Vorlesung Experimentalphysik III:

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Modul EP3 Modultitel Elektrizitätslehre 2/
Optik 1

• Vorlesung Experimentalphysik III
• Mo 9.15 10.45, GrHS
• Do 9.15 10.45, GrHS
• Übung Experimentalphysik III
• Mo 15.15 16.45, SR 218
• Mi 9.15 10.45, SR 221
• Mi 13.30 15.00, SR 218

Josef A. KäsAbteilung für die Physik weicher
Materie e-mail jkaes_at_physik.uni-leipzig.de
URL www.softmatterphysics.com Tel.
49-(0)341-9732471 mobile [phone]
Carsten SelleAbteilung für die Physik weicher
Materie e-mail selle_at_physik.uni-leipzig.de
URL www.softmatterphysics.com Tel.
49-(0)341-9732471

• Modul LA-EP3
• Vorlesung Experimentalphysik III
• Mo 9.15 10.45, GrHS
• Do 9.15 10.45, GrHS
• Übung
• Mi 9.15 10.45, SR 221

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• Inhalt
• Induktion. Wechselstrom, Impedanzen,
  Schwingkreise.
• Elektromagnetische Wellen und dynamische
  Maxwell-Gleichungen. Elektromagnetisches
  Spektrum. Wellenleitung. Radiowellen, Hertz'scher
  Dipol. Plasmen.
• Geometrische Optik, Brechung, Prisma, Linsen.
  Dispersion. Abbildungsfehler. Optische
  Instrumente, Auge und Photometrie,
  Mikroskoptheorie. Wellenoptik, Kohärenz und
  Interferenz. Optik dünner Schichten.
  Interferometer. Beugung, Spalt, Gitter und
  Auflösung. Holographie. Röntgenoptik und
  Kristallgitter. Raumfilter. Polarisierte Wellen
  und Kristalloptik.
• Relativitätstheorie.
• Fehlt vom letzten Semester Ladungsträger im
  Vakuum. Magnetfeld und Lorenzkraft.
• Kreisströme, Spulen, magnetischer Fluss.
  Magnetische Medien. Statische Maxwell-
• Gleichungen. Ladungen im Magnetfeld,
  Teilchenbeschleuniger.
• Literatur
• Berkeley Physik Kurs, Bd.4 Elektrizität und
  Magnetismus, Edward M. Purcell
• Lehrbuch der Experimentalphysik, Bd.3 Optik,
  Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Heinz Niedrig

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Prüfungsformen und leistungen

• Klausur 120 min, mit Wichtung 1
• Prüfungsvorleistung Wöchentlich ausgegebene
  Hausaufgaben zu Fragen aus dem Bereich des
  Modulinhalts. Für die Lösung werden Punkte
  vergeben. Voraussetzung für die Zulassung zur
  Prüfung ist der Erwerb von 50 der möglichen
  Punkte des gesamten Semesters.
• Klausur am Montag 9.2.2009 von 900-1200
  (voraussichtlich)
• Probeklausur am Samstag 20.12.2008 von
  900-1200 (voraussichtlich)
• Minitests während der Vorlesung!

Hausaufgaben

• Ausgabe jeden Donnerstag nach der Vorlesung
• Abgabe jeden Donnerstag vor der Vorlesung

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1. Mini-Test, Exp. Phys. III
1. Berechnen Sie den Gesamtstrom I der folgenden
Schaltung wenn Gleichstrom schon lange Zeit
anliegt!
U0
I

R1
R3
R2
C
2. Wie fällt der Gesamtstrom I direkt nach dem
Einschalten ab?
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Zeitplan
29 Doppelstunden, Berk Berkeley Physics Course,
BS Bergmann-Schaefer

• Felder bewegter Ladungen Berk. Kap. 5 16.10
• Magnetische Feld Berk. Kap. 6 20.10
• Teilchenbeschleuniger 20.10
• Elektromagnetische Induktion Berk. Kap. 7 23.10
• Wechselstromkreise Berk. Kap. 8 27.10
• Maxwell-Gleichungen Berk. Kap. 7, BS Kap. E.1
  30.10
• Elektromagnetische Felder BS Kap. E.2-7 30.10
• Reflexion und Brechung BS Kap. 1.1-1.4 3.11
• Gauß-Optik BS Kap. 1.5-1.7 6.11
• Das Auge und optische Instrumente BS Kap.
  1.8-1.9 10.11
• Lichtmikroskopie 13.11
• Dispersion des Lichtes BS Kap. 2 17.11

