Physik

Studiere die Naturgesetze, sowie ihren Einfluss auf unser Universum, der in spannenden physikalischen Experimenten zu entdecken ist. Hier erwirbst Du also das Wissen der Mechanik. Du lernst das Wesen des Lichts, sowie die Gesetzmäßigkeiten in der atomaren Welt und im Makrokosmos.

Kurs Level 3
Dispersionsrelation der Gitterschwingungen - einatomiges Kristallgitter

Hier lernst du die Grundlagen der Festkörperphysik - also der elektrische / thermische Transport in fester Materie, ihre Kristallstruktur und Wechselwirkungen darin.

Kurs Level 3
Minkowski-Diagramm: Lichtartiges, zeitartiges & raumartiges Ereignis

Hier lernst die Grundlagen der speziellen Relativitätstheorie, wie Zeitdilatation und Längenkontraktion und ihre Veranschaulichung in einem Raumzeit-Diagramm.

Kurs Level 3
Elektromagnetische Welle (EM-Welle)

Hier lernst du die Maxwell-Gleichungen und elektromagnetische Wellen kennen.

Kurs Level 2
Reflexion des Lichts an der Wasserobfläche

Hier lernst du die Grundlagen der Strahlen- und Wellenoptik. Damit kannst du das Verhalten des Lichts aus unserem Alltag beschreiben.

Kurs Level 2
Elektrisches Feld (Feldlinien) - zwei entgegengesetzte Ladungen (Dipol)

Hier lernst du die Grundlagen des Elektromagnetismus. Wechselwirkung zwischen elektrischen Ladungen und der Einfluss des Magnetfeldes.

Kurs Level 2
Kinetische Energie - Raumschiff fliegt mit einer Geschwindigkeit

Hier lernst du die Grundkonzepte der klassischen Mechanik (Energie, Kraft, Impuls...) und testest dein Wissen mit Übungsaufgaben (+ Lösungen).

Lektion Level 3

4 Maxwell-Gleichungen im Vakuum

Elektrischer Fluss - Skalarprodukt von Flächenorthogonalvektor und E-Feld

Hier werden die Maxwell-Gleichungen anschaulich erklärt. Dazu werden zuerst der Gauß-Integralsatz und Stokes-Integralsatz erläutert und darauf aufbauend die vier Maxwell-Gleichungen.

Lektion Level 3

Drehimpuls in der Quantenmechanik: Kommutatoren und Eigenwerte

Drehimpuls-Leiteroperatoren: Aufsteige- und Absteigeoperator

Hier lernst du den Drehimpuls in der Quantenmechanik kennen sowie die Kommutatoren zwischen den Drehimpulskomponenten, wie Drehimpulszustände und Eigenwerte mittels Leiteroperatoren erzeugt werden.

Lektion Level 3

Bra-Ket-Notation

Wellenfunktion als Zustandsvektor

Hier lernst du wie Bra-Ket-Notation (Dirac-Notation) definiert ist, welche Rechenregeln es dazu gibt und welche Vorteile diese Notation mit sich bringt.

Lektion Level 3

Die Schrödinger-Gleichung der Quantenmechanik

Betragsquadrat einer Wellenfunktion (Beispiel)

Zeitunabhängige (stationäre) und zeitabhängige Schrödinger-Gleichung einfach erklärt + Herleitung mithilfe einer ebenen Welle. Außerdem werden Wellenfunktion, Betragsquadrat und Aufenthaltswahrscheinlichkeit erklärt.

Lektion Level 2

Plattenkondensator einfach erklärt

Plattenkondensator

Hier lernst Du alles über den Plattenkondensator: Aufbau mit Dielektrikum, anliegende Spannung, Kapazität des Kondensators, Feldlinien und elektrische Energie einfach erklärt.

Lektion Level 2

De-Broglie-Wellenlänge von Materiewellen

De-Broglie-Wellenlänge

Hier lernst du Materiewellen kennen und wie sie durch die de-Broglie-Wellenlänge (Materiewellenlänge) charakterisiert werden.

