HT03 Physik

HT03 Physik

Dozent:    Prof. Dr.

Ziel:

Anhand der Grundlagen der klassischen Physik werden insbesondere dynamische Vorgänge der Mechanik behandelt. Die Newtonschen Gesetze und die Erhaltungssätze werden auf Rotationsvorgänge, Strömungsprobleme und Schwingungen angewendet. Die Schwerpunkte der Wärmelehre sind Wärmetransport und Wärmekraftmaschinen. Die Elektrizitätslehre beschränkt sich auf Elektrostatik, Gleich- und Wechselstrom und Magnetismus

Inhalt:

• Physikalische Größen, Einheiten, Kinematik: Länge, Zeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung

• Bewegung mit konstanter Beschleunigung, Senkrechter Wurf x-t; v-t; a-t Diagramm

• Kinematik der Rotation: Bogenlänge, Winkel im Bogenmaß; Bahngeschwindigkeit, Winkelgeschwindigkeit, Bahnbeschleunigung, Winkelbeschleunigung

• Gleichmäßig beschleunigte Rotation, Gleichmäßige Rotation; Kreisfrequenz, Frequenz, Periode, Umlaufzeit

• Überlagerung von Bewegungen, Vektoren, Bahnkurve, Kreisbahn

• Krummlinige Bewegung, Radialbeschleunigung, Dynamik: Die Newtonschen Axiome

• Schwerkraft, elastische Kraft, Trägheitskraft, Zentrifugalkraft, Zentripetalkraft, Corioliskraft, Reibungskräfte

• Schiefe Ebene, Fallmaschine, Seilspannung. Arbeit: Hubarbeit, Beschleunigungsarbeit, Reibungsarbeit, Spannungsarbeit,

• Mittlere und momentane Leistung, Potentielle Energie, elastische Energie, kinetische Energie, Energieerhaltungssatz

• Impuls, Impulserhaltungssatz, Kraftstoß, elastischer Stoß, inelastischer Stoß

• Rotationsdynamik: Drehmoment, Massenträgheitsmoment, Reifen, Scheibe, 2. Newtonsches Axiom für die Rotation

• Trägheitstensor, Satz von Steiner, reduzierte Masse, Rotation + Translation kombiniert; Maxwellsches Rad; Rotationsenergie

• Drehimpuls, Drehmomentenstoß, Drehimpulserhaltungssatz, Kreisel, Präzession

• Harmonische Schwingung: Kraft-Weg-Beziehung, Bewegungsgleichung, Eigenschaften

• Federpendel, Fadenpendel, Torisionspendel, gedämpfte harmonische Schwingung, Aperiodischer Grenzfall, Erzwungene Schwingung, Resonanz, Frequenzspektrum

• Mechanikruhender und strömender Flüssigkeiten und Gase: Druck, Schweredruck, hydrostatisches Paradoxon

• Inkompressible, kompressible Substanz, hydraulische Presse, kommunizierende Röhren, Schlauchwaage, statischer Auftrieb, scheinbares Gewicht

• Druckmessung, ideales und reales Fluidum, Strömungsfeld, laminere Strömung, turbulente Strömung

• Kontinuitätsgleichung, Navier-Stockes´sche Gleichung, Volumenstrom, Bernoullische Gleichung, Venturi-Düse

• Querkraft, dynamischer Auftrieb, Impulskraft, Rohrkrümmer, Druckmessung: Statischer Druck, dynamischer Druck, Gesamtdruck

• Reales Fluidum, Reibungswiderstand einer Platte, einer Kugel (Stokes´sches Gesetz), Reibungswiderstand im Rohr

• Grenzschicht, Newtonsches Fluidum, Hagen-Poisenillesches Gesetz

• Turbulenz, Druckwiderstand, Strömungswiderstand, Widerstandsbeiwert, Reynoldsche Zahl, kritische Reynoldsche Zahl, Ähnliche Strömungen, Rohrreibungszahl

• Pumpen: Pumpleistung, Druckbilanz in Rohrleitungen, Förderhöhe, Verlusthöhe

Stützkurs   Angewandte Physik  
1. Semester       

• Fehlerrechnung: Absoluter, relativer Fehler, systematischer Fehler, Gaußsche Fehlerkurve, Standardabweichung, Fehlerabschätzen, Fehlerfortpflanzung, graphische Fehlerbestimmung.

