Physik 2: Schwingungen, Elektromagnetismus,

In dieser Zweitsemestervorlesung werden die Grundkonzepte des Elektromagnetismus sowie der Schwingungs- und Wellenlehre vermittelt. Das Ziel der Vorlesung ist, die Kompetenz der Studierenden nach dem 1. Semester auf die erwähnten Gebiete zu erweitern und das physikalische Basiswissen sicherzustellen, welches für das Verständnis der Elektrotechnik, der Akustik und der Optik erforderlich ist.

Ladungen, stationäres elektrisches Feld:

Elektrische Ladung und Aufladung, Coulombkraft als Fernwirkungskraft, Definition E-Feld als Kraftgrösse und Feldlinien, E-Feld von Punktladungen und Ladungsverteilungen, Metalle im stationären elektrischen Feld

Elektrisches Potential:

Elektrisches Potential als energetische Grösse, elektrische Spannung, Arbeit im E-Feld, Berechnung des E-Felds aus dem elektrischen Potential in einer Dimension, Äquipotentialflächen

Anwendungen E-Feld: Strom und Kondensator:

E-Feld und Spannung als treibender Mechanismus für Stromfluss, Kondensatoren, Dielektrika und elektrische Dipole, Energie im E-Feld

Magnetfelder:

Magnetische Kraft auf bewegte Ladungen und Strom, Magnetische Feldlinien, Magnetisches Dipolmoment und Permanentmagnete, das Magnetfeld von geraden Leitern und Spulen, Magnetismus in Materie

Induktion:

Gesetz von Faraday und Lenzsche Regel, Selbst- und Gegeninduktion, im Magnetfeld gespeicherte Energie, Transformatoren und Elektromotoren

Wechselstrom:

Impedanz, Schwingkreise, Resonanz

Die Studierenden

• kennen die Definition des elektrischen Felds als Kraftgrösse und des elektrischen Potentials als energetische Grösse und können für einfache zweidimensionale Ladungsverteilungen den Feldlinienverlauf sowie den Verlauf der Äquipotentiallinien qualitativ korrekt skizzieren
• können korrekt einfache Berechnungen mit E-Feldern, dem elektrischen Potential und der elektrischen Energie durchführen, sowie aus eindimensionalen Potentialverläufen das E-Feld berechnen.
• können korrekt die magnetische Kraft auf bewegte Ladungen und stromdurchflossene Leiterstücke berechnen und kennen das Magnetfeld von langen, geraden Leitern sowie Spulen(anordnungen).
• kennen das Induktionsgesetz von Faraday und die Lenzsche Regel und können qualitativ und quantitativ korrekt Induktionsvorgänge bewerten.
• können mit Impedanzen von elektrischen Wechselstromkreisen rechnen und einfache Aufgaben von LC- und LCR-Reihenkreisen lösen