Lektion Level 3

Photoelektrischer Effekt (Photoeffekt)

Photoeffekt: Beschleunigungsspannung

Photoelektrischer Effekt einfach erklärt, bei dem ein Photon (mithilfe seiner Photonenenergie) ein Elektron aus einer Metallplatte (mit bestimmter Austrittsarbeit) herauslöst.

Lektion Level 2

Elektrisches Feld (+Feldstärke) einfach erklärt

Elektrisches Feld (Feldlinien) - positive Ladung

Hier wird elektrisches Feld (und elektrische Feldstärke) einfach anschaulich erklärt. Du lernst, was homogene und statische Felder sind und welche Einheit sie haben.

Videos

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Video Level 3

Schrödinger-Gleichung und die Wellenfunktion

Schrödinger-Gleichung

Hier lernst du innerhalb von 45 Minuten die Schrödinger-Gleichung kennen (1d und 3d, zeitunabhängig und zeitabhängig), wie sie hergeleitet wird und was die Wellenfunktion ist.

Inhalt des Videos
  1. [00:11] Was ist eine partielle DGL zweiter Ordnung?
  2. [01:11] Klassische Mechanik vs Quantenmechanik
  3. [04:12] Anwendungen
  4. [04:53] Herleitung der zeitunabhängigen Schrödinger-Gleichung (1d)
  5. [15:41] Betragsquadrat, Wahrscheinlichkeit und Normierung
  6. [23:04] Verhalten der Wellenfunktion & Energiequantisierung
  7. [32:46] Zeitunabhängige SGL in 3d & Hamilton-Operator
  8. [35:30] „Herleitung“ der zeitabhängigen Schrödinger-Gleichung
  9. [38:20] Variablenseparation und stationäre Zustände
Video Level 2

Klassisches Doppelspaltexperiment

Klassisches Doppelspaltexperiment

In diesem Video lernst Du alles über den klassischen Doppelspalt der Physik kennen. Angefangen vom Aufbau, über Beobachtung bis zur Herleitung der Formel.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:13] Ein bisschen Geschichte
  2. ⏲ [02:11] Aufbau + Beobachtung
  3. ⏲ [03:50] Interferenz und Gangunterschied
  4. ⏲ [05:15] Wie entsteht das Interferenzmuster?
  5. ⏲ [11:31] Herleitung zum Doppelspalt
Video Level 1

Elektrischer Strom

Elektrischer Strom

Hier wird elektrischer Strom einfach erklärt - wie der Strom entsteht und wie dieser mit der elektrischen Ladung zusammehängt (+ Einheit, Formelzeichen, Beispiel).

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:25] Elektrische Ladungen
  2. ⏲ [02:11] Ursache des elektrischen Stroms
  3. ⏲ [03:47] Formel + Einheit des elektrischen Stroms
  4. ⏲ [05:47] Ist ein Ampere ein großer Strom?
  5. ⏲ [06:41] Zusammenfassung
Video Level 3

Maxwell-Gleichungen (ink. Gauß- und Stokes-Integralsatz)

