Im zweiten Jahr des Studiums Technische Phyisk geht es vornehmlich um die Erweiterung und Vertiefung des Wissens. Die Studierenden lernen die drei großen Forschungsgebiete der Technischen Physik kennen: Fluidphysik, Materialphysik sowie Optik & Biophysik. Die Module tragen die Titel „Signale“, „Festkörperphysik“, „Fluidphysik“ und „Optik“. Ebenso wie im ersten Jahr spielen auch hier die Mathematik und physikalische Experimente eine wichtige Rolle. Die Projekte, an denen man in den Modulen mit seinem Team zusammenarbeitet, haben einen starken Bezug zur jeweiligen Theorie des Moduls.
Modul 5: Signale, Modelle und Systeme
In diesem Modul lernen die Studenten die Prinzipien der Modellierung und Analyse dynamischer Systeme kennen. Realistische Beschreibungen bestimmter Systeme oder Subsysteme werden in ein Modell übertragen, sodass eine mathematische Beschreibung in Form von Differenzialgleichungen ermöglicht wird. Die Modelle beruhen auf Prinzipien wie den Erhaltungssätzen und Kontinuitätsgleichungen, mit denen sich die Studenten anhand verschiedener Beispiele aus der Praxis vertraut machen. Zudem lernen sie in diesem Modul, die Dynamik eines Systems mithilfe von Antwortsignalen zu untersuchen, (lineare) Differenzialgleichungen durch eine Beschreibung der Frequenz oder Länge von Signalen zu lösen und stochastische Signale zu beschreiben und zu analysieren. Die abschließende Projektaufgabe besteht darin, ein Messinstrument zu bauen und zu testen. Hierbei wenden die Studenten das gesamte theoretische Wissen über Modellierung und Signalverarbeitung an, das sie im Laufe des Moduls erworben haben.
Modul 6: Wellen, Interferenz und Wahrscheinlichkeit
Licht ist eine elektromagnetische Welle, und es wird als ein Strom diskreter Photonen mit einer bestimmten Energie und einem bestimmten Impuls emittiert und absorbiert. Sind diese beiden Bilder miteinander vereinbar? Wann benutzen wir die eine Beschreibung, wann die andere? In diesem Modul setzen sich die Studenten mit dieser Frage und den dazugehörigen Antworten auseinander. Der Schwerpunkt liegt auf dem Wellencharakter des Lichts und den damit zusammenhängenden Interferenzphänomenen. Vermittelt werden jedoch nicht nur Kohärenz und Polarisation als intrinsische Eigenschaften, sondern auch die Anwendung von Interferenz in verschiedenen Interferometern. In einer Praxisveranstaltung zum Thema Optik werden einige dieser Konzepte konkret angewendet.
Daneben werden in diesem Modul auch die grundlegenden Prinzipien der Quantenmechanik, insbesondere die Interpretation der quantenmechanischen Wellenfunktion, behandelt. Anhand der Wellenfunktion und der daraus resultierenden Eigenschaften bestimmen die Studenten einige einfache physikalische Phänomene wie beispielsweise das Wasserstoffatom. Ferner wird die Störungstheorie als Formalismus eingeführt, um mithilfe von Näherungsmethoden die Schrödinger-Gleichung zu lösen und zu elementaren Erkenntnissen zu gelangen.
Natürlich hat die Mathematik auch in diesem Modul ihren Platz. Der Fokus liegt diesmal auf der linearen Algebra, insbesondere auf den Hilbert-Räumen, weil diese unmittelbar an jene Mathematikfelder anschließen, die in der Optik und der Quantenmechanik verwendet werden.
Modul 7: Physik der kondensierten Materie
In der klassischen Festkörperphysik werden die Eigenschaften von Volumenmaterial auf Grundlage der periodischen Ordnung der elementaren Bausteine, beispielsweise der einzelnen Atome in einem Kristall, beschrieben. In den vergangenen Jahren hat sich gezeigt, dass viele moderne Forschungsgebiete, zum Beispiel die Nanotechnologie, Solarenergie und Spintronik, ihren Ursprung in der Festkörperphysik haben. In diesem multidisziplinären Fachgebiet treffen verschiedene Disziplinen aufeinander, darunter die Quantenmechanik, statistische Physik, klassische Mechanik und Elektrodynamik. Am Ende des Moduls arbeiten die Studenten an einer Projektaufgabe, bei der verschiedene Aspekte des Rastertunnelmikroskops zum Einsatz kommen.
Modul 8: Kontinuumsdynamik
In diesem Modul geht es darum, die Statik und mehr noch die Dynamik strömender Materie (Gase und Flüssigkeiten) anhand von Dichtefeldern, Strömungsfeldern und Temperaturfeldern zu beschreiben. Schließlich handelt es sich bei der Physik der Flüssigkeiten um eine klassische Feldtheorie, die eng mit jenen Teilgebieten der Physik verwandt ist, auf denen die Feldtheorien basieren (klassische Mechanik und andere klassische Feldtheorien wie Elektrodynamik). Das Teilgebiet der Mathematik, das in diesem Modul behandelt wird, sind partielle Differenzialgleichungen und deren Lösungen.
Das dritte Jahr des Physikstudiums
Das dritte Jahr des Physikstudiums bietet Raum für Wahlfächer und für das Schreiben der Bachelorarbeit. Wenn Du hierüber mehr erfahren möchtest, findest Du hier weitere Informationen über das dritte Studienjahr.