Experimentalphysik | Vordiplom | Physik | Universität Dortmund

Experimentalphysik | Physik

01.10.2003

Art der Hochschule:

Universität

Prüfungsort:

Dortmund

Studienfach:

Physik

Art der Prüfung:

Vordiplom

Prüfungsfach:

Experimentalphysik

Dauer:

20-30 Minuten

Note:

Konntest du mit einem selbst gewählten Thema beginnen?

keine Angabe

Versucht der Prüfer bei Schwierigkeiten zu helfen?

keine Angabe

Prüfungsablauf / Tipps

- Herr ***** fragt in der halben Stunde wirklich sehr viel, da er oft nur Stichworte hören will und dann sofort zur nächsten Frage übergeht. Die Atmosphäre ist aber trotzdem nicht hektisch, sondern eher locker und sehr beruhigend.
- es besteht die Möglichkeit, einen eigenen Vortrag zu Beginn zu halten; dies sollte man auch nutzen, um einen guten Einstieg zu finden.
- wichtig sind Experimente und Messmethoden; Gleichungen, Formeln etc. sind kaum gefragt
- Herr ***** prüft (auch nach Aussage anderer Prüflinge) hauptsächlich Optik, Quantenphysik und Thermodynamik. Mechanik, E-Dynamik und Relativitätstheorie kommen zwar auch vor, aber eher am Rande.
- Man muss nicht alles wissen, um eine 1,0 zu bekommen! (s.u.)

Prüfungsfragen

1.Thema (mit eigenem Vortrag): Termschema des H-Atoms und Spektrallinien

- Vortrag über das Termschema des H-Atoms:
naives H-Atom (En = -Ryd/n²), Feinstruktur (relativist. Korrektur), Lambshift (Strahlungskorrektur), Hyperfeinstruktur (WW mit Kern), vollständiges Termschema
- Wie kann man Aufspaltung exp. untersuchen? Spektrallinien, die aus Übergängen unter Beachtung der Auswahlregeln entstehen, vermessen
- Womit bestimmen sie denn die Wellenlänge? z.B. Prismenspektralapparat Funktionsweise? Wegen Dispersion ist Brechung wellenlängenabhängig => Brechungswinkel Maß für Wellenlänge
- Dispersionskurve? Unterschied normale/anomale Dispersion? normal: dn/dl < 0, anomal: dn/dl > 0
- Auflösungsvermögen? b*dn/dl (b:Basislänge)
- Womit könnte man es noch messen? Gitterspektrometer Auflösungsvermögen: wovon abhängig? Zahl der Spalte und Beugungsordnung
- Im Praktikum haben sie doch die Lummer-Gehrcke-Platte kennengelernt... Beschreibung? Vielstrahlinterferometer, überlagert durch Totalreflexion einige hunderttausend Strahlen => sehr scharfe Maxima Auflösung wovon abhängig? Zahl der interferierenden Strahlen und Beugungsordnung.
Dann erwähnte ich noch, dass die Messung der Hyperfeinstrukturaufspaltung wegen der Dopplerverbreiterung spez.Tricks erfordert, aber er meinte, dies führe zu weit...

2.Thema: Experimente zur QM

- Was für Experimente gaben denn Hinweise auf die Quantenphysik? Hmm, gab viele,... Wollte gerade mit Photoeffekt loslegen, da unterbricht er mich:
- Dann erzählen sie was zur Temperaturstrahlung und was Planck da beigetragen hat! Klassisch gilt Rayleigh-Jeans-Gesetz (aus E-Dynamik), gibt aber Widersprüche (UV-Katastrophe). Planck nahm an, dass Energie nur gequantelt aufgenommen werden kann, kam zur korrekten Strahlungskurve.
- Wie sieht die Kurve aus? Was ändert sich bei höherer Temperatur? nach dem Wienschen Verschiebungsgesetz geht Maximum zu höherer Frequenz; Maximum wird größer
- Wie messen sie denn die Oberflächentemperatur der Sonne? Intensitätsmaximum messen =>Verschiebungsgesetz Wo liegt Maximum? gelbes Licht Wellenlänge von gelbem Licht? ca. 550-580 nm
- gesamte Strahlungsleistung? proportional zu T4 (Stefan-Boltzmann-Gesetz)
- OK, nun was anderes... Wie kam man eigentlich auf den Spin? Stern-Gerlach-Versuch, selbigen ausführlich erläutern Warum Ag-Atome? Bahndrehimpuls sollte Null sein Warum ein inhomogenes Magnetfeld? in homogenem wirkt gar keine Kraft