Maxwell-Gleichungen

Hier werden die Maxwell-Gleichungen einfach erklärt. Dazu werden zuerst elektrische und magnetische Felder, sowie der Gauß-Integralsatz und Stokes-Integralsatz erläutert.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:15] Anwendungen der Maxwell-Gleichungen – zur Einstimmung.
  2. ⏲ [02:04] Elektrisches Feld
  3. ⏲ [04:57] Magnetisches Feld
  4. ⏲ [10:00] Gauß-Integralsatz – dieses mathematische Theorem verknüpft das Volumenintegral über die Divergenz eines Vektorfeldes mit dem Flächenintegral dieses Vektorfeldes.
  5. ⏲ [18:00] Stokes-Integralsatz – dieses mathematische Theorem verknüpft das Flächenintegral über die Rotation eines Vektorfeldes mit dem Linienintegral dieses Vektorfeldes.
  6. ⏲ [24:17] Erste Maxwell-Gleichung - sagt aus, dass die Ladungen Quellen und Senken des elektrischen Feldes sind.
  7. ⏲ [27:54] Zweite Maxwell-Gleichung – sagt aus, dass magnetische Ladungen stets als Dipole vorkommen. Es gibt keine magnetischen Monopole.
  8. ⏲ [30:59] Dritte Maxwell-Gleichung (Induktionsgesetz) – sagt aus, dass zeitlich veränderliche Magnetfelder elektrische Wirbelfelder erzeugen und andersherum. Hier steckt auch die Lenz-Regel.
  9. ⏲ [35:33] Vierte Maxwell-Gleichung – sagt aus, dass das Magnetfeld durch elektrische Ströme und zeitlich veränderliche elektrische Felder (Verschiebungsstrom) erzeugt werden kann.
Video Level 2

Huygens-Prinzip

Huygens-Prinzip

In diesem Video lernst Du, wie sich die Ausbreitung von Wellen (z.B. Licht, Wasser etc.) mit dem Huygens-Prinzip erklärt werden kann. Dies wird wichtig sein, um das Interferenzmuster beim klassischen Doppelspaltexperiment zu verstehen.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [01:50] Was besagt das Huygenssche Prinzip?
  2. ⏲ [02:33] Beugung am Doppelspalt
  3. ⏲ [03:31] Reflexion
  4. ⏲ [04:43] Brechung
Video Level 2

Interferenz von Wellen

Interferenz

Hier wird die Interferenz von Wellen erklärt; wie z.B. Wellen richtig addiert werden und welche Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenz gelten.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:10] Allgemeines zur Interferenz
  2. ⏲ [01:29] Konstruktive Interferenz
  3. ⏲ [04:11] Destruktive Interferenz
  4. ⏲ [05:29] Partielle Interferenz & Anwendungen
Video Level 2

Massenspektrometer

Massenspektrometer

In diesem Video lernst Du den Aufbau und die Funktionsweise eines Massenspektrometers, mit dem Du die Masse von geladenen Teilchen bestimmen kannst.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:33] Geschwindigkeitsfilter (Elektrische & magnetische Kraft)
  2. ⏲ [03:11] Geschwindigkeit des geladenen Teilchens
  3. ⏲ [04:17] Masse des geladenen Teilchens
  4. ⏲ [06:09] Wissenswertes
Video Level 3

Minkowski-Diagramm

Minkowski-Diagramm

In diesem Video lernst Du den Aufbau des Minkowski-Diagramms und wie Du die Zeitdilatation, Längenkontraktion aus der SRT veranschaulichen kannst.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:13] Grundlegender Aufbau - also was sind Weltlinien, Ereignisse, etc.
  2. ⏲ [01:19] Weltlinien von Photonen - die eine Winkelhalbierende im Minkowski-Diagramm darstellen
  3. ⏲ [02:43] Geschwindigkeitsaddition in der SRT - an einem Beispiel lernst Du, dass in der speziellen Relativitätstheorie Geschwindigkeiten nicht einfach addiert werden...
  4. ⏲ [03:40] Gebogene & gerade Weltlinien - hier lernst Du, was beschleunigte Teilchen im Minkowski-Diagramm darstellen und über die Lichtweltlinien
  5. ⏲ [04:25] Weltlinien der Gleichortigkeit & Gleichzeitigkeit
  6. ⏲ [05:15] Weltflächen - für ausgedehnte Objekte
  7. ⏲ [06:08] Ausrichtung der Achsen eines bewegten Systems - denn sie unterscheidet sich von den Achsen des Ruhebeobachters!
  8. ⏲ [08:55] Relativität der Gleichzeitigkeit & Gleichortigkeit - jeder Beobachter nimmt sie unterschiedlich wahr.
  9. ⏲ [09:45] Winkel zwischen Orts-und Zeitachsen
  10. ⏲ [10:37] Hyperbel für die Skalierung der bewegten Zeitachse - mit einer Einheitshyperbel wird "1 Zeiteinheit" für den bewegten Beobachter konstruiert.
  11. ⏲ [12:21] Hyperbel für die Skalierung der bewegten Ortsachse - mit einer Einheitshyperbel wird "1 Längeneinheit" für den bewegten Beobachter konstruiert.
  12. ⏲ [13:17] Zeitdilatation aus Sicht des ruhenden Systems
  13. ⏲ [14:57] Zeitdilatation aus Sicht des bewegten Systems
  14. ⏲ [16:07] Längenkontraktion aus Sicht des bewegten Systems
  15. ⏲ [17:55] Längenkontraktion aus Sicht des ruhenden Systems
  16. ⏲ [18:33] Lorentztransformation graphisch
  17. ⏲ [18:58] Zweidimensionale Bewegung
  18. ⏲ [19:30] Lichtkegel
  19. ⏲ [21:02] Raumartige Ereignisse
  20. ⏲ [21:56] Zeitartige Ereignisse
  21. ⏲ [22:40] Lichtartige Ereignisse
  22. ⏲ [23:40] Zeitliche Reihenfolge der Ereignisse
Video Level 2

