Physik (4 Jahre) Msci (Hons)

The University of Nottingham

Du erhältst eine Schulung in grundlegenden Rechentechniken mit MatLab und wirst in deren Anwendung bei der Lösung physikalischer Probleme eingeführt. Du wirst jede Woche drei bis vier Stunden im Computerunterricht und eine Stunde in der Vorlesung verbringen.

In diesem Modul erhältst du: eine Einführung in die grundlegenden Techniken und Geräte, die in der Experimentalphysik verwendet werden; Training in der Analyse und Interpretation experimenteller Daten; Gelegenheiten, Phänomene zu beobachten, die in den Theoriemodulen besprochen werden, und Training in den Fähigkeiten, Aufzeichnungen zu führen und wissenschaftliche Berichte zu schreiben.

Dieses Modul führt dich in wichtige Bereiche der Physik ein, die über die Kernmodule hinausgehen, einschließlich derjenigen, die an der Spitze der modernen Forschung stehen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf Einführungen in die Astronomie, Biophysik und Nanowissenschaften. Weitere Themen sind die Physik der kondensierten Materie, Atom- und Teilchenphysik und die Physik der Umwelt.

Du beschäftigst dich mit einer Auswahl mathematischer Techniken, die zur Analyse von physikalischem Verhalten eingesetzt werden. Zu den Themen gehören: Komplexe Zahlen, Einvariablenrechnung, ebene Geometrie, Differentialgleichungen, Mehrvariablenrechnung und Matrixalgebra. Du wirst etwa drei Stunden pro Woche in Workshops und Vorlesungen mit diesem Modul verbringen.

Dieses einjährige Modul schult dich in der mathematischen Modellierung von physikalischen Prozessen. Du wirst unter anderem Themen wie grundlegende Statistik und Fehler, Dimensionsanalyse, Kurvenskizzen, Größenordnungen und Schätzungen sowie integrierende Probleme in der Physik behandeln.

Dieses Modul zielt darauf ab, den Schülern ein gründliches Verständnis der Kernkonzepte der Physik auf einführendem Niveau zu vermitteln. Das Modul bildet die Grundlage für alle anderen Physikmodule in allen Jahrgängen.

Dieses Modul bietet eine Einführung in die Theorie und elementare Anwendungen der Quantenmechanik, einer Theorie, die zu den wichtigsten Errungenschaften der Physik des 20. Jahrhunderts gehört. Die Quantenmechanik ist ein elegantes theoretisches Konstrukt, das sowohl schön als auch geheimnisvoll ist. Einige der Vorhersagen der Quantenmechanik sind völlig kontraintuitiv und es gibt Aspekte, die nicht richtig verstanden werden, aber sie wird seit über 50 Jahren experimentell getestet und wo immer Vorhersagen gemacht werden können, stimmen sie mit dem Experiment überein.

Im Modul Von Newton bis Einstein hast du die Idee des Feldes kennengelernt, einer Größe, die an jedem Punkt im Raum definiert ist. In diesem Modul wird die Beschreibung von Feldern erweitert, indem die Mathematik der Vektorrechnung eingeführt wird. Das Modul beginnt mit einer Einführung in die Vektorrechnung, die am Beispiel der Strömung idealer (nicht viskoser) Flüssigkeiten erläutert wird. Die Mathematik wird dann genutzt, um einen Rahmen für die Beschreibung, das Verständnis und die Anwendung der Gesetze des Elektromagnetismus zu schaffen. Wir besprechen, wie elektrische und magnetische Felder miteinander und mit elektrischen Ladungen und elektrischen Strömen zusammenhängen. Die makroskopische Beschreibung von elektrischen Feldern in dielektrischen Materialien und von magnetischen Feldern in magnetisierbaren Materialien wird beschrieben, einschließlich der Randbedingungen, die an Materialschnittstellen gelten.

In diesem Modul entwickelst du deine experimentelle Technik und sammelst Erfahrungen mit einigen wichtigen Instrumenten und Methoden. Die Experimente umfassen elektrische Messungen, Optik und Strahlung. Du lernst auch, wie du einen Computer zur Steuerung von Experimenten verwendest und Daten direkt von Messgeräten aufzeichnest.

