PN 1Einführung in die Experimentalphysik
Für Chemiker
Nadja Regner, Thomas Schmierer, Gunnar Spiess, Peter Gilch
Lehrstuhl für BioMolekulare OptikDepartment für Physik
Ludwig-Maximilians-Universität München
19.10.2007
Team
ÜbungNadja Regner ?E-Mail: [email protected]: 089-2180-9239Thomas SchmiererE-Mail: [email protected]: 089-2180-9241
VorlesungPD Dr. Peter GilchE-Mail: [email protected]: 089-2180-9243
Oettingenstr. 67Zimmer: 0.23
Sprechstundenach Vereinbarung
ExperimenteGunnar SpießE-Mail: [email protected]: 089-2180-2101
Termine
Liebig-Hörsaal
Mittwoch1015-1100
Übung
Liebig-Hörsaal
Freitag1115-1245
Vorlesung
Wie funktioniert die Übung?
1. Jeden Freitag wird in der Vorlesungein Übungsblatt ausgeteilt. Dieses finden Sie auch auf der Internet-Seite.
2. Bearbeiten Sie dieses Blatt alleine odermit Kollegen vor der Übungsstunde.
3. In den Übungsstunden werden danndie Aufgaben von Ihnen oder vomBetreuer vorgerechnet.
Die Teilnahme an der Übung wird nicht bewertet!Sie ist aber eine sehr gute Vorbereitung auf die Klausur!
Vorlesung mit elektronischer Kreide
Prof. Jan von Delft
Elektronische Kreide
bietet das Beste beider Welten
Was muss ich tun?
1. Aus dem Internet unter http://www.bmo.physik.uni-muenchen.de/~gilch/pn1_07den „Lückentext“ herunterladen und ausdrucken.Der Text wird als PDF-Datei abgelegt, es gibt eine Versionmit zwei Folien pro Blattund eine mit einer Folie pro Blatt.Der Lückentext wird ca. eine Woche vor der Vorlesung ins Netz gestellt. (Auf der Internet-Seite finden sich auch viele andere Informationen zuVorlesung und Übung, also regelmäßig nachschauen!)
2. Zur Vorlesung gehen!
3. Mit mir zusammen den „Lückentext“ ausfüllen.
Literatur (Vorschläge)
PhysikPaul A. TiplerSpektrum Akademischer Verlag ISBN: 3860251228
Kurzes Lehrbuch der PhysikG. KlagesSpringer, BerlinISBN: 3540435476
„Man kann ein Studium bestehen, ohne je in eine Vorlesung gegangenzu sein, aber kaum, ohne je in ein Lehrbuch geschaut zu haben.“
Physik für HochschulanfängerH. WegnerTeubner Studienbücher ISBN: 3519230534
Physik für Medizinerund PharmazeutenV. HarmsHarms VerlagISBN: 3860261118
Disclaimer
Wir versuchen natürlich, bei der Ausarbeitung der Folien und derÜbungsblätter möglichst wenig Fehler zu machen. Es werden aber Fehler passieren!Auf diese können Sie sich in der Klausur nicht berufen!Falls Sie Zweifel an von mir „verbrochenen“ Formeln haben, schauen Sie in ein Lehrbuch!
KlausurSie sind durchgefallen.
Oh! Durchgefallen! Welch garstig Wort!Wie sag´ ich´s dem Vater, der Mutter,der Kinder siebenköpf´ger Schar ?
Schonen Sie Vater, Mutterund Kinder, lernen Sie!
• Nach Endes des Semesters wird eine zweistündige (120 min) Klausurgeschrieben. Termin: Freitag, 15. 2. 08, 11-13 Uhr (Liebig- und Buchner-Hörsaal)
• Diese wird mit ~ 50 % der maximalen Punktzahl bestanden.
• Kurz vor Beginn des Sommersemesters wird eineWiederholungsklausur angeboten. Termin: Freitag, 11. 4. 08, 11-13 Uhr (Liebig- und Buchner-Hörsaal)
• Zugelassen zur Klausur sind: Taschenrechner, mathematische Formelsammlung, ein handschriftlich beidseitig beschriebenes DIN A4-Blatt
Die Klausur des letztenJahrs finden Sie im Netz!
Mathematische Grundlagen
Rather be Lisa not Homer!
Naturwissenschaftler brauchen Mathematik!Sie werden in diesem (und anderen)Kurs ohne Mathematik-Kenntnissenicht bestehen.
Leider reicht unsere Zeit nicht aus,Ihnen all diese Kenntnisse zu vermitteln. Wir müssen auf schulische Vorkenntnisse bauen!