• Kinematik, Geschwindigkeit, Beschleunigung, die gleichförmig beschleunigte Bewegung

• Rotationskinematik, Wurf von Turm, Kreisbahn, Kreisfrequenz, Seiltrommel

• Trägheitskräfte, Hammerschlag, Reibung an schiefer Ebene, Auto, Drahtdehnung

• Federpendel, Prüfmethode für Polstermöbel, Drehschwingung, Energiesatz

• Ventilator, elastischer Stoß, rollende Kugel, Fundamentschwingung einer Maschine

• Schleifscheibe, Reibungsmoment, Leistungsaufnahme, Stabpendel, Leistung und Arbeit

• Kolbenkraft, Schwingung in U-Rohr, Pranl´sches Staurohr, hydrodynamisches Paradoxon

• Pumpen: Druckbilanz, Förderleistung, Druckabfall, vertikale-, horizontale Rohrführung, Verluste, Wirkungsgrad

• Rechnung von Prüfungsaufgaben

• Ausströmen aus Druckbehälter, Abbremsen durch Luftwiderstand, Hebelpendel, Ölschicht auf schiefer Ebene

• Rechnung von Prüfungsaufgaben

2. Semester

• Wärme, Edelgas, Temperatur, Gaskinetik des Drucks, Gasthermometer, absolute Temperatur

• Temperaturausmessung: elektrisch, Ausdehnungsthermometer, Thermoelement, Thermokraft, Newtonsches Abkühlungsgesetz

• Spezifische Wärmekapazität, Temperaturabhängigkeit, Erwärmung, Grundgleichung der Kalorimetrie, Mischungskalorimeter

• Erster Hauptsatz, Innere Energie, Ausdehnungs- und Kompressionsarbeit, Adiabatische, Isotherme, Isobare Zustandsänderungen

• Ideales Gas, Zustandsgleichung, Molvolumen, Boyle-Mariotte, Ausdehnungskoeffizient, Spannungskoeffizient

• Innere Energie des idealen Gases, spezifische Wärmekapazität des idealen Gases, Gleichverteilungssatz, Dulong-Petitsche Regel

• Kompressionsarbeit: adiabatisch, isobar, isotherm. Poisson Gleichungen, Adiabatenexponent, Polytrope Zustandsänderungen

• Reale Gase, Aggregatzustände, P-V Zustandsdiagramm (von H2O), Dampf kritischer Punkt, kritische Isotherme, kritische Temperatur

• Kritischer Druck, Tripelpunkt (H2O), Siedelinie, Taulinie, Sattdampf, Sättigungsdampfdruck, Schmelzwärme, Kondensationswärme

• Sublimation, Trockeneis, Clausius-Clapeyron, Schmelzen, Sieden, Verdunsten, Hygrometrie, Luftfeuchte

• Van der Walsche Zustandsgleichung, Gasverflüssigung, Enthalpie. Technische Arbeit des idealen Gases, Maschinen mit strömenden Arbeitsgas (Kompressor, Luftdruckmotor)

• Bernoullische Gleichung für ideales Gas. Ausströmen aus einem Kessel. Der 2. Hauptsatz

• Entropie, Temperaturausgleich, Gasausdehnung, Diffusion, Gasgemisch, reversible und irreversible Prozesse, T-S Diagramm

• Statische Deutung der Entropie, Perpetuum Mobile 2. Art, Wärmekraftmaschinen, thermodynamischer Wirkungsgrad

• Carnot-Prozeß, effektiver Wirkungsgrad, Otto-Prozeß, Wärmepumpe

• Wärmetransport. Instationäre- und stationäre Wärmeleitungsgleichung, Wärmestrahlung, Stefan-Boltzmannsches Gesetz

• Stationäre Wärmeleitung durch Rohr, durch Wand, Wärmedurchlaßkoeffizient, Wärmeübergangskoeffizient, k-Wert, graphische Methode

• Elektrische Ladung, Coulombsches Kraft-Gesetz, elektrische Feldkonstante, Elementarladung, Ladungshaltungssatz, Ladungsdichte

• Elektrisches Feld, Homogenes Feld, Feld einer Punktladung, Dipol, Potential, Spannung

• Elektrische Ladung auf Metallen, entelektrisierendes Feld, Influenz, Faraday-Käfig, elektrische Verschiebungsdichte, Kapazität, Plattenkondensator

• Serien- und Parallelschaltung von Kondensatoren, Energie des elektrischen Feldes, Isolatoren im elektrischen Feld

• Elektrisches Moment, Polarisation, elektrische Suszeptibilität, Dielektrizitätszahl, Dielektrika, Paraelektrika, Ferroelektrika, Orientierungs- und Verschiebungspolarisation

• Stationärer elektrischer Strom, Leistung, Drehspulgalvanometer, Weicheiseninstrument, Voltmeter, Amperemeterschaltungen, Ohmsches Gesetz, Nicht-ohmsche Widerstände, Leitfähigkeit, Spannungsteilung, Spannungsabfall

• Kirchhoffsche Gesetze, Parallel- und Serienschaltung von Widerständen, Batterie, Innerer Widerstand, Klemmenspannung, Magnetfeld elektrischer Ströme, Lorentzkraft

• Magnetisches Feld, eines Leiters, einer Spule, Durchflutungsgesetz, magnetische Spannung, Induktion am Leiterbügel, Lenzsche Regel

• Induktionsgesetz, Wechselspannung, Spannungsstoß, Ein- und Ausschalten von Strömen, Selbstinduktion, Induktivität, elektromagnetisches Feld