Wienfilter (Geschwindigkeitsfilter)

Geschwindigkeitsfilter

In diesem Video lernst Du, wie man mit einem Geschwindigkeitsfilter (Wienfilter) die Geschwindigkeiten geladener Teilchen ausfiltern kann.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [0:15] Versuchsaufbau - Wienfilter besteht im Prinzip aus einem Plattenkondensator mit Abschirmung, einer Teilchenkanone und einem Magnetfeld.
  2. ⏲ [0:45] Lorentzkraft - sie wirkt entgegen der elektrischen Kraft und lenkt Ladungen auf eine Kreisbahn.
  3. ⏲ [01:35] Drei-Finger-Regel - damit bestimmst Du die Richtung der Lorentzkraft.
  4. ⏲ [03:42] Elektrische Kraft - wird durch den Plattenkondensator erzeugt und wird so eingestellt, dass sie der Lorentzkraft entgegen wirkt.
  5. ⏲ [04:36] Funktionsweise des Geschwindigkeitfilters - anhand der Lorentzkraft, Drei-Finger-Regel und der elektrischen Kraft, lernst Du wie ein Wienfilter funktioniert.
Video Level 3

Millikan-Experiment

Millikan-Experiment

Hier lernst Du Millikan-Versuch mit coolen Animationen! Vom Versuchsaufbau, über Schwebemethode und Gleichfeldmethode, bis zur Auswertung.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [0:15] Versuchsaufbau - alles, was Du für den Millikan-Versuch brauchst. Vom Plattenkondensator bis zum Zerstäuber.
  2. ⏲ [1:33] Grundlagen - damit Du Millikan-Versuch besser verstehst! Dazu werde beispielsweise alle 4 wirkenden Kräfte vorgestellt: Schwerkraft, Elektrische Kraft, Stokessche Reibungskraft und Auftriebskraft.
  3. ⏲ [6:15] Schwebemethode - hier ermittelst Du die Steiggeschwindigkeit und die Fallgeschwindigkeit bei ausgeschaltetem Plattenkondensator.
  4. ⏲ [11:30] Gleichfeldmethode - hier ermittelst Du ebenfalls die Steig- und Fallgeschwindigkeit; jedoch bei konstant gehaltener Spannung.
  5. ⏲ [14:37] Elementarladung & Weiterführendes - nachdem der Millikan-Versuch durchgeführt wurde, ergibt sich ein Diagramm, welches diskrete Verteilung der Ladungen von Öltröpfchen zeigt. Hier wirst Du auch die Elementarladung ablesen können. Außerdem wird Cunningham-Korrektur, sowie Fadenstrahlrohr und Hall-Effekt erwähnt.
Video Level 2