Reichen Ihre Vorkenntnisse?
Check-Liste im Internet unter:
http://www.bmo.physik.uni-muenchen.de/~gilch/pn1_07/
Was haben wir vor?
Wiederholung, Fragen zur Klausur8.2.Statistische Deutung der Thermodynamik1.2.Energie und Entropie25.1.Temperatur und ideales Gas18.1.Spezielle Relativitätstheorie11.1.Wellen, Akustik21.12.Schwingungen14.12.Mechanik deformierbarer Körper, Flüssigkeiten7.12.Drehbewegungen30.11.Impuls23.11.Arbeit und Energie16.11.Gravitationsgesetz, Himmelsmechanik9.11.Kräfte, Masse, Trägheit2.11.
Physikalische Größen, Die Kunst des Messens, Bewegungen
26.10.Wofür? Physik im Überblick19.10.
Mechanik
Thermo-dynamik
Wofür (in Gottes Namen) braucht ein Chemiker Physik?
Weil dieses Jahr ein Physiker den Nobelpreis für Chemie
erhält!
Gerhard ErtlFritz Haber Institut
"The underlying physical laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the exact application of these laws leads to equations much too complicated to be soluble."
P.A.M. Dirac, 1929
Was meint Herr Dirac?
Wasserstoffatom
„...underlying physical laws...“ψψ EH =ˆ
Schrödinger Gleichung
Wasserstoffmolekül
Glas Wasser
Vielteilchen-Problem
König Oskar II von Schweden
Ist das Sonnensystem
stabil? Kann man nicht exaktausrechnen!
Jules Henri Poincaré1888
Wechselwirkungvon nur drei Körpernallgemein nicht exaktlösbar!
Beispiele für die Bedeutung der Physik in der Chemie
(sehr subjektiv vom Dozenten ausgewählt,auf keinen Fall vollständig)
N2 + 3H2 → 2 NH3
N2 + 3H2 → 2 NH3
Ammoniak-Synthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren.
Reaktion wird heterogen katalysiert.Katalysator besteht ausFe3O4, K2O, CaO, Al2O3 , SiO2
„Von der Schwarzen Kunst zur exakten Chemie“
Mechanismusnach Ertl
Physikalische Methoden (Auswahl):
AES Auger Electron SpectroscopyFTIR Fourier Transform Infrared SpectroscopyHREELS High Resolution Electron Energy Loss SpectroscopyLEED Low Energy Electron DiffractionPEEM PhotoEmission Electron MicroscopySIMS Secondary Ion Mass SpectroscopyUPS Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2007/chemadv07.pdf
Trennung und Reinigung von Substanzen
Destillation
Labor
Industrie
Elementaranalyse Experiment
Spektroskopie undFlammenfärbung
Aufbau organischer Moleküle - NMR
Isomerie: Molekül kann bei gegebener Summenformel verschiedeneStrukturen haben. Welche liegt vor?
Struktur von Proteinen - Röntgenbeugung
Mittels Röntgenbeugungwurde die 3D-Struktur desReaktionszentrums der Photosynthese aufgeklärt.(Nobelpreis für Chemie 1988 anDeisenhofer, Michel und Huber)
ExperimentBeugung von Licht
Messen mit Licht –Entfernungen und schnelle Reaktionen
Lichtgeschwindigkeit c = 3 •108 m/s
a) Die Zeit ist bekannt – der Weg wird gemessen:
Experiment
Anwendung, z.B.
Messen mit Licht –Entfernungen und schnelle Reaktionen
a) Die Weg ist bekannt – die Zeit wird gemessen:
Licht braucht für einen Weg von 1 mm 3,33 • 10-12 s
Messung sehr schneller chemischer Reaktionen (Femtosekundenspektroskopie)
Pump
Probe
Zeit
Sig
nal
Die Photosynthese ist so schnell!
Bei der Photosynthese wird Lichtenergiezunächst in elektrische Energie umgewandelt.Für diese Umwandlung werden Elektronen zwischen Molekülen übertragen.Mittels Femtosekundenspektroskopie kanndieser Übertrag verfolgt werden.
Die Physik im Überblick
Die fundamentalen Kräfte
Gravitations-kraft
Elektrische Kraft
Starke Kernkraft
Schwache Kernkraft
Mechanik Elektrodynamik
SpezielleRelativtätstheorie
AllgemeineRelativtätstheorie
Quantenmechanik,Quantenelektrodynamik
Statische Physik, Thermodynamik Kern- und Teilchenphysik
Angewandte Physik: Astrophysik, Biophysik, Atomphysik, Optik, ...