3.Thema: Brechung

- was passiert mit E-Feld an einer Grenzfläche? Reflexion und Brechung
- wie kommt Brechung zustande? Lichtgeschwindigkeit im Medium kleiner; Winkel aus Huygensschem Prinzip
- Zusammenhang Brechungsindex Polarisierbarkeit? n = Öer
- Wie überprüfen sie denn exp., ob das CO2-Molekül ein Dipolmoment hat? Wusste ich erstmal gar nicht, bis er mich daran erinnerte, dass wir doch gerade von Polarisierbarkeit sprachen... Ach so: Polarisierbarkeit messen; wenn temperaturabhängig, dann Orientierungspolarisation, also permanente Dipole
- Brechungsindizes von Wasser und Diamant? ca. 1,3 bzw. ca. 2,5 Immer n > 1? Nein, die Phasengeschwindigkeit kann auch größer als c sein, dann n < 1 Kein Widerspruch zu Relativitätstheorie? Nein, da Signale nicht mit Phasen-, sondern mit Gruppengeschwindigkeit übertragen

4.Thema: Elektrodynamik

- Apropos Relativitätsth. ... Was wollte Einstein damit erklären? nannte erst das Michelson-Morley-Experiment; das meinte er aber nicht. Dann kam ich durch einen Tipp drauf, dass man wusste, dass die Maxwellgleichungen nicht galilei-invariant sind; man suchte eine Erklärung
- OK, Maxwellgleichungen frag ich jetzt nicht... Aber folgt daraus eigentlich die Ladungserhaltung? ja, über 4.Maxwellgleichung und die Lorentzkraft? erhält man aus Lorentz-Trafo der Coulombkraft
- wie kann man denn ein Magnetfeld messen? über Hallsonde; Lorentzkraft bewirkt Ladungstrennung, Hallspannung entsteht
Wovon hängt die Hallspannung ab? Strom, Dicke der Platte und Ladungsträgerkonzentration n Warum nimmt man wohl Halbleiter? in Metall ist n zu groß, daher Spannung zu klein (proportional zu 1/n !); in Isolator fließt kein Strom
- als Oersted das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters entdeckte hatte er noch keine Hallsonde... Richtig, daher Messung über schwingende Kompassnadel
- Und wie messen sie das E-Feld? Da stand ich total auf dem Schlauch und kam erst durch einen Tipp darauf, dass man einfach die Kraft auf eine Probeladung messen muss...

5.Thema: Kräfte und Massen

- Was sind denn Scheinkräfte? beruhen nicht auf WW, sondern auf beschleunigtem bzw. rotierenden Bezugssystem Beispiele? Corioliskraft, Zentripetalkraft
- Ist die Gravitation eine Scheinkraft? Hmm... Beruht auf WW, kann aber lokal wegtransformiert werden... Er meinte noch, dass deswegen in der ART sie tatsächlich eine Art Scheinkraft ist; so ganz klar geworden ist mir das nicht...
- Was sind schwere/träge Masse? Warum weiß man nicht a priori, dass sie gleich sind? Proportionalitätskonstanten in Gravitationsgesetz bzw. F=ma; verschiedene Gesetze, also nicht zwangsläufig gleich
Wie zeigt man, dass sie doch gleich sind? z.B. Atwoodsche Fallmaschine

6.Thema: Thermodynamik

- Wie kann man die Temperatur definieren? über Carnotschen Kreisprozess und Tripelpkt. des Wassers
Wie noch? über mittlere kin. Energie: Ekin = 3/2 kT
- Warum nicht mittl. Geschwindigkeit? wusste ich nicht; dann gab er den Tipp, doch mal ein Gasgemisch zu betrachten... Also vermutete ich mal, dass die Geschw. der Bestandteile verschieden, ihre kin.Energien aber gleich sind, was sich als richtig erwies. Warum das so ist weiß ich aber nicht...
- Welche Bedeutung hat der Carnotprozess noch? max.erreichbarer Wirkungsgrad
Kann es eine Maschine mit einem Wirkungsgrad von 99% geben? theoretisch ja; bei Carnotprozess müsste T2/T1 = 0,01 sein; in der Praxis aber kaum realisierbar
- Was ist ein Perpetuum mobile 2.Art? Maschine, die gegen den 2.Hauptsatz verstößt; selbigen in beiden Formulierungen nennen Angenommen, mein Auto wäre ein solches Perpetuum mobile 2.Art. Wie könnte man es dann antreiben? z.B. Abkühlen der Umgebung

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