NTGA Einleitung - Einführung PDF

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Einführung...

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Meine Koordinaten Name:

Dr. Klaus Rinn

Sprechstunde: Mittwochs 11:30 – 12:30 Uhr, Raum A12.1.19 (Aktueller Zustand: siehe Homepage) Tel.:

0641 309 2425

E-Mail:

[email protected]

Homepage:

http://homepages.thm.de/~hg11854 Zu finden auch über Fachbereich MNI - Mitarbeiter

Rinn

Naturwissenschaftliche und technische Grundlagen - Einleitung

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Literatur Organisation Zu Physik Größen/Einheiten Fehler

Moodle Netzpräsenz Vorlesung: Moodle (https://moodle.thm.de) • Dringend anmelden! Kurs offen, Teilnahmedauer < 1 Jahr • Übungsgruppeneinteilung: per Los Teilnahme an anderer Gruppe: nur durch Tauschen • Tipp: Folien aus Moodle ausdrucken (sparsam: 2 Folien pro Blatt, habe auf farbigen Hintergrund verzichtet)

Handschriftlich ergänzen: - Anwendbarkeit Gleichungen - Bedeutung der Symbole - Einheiten, … Rinn

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Literaturempfehlung Klassische Physikbücher, zum Lernen von Grund auf: • Giancoli: Physik; Pearson Studium, 69,95 € phy 1 69 • Paul A. Tipler: Physik, Spektrum Lehrbuch, 76,50 € phy 1 65 Elektronische Ressource, aus dem THM-Netz als PDF herunterladbar

• Halliday, …: Physik – Bachelor Ed., Wiley, 49,- €,

phy 5 67

Kompakte klassische Physikbücher, zum Nachschlagen: • Harten: Physik, Springer Lehrbuch, 29,95 € • Pitka, Bohrmann, Stöcker, Terlecki: Physik - Der Grundkurs Verlag Harri Deutsch, Frankfurt, 19,80 € Technischen Informatik für Informatikaspekte, z.B.: • Günter Kemnitz: Technische Informatik, Springer 2009 Elektronische Ressource, aus dem THM-Netz als PDF herunterladbar Rinn

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Hilfsmittel zur Klausur Formelsammlung • Selbstverfasste Formelsammlungen ausdrücklich erwünscht • Jitschin/Welzel: Physikalische Formelsammlung, Quelle THM, Preis  5 € (bei Interesse: Verkauf hier) • H. Kuchling: Taschenbuch der Physik, Fachbuchverlag, ISBN 3-446-21760-6, Preis 18,- € Taschenrechner einfach, ohne CAS, natürlich ohne Netzwerk Trivialitäten: Papier, Schreibwerkzeug, … Rinn

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Vorlesung - Übung? Wie im Stundenplan! Modulhandbuch:

Immer Vorlesung:

3 SWS Vorlesung, 1 SWS Übung, organisiert als:

Di 3. Block (D15.0.01)

2-wöchiger Übungsrhythmus: Jede zweite Woche, beginnend heute (9.4.):  Di 3., 4. Block Vorlesung (D15.0.01) Abwechselnd damit: Termine/Einteilung abweichend vom Stundenplan  Di 4. Blk; Übungsgruppe A (D15.0.01)  Di 5. Blk: Übungsgruppe B (D15.0.02)  Di 6. Blk: Übungsgruppe C (A15.0.02)  Di 5. Blk folgende Vorlesungswoche: Übungsgruppe D (A15.0.02) Wegen Feiertage/Studienwoche kann vom strikten Rhythmus abgewichen werden. Wird in Vorlesung besprochen, in Moodle angekündigt.

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Übungsorganisation • Mi oder Do in Vorlesungswoche: Übungsaufgaben  Moodle • Bearbeiten der Aufgaben bringt bis zu 15 Punkte! Verfahren:  Studierende tragen die bearbeiteten Aufgaben in Liste ein.  Bewertung: anhand dieser Liste.  Kontrolle: Studierende rechnen eingetragene Aufgaben vor. Fehlerhafte Lösung kein Problem! Vollständiges Versagen: Keine Bewertung für Übungstermin Auch Versagen: falls man Lösungsweg nicht erklären kann. • Endnote=min(Klausurnote+Übungspunkte,100) Bestehen ohne Übung: Bestehen mit 15 Übungspkte.:

50 von 100 Klausurpunkte 35 von 100 Klausurpunkte

Besucht die Übungen und arbeitet mit! Rinn

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Inhalt der Vorlesung • Grundlagen • Statische elektrische Felder Elektrische Ladung, elektrische Felder und Kräfte, der Kondensator

Physik

• Der Gleichstromkreis Strom, Widerstand, Arbeit und Leistung des Stromes, RC-Kreis

• Das magnetische Feld Permanentmagnete, Feld von Strömen, Lorentz Kraft, Leiter im Magnetfeld, Materie im Magnetfeld, Induktion

Informatik Anwendungen

• Halbleiter Bauelemente Festkörper, Bändermodell, dotierter Halbleiter, pn-Übergang, FET-Transistor

• Schwingungen und Wellen Periodische Vorgänge, harmonische Schwingungen, Wellen, harmonische Wellen, stehende Wellen, Resonanz

• Anwendungen in der Informatik Displaytechnologie, Nachrichtenübertragung, Kameras, … Rinn

