phy044 - Experimental Physics IV (Structure of Matter) (Complete module description)

phy044 - Experimental Physics IV (Structure of Matter) (Complete module description)

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Module label Experimental Physics IV (Structure of Matter)
Modulkürzel phy044
Credit points 6.0 KP
Workload 180 h
Institute directory Institute of Physics
Verwendbarkeit des Moduls
  • Dual-Subject Bachelor's Programme Physics (Bachelor) > Aufbaumodule
  • Erweiterungsfach Gymnasium Physik (Extension tray) > Module
  • Master of Education Programme (Special Needs Education) Physics (Master of Education) > Mastermodule
  • Master of Education Programme (Vocational and Business Education) Physics (Master of Education) > Mastermodule
Zuständige Personen
  • Schäfer, Sascha (module responsibility)
  • Kittel, Achim (Prüfungsberechtigt)
  • Lienau, Christoph (Prüfungsberechtigt)
  • Nilius, Niklas (Prüfungsberechtigt)
  • Peinke, Joachim (Prüfungsberechtigt)
  • Schäfer, Sascha (Prüfungsberechtigt)
  • Reuter, Rainer (Prüfungsberechtigt)
  • Schneider, Christian (Prüfungsberechtigt)
  • Wollenhaupt, Matthias (Prüfungsberechtigt)
Prerequisites
Empfehlungen: Experimentalphysik I bis III, Mathematische Methoden der Physik
Skills to be acquired in this module
Die Studierenden erlernen im ersten Teil die grundlegenden Prinzipien der phänomenologischen Thermodynamik einschließlich der Anwendungen auf dem Gebiet der Maschinen, sowie der mikroskopischen Thermodynamik und Statistik. Die Grundprinzipien werden auch anhand von Schlüsselexperimenten vermittelt, die auch in ihrer späteren Berufspraxis in der Schule eine Rolle spielen. Im zweiten Teil erwerben die Studierenden Kenntnisse über Phänomene der Festkörperphysik (Halbleiterphysik, Photovoltaik, Tieftemperaturphysik, Supraleitung). Sie erlangen Fertigkeiten zur Anwendung grundlegender Methoden und Prinzipien der Beschreibung von Festkörperphänomenen (Symmetrien, reziproker Raum, Modenspektren, Wechselwirkungen, starke und schwache Elektronenbindung, makroskopische Quantenphänomene, Beschreibung der Störung der periodischen Gitterstruktur). Sie bauen Kompetenzen zur Erfassung der Funktion von technisch relevanten Bauteilen als eine Grundlage der Vermittlung im Berufsfeld Schule. Außerdem erlangen sie Kompetenzen zur gesellschaftspolitischen Einordnung der Konsequenzen von physikalischer Forschung.
Module contents
Teil 1: Thermodynamische Zustandsgrößen, Hauptsätze der Thermodynamik, ideale und reale Gase, irreversible Zustandsänderungen, Kreisprozesse, Aggregatzustände, offene Systeme und Phasenübergänge, Wärmeleitung und Diffusion, statistische Ansätze für Gleichverteilung im Volumen, Entropieänderungen, kinetische Gastheorie, Boltzmann-, Fermi-Dirac- und Bose-Einstein-Statistik, Maxwell Verteilung, Planckscher Strahler.
Teil 2: Kristallstrukturen und Symmetrien, Bravais-Gitter, Translationssymmetrie und reziprokes Gitter, Bindungsenergien und Bindungstypen (kovalente, ionische, van der Waals, metallische und Wasserstoffbrücken-Bindung), Dynamik der Kristallgitter, Phononen, spez. Wärme, Wärmeleitung und Umklapp-Prozesse, Elektronen in Festkörpern, quasifreies Elektronengas, Zustandsdichten und Ferminiveau, Elektronen im periodischen Potential, Blochtheorem, Bänderschema, Metalle/Isolatoren, neue Materialien
Literaturempfehlungen
- W. Demtröder: Experimentalphysik, Band 3: Atome, Moleküle, Festkörper. Springer, Berlin, BIS, 2006
- St. J. Blundell, K. M. Blundell: Concepts in Thermal Physics, Oxford University Press, Oxford, BIS, 2009
- M. W. Zemansky, R. H. Dittman: Heat and Thermodynamics. McGraw-Hill, New York, BIS, 1997
- C. Kittel, H. Krömer: Physik der Wärme. Oldenbourg, München, BIS, 2001
- N. W. Ashcroft, N. D. Mermin: Festkörperphysik. Oldenbourg, München, BIS, 2012
- H. Ibach, H. Lüth: Festkörperphysik. Springer, Berlin, BIS, 2008
- S. Hunklinger: Festkörperphysik, Oldenbourg, München, BIS, 2011
- K. Kopitzki: Einführung in die Festkörperphysik. Teubner, Stuttgart, BIS, 2012
Links
Language of instruction German
Duration (semesters) 1 Semester
Module frequency jährlich
Module capacity unlimited
Form of instruction Comment SWS Frequency Workload of compulsory attendance
Lecture 4 SoSe 56
Exercises 2 SoSe 28
Präsenzzeit Modul insgesamt 84 h
Examination Prüfungszeiten Type of examination
Final exam of module
KL