  14. Schrödinger Equation in Position Space
    1. Particle in a 1-D Box
    2. Particle in a Potential well
    3. Tunneling
  15. Heisenberg's Microscope
  16. Uncertainty Principle
  17. Schrödinger vs. Heisenberg Picture
  18. Probability Current and Continuity Equation
  19. QM Linear Harmonic Oscillator
  20. Operator Algebra