Hall-Effekt

Hall-Effekt

Erklärung des physikalischen Hall-Effekts: wie Hall-Spannung durch Lorentzkraft verursacht wird und wie eine Hall-Sonde funktioniert.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [0:11] Grundlegende zum Hall-Effekt.
  2. ⏲ [02:09] Herleitung - hier wird Dir die mathematische Herleitung der Hallspannung & Hall-Konstante gezeigt.
  3. ⏲ [06:41] Hallsonde - hier gibts eine Erklärung der Hallsonde und kurze Info zur Hall-Konstante.
Video Level 2

Lorentzkraft

Lorentzkraft

Hier lernst Du Lorentzkraft kennen - magnetische Kraft und elektrische Kraft. Erklärung der Formel, sowie veranschaulichende Beispiele.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:16] Was ist Lorentzkraft?
  2. ⏲ [01:55] Elektrische Kraft
  3. ⏲ [03:17] Magnetische Kraft - Eintritt der Ladung parallel, schräg und senkrecht zum Magnetfeld.
  4. ⏲ [10:44] Beispiele zur Lorentzkraft - Leiterschaukelversuch, Bewegung einer Metallstange im Magnetfeld und zwei stromdurchflossene Leiter.
  5. ⏲ [13:54] Anwendungen & Relativitätstheorie - hier erkläre ich dir qualitativ Lorentzkraft relativistisch.
Video Level 3

Massenmittelpunkt (Schwerpunkt)

Massenmittelpunkt

Hier lernst Du, den Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) eines ausgedehnten Körpers experimentell und rechnerisch zu berechnen.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:20] Grundlagen + Beispiele
  2. ⏲ [03:36] Massenmittelpunkt bestimmen
  3. ⏲ [06:29] Rechenbeispiel
Video Level 3

Lenz-Regel

Lenz-Regel

Hier lernst du, was Lenzsche Regel ist und wie man zum Beispiel Induktionsstrom-Richtung bestimmt, die durch Lenzsche Regel festgelegt ist.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:04] Was besagt die Lenz-Regel?
  2. ⏲ [1:34] Leiterschaukel
  3. ⏲ [5:00] Energieerhaltung
  4. ⏲ [6:00] Beispiele
  5. ⏲ [9:42] Anwendungen
Video Level 2

Drei-Finger-Regel

Drei-Finger-Regel

Mit der drei-Finger-Regel (auch UVW-Regel genannt) kannst Du beispielsweise mit der linken Hand die Richtung der Lorentzkraft bestimmen.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:15] Stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld
  2. ⏲ [04:41] Übungen zur Drei-Finger-Regel
Video Level 3

Foucault-Pendel

Foucault-Pendel

Hier lernst Du, wie Foucaultsches Pendel mit Corioliskraft erklärt und wie damit Erddrehung nachgewiesen werden kann.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:00] Kurze Geschichte der Erdrotation
  2. ⏲ [02:23] Erklärung des Foucaultschen Pendels
Video Level 3

Energieerhaltungssatz

Energieerhaltungssatz

Hier lernst Du, was Energieerhaltungssatz bzw. Energieerhaltung aussagt. Also wie die Energie zeitlich erhalten bleibt.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [0:43] Geschichte der Energieerhaltung
  2. ⏲ [6:44] Kraftfeld & Arbeit
  3. ⏲ [10:55] Potentielle Energie & kinetische Energie
  4. ⏲ [15:36] Beweis: Energieerhaltungssatz
  5. ⏲ [19:57] Beispiele zur Energieerhaltung - Freier Fall , Schiefe Ebene, Fadenpendel, Loopingbahn
Video Level 2

