Experimentalphysik an der Universität Erlangen-Nürnberg

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Überlagerung von Wellen

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Welche 2 Arten der Bewegung auf der atomaren Skala gibt es?

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Warum können Systeme mit so vielen Freiheitsgraden  überhaupt beschrieben werden?
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Welche zwei Arten von Mittelwerten gibt es?

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Wodurch werden Mikro- und Makrozustand festgelegt?

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Was beschreibt die Ergodentheorie?

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Welche Gleichgewichtssituationen werden in der statistischen Physik behandelt?
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Welche Nichtgleichgewichtssituationen werden in der statistischen Physik behandelt?

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Was ist ein abgeschlossenes System?

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Was ist ein irreversibler Prozess?

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Wie ist die Energie in abgeschlossenen Systemen verteilt?
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Warum wird ein schwingendes Pendel gedämpft?

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Experimentalphysik

Überlagerung von Wellen

Superpositionsprinzip

Amplituden addieren sich algebraisch

Intensietät nicht, da I ~ A^2

Experimentalphysik

Welche 2 Arten der Bewegung auf der atomaren Skala gibt es?
  • Quantenmechanisch
  • Klassisch

Übergang für De Broglie-Wellenlänge << mittlerer Abstand

Experimentalphysik

Warum können Systeme mit so vielen Freiheitsgraden  überhaupt beschrieben werden?
Laut dem „Gesetz der großen Zahlen“ werden die relativen Schwankungen mit mehr Freiheitsgraden kleiner und man kann quasi deterministische Gesetzmäßigkeiten finden.

Experimentalphysik

Welche zwei Arten von Mittelwerten gibt es?
  • Zeitmittel: Mitteln über die Zeit
  • Mittel über viele „identische“ Systeme

Experimentalphysik

Wodurch werden Mikro- und Makrozustand festgelegt?
Mikrozustand:
  • Quantenmechanik: Vielteilchenwellenfunktion/ Hamiltonoperator
  • Klassische Mechanik: 6N Anfangsbedingungen /Hamiltonfunktion

Makrozustand:
  • Präparationsvorschriften

Experimentalphysik

Was beschreibt die Ergodentheorie?
Wann die Beschreibung eines Systems zu verschiedenen Zeiten Realisierung der verschiedenen Systeme eines statistischen Ensembles ist. In diesem Fall entspricht der Zeit- dem Ensemblemittelwert.

Experimentalphysik

Welche Gleichgewichtssituationen werden in der statistischen Physik behandelt?
  • Einfache thermodynamische Zusammenhänge von Gasen
  • Magnetische Eigenschaften von Festkörpern
  • Phasenübergänge (z.B. fest-flüssig-gasförmig oder magnetisch-nichtmagnetisch)

Experimentalphysik

Welche Nichtgleichgewichtssituationen werden in der statistischen Physik behandelt?
  • Lineare Antworttheorie (Störungen mit kleiner Amplitude) vs. „echtes“ Nichtgleichgewicht
  • Relaxation abgeschlossener Systeme vs. durch äußere Störungen getriebene Systeme

Experimentalphysik

Was ist ein abgeschlossenes System?
  • Isoliert: nicht mit anderen Systemen in Kontakt
  • Nicht gestört: lange sich selbst überlassen

Experimentalphysik

Was ist ein irreversibler Prozess?
Ein Prozess, bei dem die zeitliche Umkehr so gut wie nie vorkommt

Experimentalphysik

Wie ist die Energie in abgeschlossenen Systemen verteilt?
Da E_pot << E_kin gilt E = E_kin. Die meisten Konfigurationen gibt es, wenn die meisten Teilchen eine Energie von ca. E/N haben, d.h. bei diesem Wert bildet sich ein Maximum aus.

Experimentalphysik

Warum wird ein schwingendes Pendel gedämpft?
Das System strebt in einen ungeordneten Zustand, sodass die große Energie des Pendels auf die Gasmoleküle übertragen wird, bis es makroskopisch ruht.

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