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Motivation  Kompetenz zur Modellbildung („Textaufgaben“) „Kann mathematische Algorithmen“

 Informatiker sollten Funktionsprinzipien ihrer Werkzeuge kennen

Quelle: Bild der Wissenschaft Rinn

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Motivation Viele interessante Themen im Bereich „mathematische“ Informatik

Autonomes Fahren: Mathematik für Umgebungserkennung, Bahnplanung, Regelung, …

3D Computer Vision: Objektvermessung Darstellung bis hin zum 3D Druck Quelle: Bundler (Noah Snavely)

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Physik ist ein “dickes Brett” Laut Statistik: das meistgehassteste Schulfach!  Kontinuierliche Mitarbeit unumgänglich für Erfolg Kurz vor der Klausurwoche kann man in Monaten versäumten Stoff nicht mehr aufholen!  Besucht Übungen, bearbeitet Hausaufgaben In den Übungen wie in der Klausur wird physikalisches Problemlösen geübt – Übungen trainieren für Klausur Doppelter Vorteil bei Übungsbesuch: Klausurtraining und Punktepolster

Rinn

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Worum geht‘s? Physikalische Größen:  beschreiben messbare Merkmale von Objekten  bestehen aus Zahlenwert und Einheit und:

Mathematische Beziehungungen zwischen physikalischen Größen

Physik ist eine exakte Wissenschaft!

Rinn

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Rechnen mit Einheiten Rechnen: ausschließlich mit Zahlen und Einheiten. Fehlerfrei nur mit korrekter Einheit (Klausur, Übung!!!). Einheiten dienen zum Überprüfen der Rechnung: falsche Einheit  falscher mathematischer Zusammenhang! Rechenregeln rechnen mit Einheiten: • Addieren, subtrahieren:

nur Größen gleicher Einheit!

• Multiplikation und Division: keine Einschränkungen, Rechenoperation auch auf Einheiten, Einheiten kürzbar • Argument/Resultat einer mathematischen Funktionen: keine Einheit (Sinus, Cosinus, E-Funktion, Exponenten) Rinn

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Beispiel: Fehler erkannt durch Einheitenrechnung Zu Berechnen: Widerstand eines Leiters Gegeben:

Widerstand pro Länge: R  2,5 105  /m Länge: r  4 cm  4 102 m   4 102 m

Falsch:

R  2,5 10 5 /m R   6, 25 104 /m 2 2 r 4 10 m

Richtig:

R  R r  2,5 10 5 /m  4 10 2 m  10 6 

Hat mit 50 Punkten bestanden Rinn

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Umrechnen von Einheiten Umrechnen von Einheiten: Einheitszeichen ersetzen durch gleich großes Vielfaches der gewünschten Einheit. 3 Beispiel: 15  m3  15  100 cm   15 106 cm 3 1 m = 100 cm

(Achtung: nicht anwendbar für Temperaturen ) Viele Methoden möglich, um Verwirrung zu vermeiden: nur EINE hier vorgeführt.

Beispiel: Durch eine Leitung fließt 1 l/s, wie viele Kubikmeter pro Stunde sind das? statt "  ":1000 cm 3 3

0, 01m   cm m3  1000 cm 1 1  60 000  60 000  3, 6 1 1 s min h min h 60 60 3

3

statt "s": 1 60 min

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Das internationale Einheitensystem (SI) Basisgröße SI-Einheit Symbol Bezeichnung Symbol Bezeichnung L Länge m Meter t Zeit s Sekunde M Masse kg Kilogramm I Elektr. Stromstärke A Ampere T Temperatur K Kelvin n Stoffmenge mol Mol Iv Lichtstärke cd Candela Empfehlung: SI-Einheiten solange nicht anders verlangt Rinn

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Exponentendarstellung Vorsilbe Exa Peta Tera Giga Mega Kilo Hekto Deka Dezi Zenti Milli Mikro Nano Pico Femto Atto

Symbol E P T G M k h da d c m µ n p f a

Wert 1018 1015 1012 109 106 103 102 101 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18

Beispiel

GHz MW km hl

Terabyte Festplatten Gigaherz (Rechner, Sat-TV) Megawatt (Atomkraftwerk) Kilometer Hektoliter

(dm)3 cm mm µm nF

Kubikdezimeter oder Liter Zentimeter Millimeter Mikrometer Nanofarad

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Fehler, verschiedene Arten Praktisch alle physikalische Größen sind nicht beliebig genau

Systematische Fehlerkomponente: Resultiert aus Unvollkommenheit der Messgeräte, des Auswerteverfahrens, nicht erfasste Parameter der Messung, Modell nur näherungsweise gültig Zufallskomponente: Durch zufällige Einflüsse bewirkte Streuung von Messwerten. Diese Fehlerkomponente lässt sich im Prinzip durch statistische Auswertung beliebig klein machen. Rinn

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Fehler, verschiedene Arten Wovon man keine Ahnung hat, darüber schweigt man: • Die Anzahl der Stellen der Ergebnisse sollten die Genauigkeit des Wertes wiederspiegeln. • Insbesondere bestimmt die Genauigkeit der Ausgangsgrößen den Fehler des Resultats. • Daumenregel: – Stellenanzahl ungenaueste Ausgangsgröße ergibt Stellenanzahl des Resultats – Zwischenergebnisse genauer Fehler sind unvermeidbar: Physik ist keine exakte Wissenschaft! Rinn

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