Makroskopische Systeme zeigen ein ganz anderes Verhalten als ihre mikroskopischen Bestandteile, die isoliert betrachtet werden. Neue Physik entsteht aus dem Zusammenspiel vieler interagierender Freiheitsgrade. In diesem Modul lernst du die wichtigen physikalischen Eigenschaften der Materie und die beiden wichtigsten Ansätze zu ihrer Beschreibung kennen. Der eine, die Thermodynamik, behandelt makroskopisch relevante Freiheitsgrade (Temperatur, Druck usw.) und findet Beziehungen zwischen diesen und den grundlegenden Gesetzen, die sie regeln, unabhängig von ihrer mikroskopischen Struktur. Der andere Ansatz, die statistische Mechanik, verbindet die makroskopisch relevanten Eigenschaften mit der Mikrophysik, indem die detaillierte mikroskopische Dynamik durch eine statistische Beschreibung ersetzt wird. Das gemeinsame Merkmal dieser beiden Methoden ist die Einführung von zwei makroskopischen Größen, Temperatur und Entropie, die keine mikroskopische Bedeutung haben.

Viele physikalische Systeme unterstützen die Ausbreitung von Wellen, von den bekannten Wellen auf der Wasseroberfläche bis zu den elektromagnetischen Wellen, die wir als Licht wahrnehmen. In der ersten Hälfte des Moduls geht es um die Optik: die Lehre vom Licht. Folgende Themen werden behandelt: geometrische Optik, Wellenbeschreibung des Lichts, Interferenz und Beugung, optische Interferometrie. In der zweiten Hälfte des Moduls werden allgemeinere Methoden zur Diskussion der Wellenausbreitung und Fourier-Methoden vorgestellt.

Dieses Modul führt die Schüler/innen in die Physik der Atome, Kerne und der grundlegenden Bestandteile der Materie und ihrer Wechselwirkungen ein. Das Modul entwickelt auch die quantenmechanische Beschreibung dieser Elemente. Folgende Themen werden behandelt: Approximationstechniken Störungstheorie erster Ordnung, Entartungen, Störungstheorie zweiter Ordnung, Übergangsraten, zeitabhängige Störungstheorie, Fermis goldene Regel; Teilchenphysik Protonen und Neutronen, Antiteilchen, Teilchenbeschleuniger und Streuexperimente, Erhaltungssätze, Neutrinos, Leptonen, Baryonen und Hadronen, das Quarkmodell und die starke Wechselwirkung, schwache Wechselwirkungen, Standardmodell; Einführung in die Atomphysik Überblick über das einfache Modell des Wasserstoffatoms, die Fermi-Statistik und das Pauli-Prinzip, das Aufbauprinzip, Wasserstoffatome, Austausch, Feinstruktur und Hyperfeinwechselwirkungen, Dipolwechselwirkung, Auswahlregeln und Übergangsraten.

Dieses Modul bietet eine allgemeine Einführung in die Festkörperphysik. Zu den behandelten Themen gehören: Bindungscharakter chemischer Bindungen, Thermodynamik der Festkörperbildung; Kristallstrukturen Beschreibung von Kristallstrukturen, k-Raum, reziprokes Gitter, Bragg-Beugung, Brillouin-Zonen; Nahezu freies Elektronenmodell - Blochs Theorem, Bandlücken aus Elektronen-Bragg-Streuung, effektive Massen; Bandtheorie Fermi-Flächen, qualitatives Bild des Transports, Metalle, Isolatoren und Halbleiter.

Du wirst ein Projekt aus einem der verschiedenen Bereiche der Physik durchführen. Das Projekt kann experimenteller oder theoretischer Natur sein. Viele der Projekte spiegeln die Forschungsinteressen von Mitgliedern des Lehrkörpers wider. Du arbeitest in Zweiergruppen und sollst einen Arbeitsplan erstellen und realistische Ziele für dein Projekt festlegen. Jedes Paar hat einen Projektbetreuer, der für die Festlegung des Projekts verantwortlich.

Du wirst dein Wissen über die Quantentheorie erweitern und vertiefen, wobei ein besonderer Schwerpunkt darauf liegt, wie sich Quantensysteme im Laufe der Zeit entwickeln. Das Modul konzentriert sich auf die Entwicklung des mathematischen Formalismus der Quantenmechanik sowie auf die Einführung wichtiger physikalischer Modelle und Berechnungsmethoden.

In diesem einjährigen Modul wirst du versuchen, ein theoretisches oder praktisches Problem zu lösen. Im ersten Semester recherchierst du über das von dir gewählte Projekt und führst im zweiten Semester deine eigene Forschungsarbeit durch. Du hast die Möglichkeit, mit externen Partnern wie einem Industrielabor, einer Schule oder einem Krankenhaus zusammenzuarbeiten, wenn es zu deinem Thema passt.