• Magnetostatik: magnetisches Moment (Spule, Elektronen, Übergangselemente) Magnetisierung, magnetische Polarisation, magnetische Suszeptibilität, Toroid, Dia-, Para-, Ferromagnetismus, magnetische Bereiche, Entmagnetisierungsfaktor, Ummagnetisieren, Luftspalt

• Wechselspannung, Wechselstrom, (komplex) Zeigerdiagramm für Strom- und Spannung, Phasenwinkel, Wechselstromwiderstände, Impedanz, Scheinwiderstand, Wirkwiderstand, Blindwiderstand, Widerstandszeigerdiagramm,

• Induktiver, Kapazitativer Blindwiderstand, Serienschaltung von Wechselstromwiderständen, Parallelschaltung

• Wirkstrom, Blindstrom, Admittanz, Scheinleitwert, Parallelresonanz, Schein-, Blind-, Wirkleistung

Inhalte von Praktika oder Übungen
1. Semester

• Die gleichförmig beschleunigte Rotation ( Reifenapparat, Lochscheibe, Hantel ), 2. Newtonisches Axion für die Rotation, Massenträgheitsmoment, theoretisch und experimentell; Reibung, graphische Fehlerbestimmung, Fehlerfortpflanzung, doppellogarythmisches Auftragen

• Vertikales Federpendel, effektive Masse, Schwingungsdauer, Hookesches Gesetz, Federkonstante statisch und dynamisch, graphische Fehlerbestimmung, Steinerscher Satz, Drehschwingung, Direktionsmoment, Massenträgheitsmoment von Massivzylinder, Holzzylinder, Kugel, Fehlerfortpflanzung

• Elastischer Stoß ( Luftkissenbahn ): Theoretisch und Experimentell, ( m1 = m2 ; m1 > m2 ; m1 < m2 ), Luftwiderstand: Bestimmung des Widerstandbeiwertes eines Zylinders, quadratisches Auftragen, graphisch auswerten und graphische Fehlerbestimmung

• Rohrströmung: - Modell 1 Hagen Poisenille Gleichung - Modell 2 Bernoullische Gleichung - Modell 3 Druckverlust durch Turbulenz - Kritische Strömungsgeschwindigkeit - Reynoldsche Zahl

• Elastische Konstanten: Zugversuch an Drähten, E-Modul, Torsion von Drähten: Torsionsmodul, graphische Auswertung und Fehlerbestimmung, Biegung von Holz, Stahl, Aluminiumstäben, Überprüfung des Biegungsgesetzes, E-Modul, doppelalgorithmisches Auftragen, Abhängigkeit der Durchbiegung von Höhe, Breite und Länge der Stäbe

• Pohlsches Rad: Erzwungene Schwingung, Resonanz, gedämpfte Schwingung, Erregerfrequenz, Eigenfrequenz, Resonanzkurve, Maxwellsches Rad: Rotation + Translation, Massenträgheitsmoment, physikalisches Pendel

2. Semester

• Messen mit Thermoelement, Eichen, Thermokraft, Abkühlen einer Platte, Kirchhoffsches Strahlungsgesetz, Wärmestrahlung. Abkühlen von Zinn, Schmelzpunkt, Haltepunkt

• Reale Gase: Bestimmung der kritischen Temperatur und des kritischen Druckes von C2H6 und SF6, Bestimmung der kritischen Isotherme, Bestimmung der Verdampfungsenthalpie, Verflüssigung von Gasen, Aufnahme des p-V-Zustandsdiagramms, Bestimmung der van-der-Waal´schen Konstanten

• Bestimmung der Adiabatenexponenten von Argon und Luft nach Clement-Desormes und mit Hilfe einer (adiabatischen) Schwingung, Viskosimeter: Platte wird durch Öl gezogen: Abhängigkeit des Reibungswiderstands von Trogbreite, Plattengröße und Geschwindigkeit, Bestimmung der Viskosität von Öl

• Der Stirling-Motor, Stirling Kreisprozeß, theoretischer Wirkungsgrad, Messung des effektiven Wirkungsgrades, elektrischen Wirkungsgrades, mechanischen Wirkungsgrades, Messung der Heizleistung einer Spiritusflamme, Abhängigkeit der Motorleistung von der mechanischen und elektrischen Belastung, Abhängigkeit der Drehzahl von der Belastung

• Wasserdampf: Sättigungsdampfdruckkurve, Taupunkt, Taupunkthygrometer, Wärmeleitung von Holz und PVC, Thermisches Gleichgewicht

• Ohmsches Gesetz und Nicht-Ohmsche Widerstände, Kennlinien, Messung von Gleichstrom- und Spannung mit Multivoltmeter, Messung von Wechselströmen- und spannungen mit Oszilloskop, Frequenzmessung, Spitzen- und Effektivwerte, Wechselstromwiderstand einer Kapazität, einer Induktivität, Wechselstromverhalten eines RC-Kreises, eines RL-Kreises: Messung der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, Serienresonanz, Parallelresonanz: Aufnahme der Resonanzkurve