1. Interferenz BS Kap. 3.1-3.7, 20.11
2. Beugung BS Kap. 3.8, 3.10, 3.11, 3.13 20.11
   24.11
3. Auflösungsvermögen optischer Instrumente BS
   Kap. 3.9 27.11
4. Bildentstehung nach Abbé BS Kap. 3.12 1.12
5. Holographie BS Kap. 3.13 4.12
6. Wellenleiter BS Kap. 3.15 4.12
7. Polarisation und Doppelbrechung BS Kap. 4 8.12
8. Quantenoptik BS Kap. 7.1-7.7 11.12
9. Laser BS Kap. 7.9 15.12
10. Optische Fallen 18.12
11. Nichtlineare Optik BS Kap. 8, 5.1
12. Röntgenoptik BS Kap. 9, 8.1
13. Elektronen- und Neutronenoptik BS Kap. 1011
    12.1
14. Lichtausbreitung und Relativitätstheorie BS
    Kap. 12 15.1 19.1

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Motivation
Powers of Ten (http//www.powersof10.com)
All dies kann mit elektromagnetischen Wellen /
Photonen gesehen werden!
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Beschleuniger
CERN, LHC 2008
FACS (fluorescence activated cell sorting),
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Wechselstrom
CPU (Central Processing Unit)
Dielektrophoretische Feldkäfige
Bioimpedanz Messungen
Moderne CPUs werden je nach Auslastung -
während des Betriebs sehr heiß. Je nach Modell
und Hersteller werden pro cm² Verlustleistungen
von bis zu 125 Watt erreicht (aktuelle
Quadcores). Übliche Grenz-temperaturen für den
Betrieb liegen zwischen 60 und 90 C.
Temperaturen über etwa 125 bis 135 C führen zu
irreversiblen Schäden.
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Lichtmikroskopie
Es ist nicht möglich, einen Erfinder des
Mikroskopes zu benennen. Das Prinzip der
Vergrößerung durch mit Wasser gefüllte
Glasschalen wurde bereits von den Römern
beschrieben (Seneca) und Vergrößerungslinsen
waren schon im 16. Jahrhundert bekannt. Ebenso
ist das Okular schon weit vor dem 14. Jahrhundert
verwendet worden.
Ernst Karl Abbe schuf zusammen mit Carl Zeiss
und Otto Schott um 1880 die Grundlagen der
modernen Optik.
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Ein 4Pi-Mikroskop ist eine Variante des
Konfokalmikroskops, das eine höhere Auflösung
besitzt als die bei normalen konfokalen
Mikroskopen übliche Auflösung von 200 nm in
lateraler und 500 700 nm in axialer Richtung.
Das 4Pi-Mikroskop hat axial eine Auflösung von
ca. 100 nm, während die laterale Auflösung nicht
verbessert wird. Ein STED-Mikroskop (Stimulated
Emission Depletion) ist ein Konfokalmikroskop,
dessen Auflösung nicht beugungsbegrenzt ist. Es
konnte bereits eine Auflösung von 15 nm (lateral)
demonstriert werden.
Stefan W. Hell
Fluoreszenzgefärbte Poren einer porösen Membran
sind mit herkömmlicher Auflösung als solche nicht
zu erkennen. Parallel dazu ausgeführte Abbildung
durch STED-Mikroskopie fördert ihre Struktur
zutage.
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Optische Fallen

• Johannes Kepler, 1571 1630
• Kometenschwänze deuten von der Sonne weg.
• James Maxwell, 1831 1879
• Elektromagnetische Grundgleichungen
• Arthur Schawlow and Charles
• Townes, 1958, Erfindung des Lasers
• Arthur Ashkin, 1969
• Erste optische Falle
• Steven Chu, 1999
• Nobelpreis für optische Atomfalle

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(No Transcript)
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Dynamic Holographic Optical Tweezers
Holographic Optical Tweezers (HOTs) use
computer-generated holograms, also known as
diffractive optical elements (DOEs) or kinoforms,
to split a single laser beam into any desired
fan-out of beams, each of which is relayed to a
strongly converging objective lens and focused
into a distinct optical trap. This approach can
project hundreds of simultaneous optical traps in
arbitrary three-dimensional configurations. Each
trap can be imbued with unique characteristics,
such as the ability to exert torques as well as
forces, and the entire trapping pattern can be
updated in real time to dynamically reconfigure
and transform mesoscopic matter. E. R.
Dufresne and D. G. Grier, "Optical tweezer arrays
and optical substrates created with diffractive
optical elements," Rev. Sci. Instr. 69, 1974-1977
(1998).
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The Optical Stretcher
30 cells/min
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Relativitätstheorie