Theoretical Physics 3 - Interactive curriculae of TU Ilmenau

Erwünscht sind Grundkenntnisse der Elektrodynamik wie sie in der Vorlesung "Elektrizitätslehre und Optik" gelehrt werden sowie vertiete mathematische Kompetenzen, wie sie in der Vorlesung Quantenmechanik 1 vermittelt und im Fach DGL und Fouriertransformation werden. Analoges gilt für Vorkenntnisse aus der Thermodynamik, um den statistischen Zugang zu ermöglichen. Für den Simulationskurs sind Programmierkenntnisse gemäß dem Modul Theoretische Physik 1 vorausgesetzt.

Die Studierenden können nach der Vorlesung elektrodynamische Phänomene von der Elektrostatik bis zur Lichtausbreitung analytisch beschreiben und numerische Simulationstools verstehen. Sie verstehen die methodische Nähe vor allem zur Quantenmechanik und zur analytischen Mechanik.
Des weiteren verstehen die Studierenden, dass die statistische Betrachtungsweise von Systemen mit vielen Freiheitsgraden zu experimentell verifizierbaren Ergebnissen führt. Sie kennen die Statistische Physik als mikroskopische Grundlage der Thermodynamik. Sie haben ein gutes Verständnis des Ensemblebegriffes und von Erwartungswertbildung.
Durch den Simulationskurs sind die Studierenden befähigt, physikalische Probleme zu erfassen, zu verstehen und so aufzubereiten, dass eine Modellierung ein quantitatives Verständnis des Sachverhaltes ermöglicht.
Während der Vorlesungen haben die Studierenden wichtige Methoden kennengelernt und verstanden und sind in der Lage, diese in den Übungen zu trainieren und zu verwenden. Sie können sich gegenseitig durch Fragen helfen, das Verständnis der Lehrinhalte zu vertiefen.

Elektrostatik: Coulomb-Potential, Dipolfelder und Multipolentwicklung, Green´sche Funktionen, Stetigkeitsbedingungen, Flächenladungen, Maxwell-Gleichung in Gesamtsicht;
Magnetstatik: Biot-Savart-Gesetz
Elektrodynamik: Welle Gleichung, Strahlen- und Wellenoptik, Nahfeldoptik, Plasmonen;
Ausblick: Eichfreiheit, relativistisch kovariate Formulierung, Ankopplung an Quantensysteme

Statistische Begründung der thermodynamischen Konzepte und der thermodynamischen Potentiale;  Statistische Gesamtheiten; Lagrange Parameter; Kanonische Verteilung; Besetzungsfunktionen; ideale Gase; Quantengase; Grundzüge der Quantenstatistik, wechselwirkende Systeme; Mean-field-Theorie; Kritische Exponenten; Einführung in den Magnetismus

Simulation eines selbst gewählten physikalischen Problems

vorwiegend Tafel, auch Beamer-Präsentationen und Hand-outs

Jackson; Dreizler; Nolting und andere Lehrbücher der Elektrodynamik

Lehrbücher der statistischen Physik (große Auswahl geeigneter Bücher existiert, deutsch und englisch, z. B.: Brenig, Greiner, Ma, Reichl, Schwabl)

• schriftliche Studienleistung mit einer Wichtung von 20% (Prüfungsnummer: 2400680)
• mündliche Prüfungsleistung über 45 Minuten mit einer Wichtung von 80% (Prüfungsnummer: 2400681)

Darstellung der Ergebnisse in Form eines Papers.

Die eigenständige Bearbeitung von Übungsaufgaben und die Präsentation der Lösungen ist Teil des Kompetenzerwerbs und wird bewertet. Fehlende Punkte können in einer Semesterabschlussklausur erworben werden.