Photoelektrischer Effekt (Photoeffekt) - ausführlich

Photoelektrischer Effekt

Ausführliche Erklärung des Photoeffekts und mit visueller Unterstützung. Innerhalb von 50 Minuten versuche ich dich mit dem Photoeffekt vertraut zu machen.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:57] Geschichtliche Entwicklung des Photoeffekts
  2. ⏲ [14:01] Versuchsaufbau
  3. ⏲ [18:53] Versuchsdurchführung
  4. ⏲ [27:05] Erklärung des Photoeffekts
  5. ⏲ [35:51] Praktische Anwendungen
  6. ⏲ [38:13] Beispielaufgabe: Planck-Konstante bestimmen
  7. ⏲ [40:23] Weitere Fakten über den Photoeffekt
  8. ⏲ [44:20] Widersprüche zur klassischen Wellentheorie
  9. ⏲ [45:48] Neue Forschungsergebnisse zum Photoeffekt
Video Level 2

Kopenhagener Deutung

Kopenhagener Deutung

Kopenhagener Deutung - eine der mehreren Interpretationen der Quantenmechanik, die den mathematischen Formalismus interpretiert.

Inhalt des Videos

Kopenhagener Deutung - eine der mehreren Interpretationen der Quantenmechanik, die in den Schulen und Universitäten so gelehrt wird, als gäbe es keine Alternativen... In diesem Video lernst du die Merkmale der dominierenden Kopenhagener Deutung kennen. Sie wurde hauptsächlich von den Vätern der Quantenmechanik, Niels Bohr und Werner Heisenberg formuliert und basiert auf Wahrscheinlichkeit, die nicht mit der klassischen Wahrscheinlichkeit unseres Alltags vergleichbar ist. Das Ergebnis eines Würfels lässt sich unter der Voraussetzung, dass man alle auf ihn einwirkenden Kräfte kennt, berechnen; während das Verhalten eines Quantenobjekts (z.B. Elektron), sich naturgemäß nicht berechnen lässt. An einem Doppelspalt-Experiment sieht man diese Unvorhersagbarkeit deutlich. Sogar Teilchen sind in der Lage Interferenz am Schirm zu verursachen; vorausgesetzt: sie werden nicht gemessen. Sobald eine Messung stattfindet, verschwindet das Interferenzmuster; weil die Superposition des Quantenobjekts -- laut der Kopenhagener Deutung -- zerstört wird (Kollaps der Wellenfunktion). Ein wichtiger Bestandteil dieser Interpretation neben dem Korrespondenzprinzip, ist auch der Welle-Teilchen-Dualismus. Ein Quantenobjekt, das sich sowohl als ein Teilchen und auch als eine Welle charakterisiert und niemals vorhersagbar ist? Albert Einstein war jedenfalls damit nicht einverstanden, weshalb er mit zwei anderen Physikern das EPR-Paradoxon (Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon) formulierte und eher das Konzept "Verborgene-Variablen-Theorie" verfolgte. Zu diesem Konzept gehört beispielsweise die Bohmsche Mechanik.

Argumentationen

[Alle Argumentationen]

Fragen

[Alle Fragen]
Frage Was ist der Unterschied zwischen aktiver und passiver Transformation?
Frage Warum sind manche Materialien transparent und andere nicht?
Frage Wie funktioniert thermisches Verdampfen (PVD)?
Frage Was ist die akustische Schwebung?
Frage Was bedeutet Kohärenz bei Wellen?
Frage Wie funktioniert das Mach-Zehnder-Interferometer?
Frage Was besagt der Impulserhaltungssatz?
Frage Was ist die kinetische Gastheorie?
Frage Wie entsteht Röntgenstrahlung?
Frage Was ist ein Bravais-Gitter?
Frage Welche Strahlung wird für die Strukturbestimmung eines Kristalls benutzt?
Frage Wenn die Töne beim Dopplereffekt höher werden, wird die Melodie schneller?
Frage In welchem Wellenlängenbereich liegt sichtbares Licht?
Frage Welche Streuprozesse dominieren in Metallen?
Frage Was ist ein Kristall?
Frage Was ist Epitaxie?
Frage Was ist bandgap engineering?
Frage Warum ist sichtbares Licht für Beugungsexperimente an Kristallen ungeeignet?
Frage Hängt die Eigenfrequenz einer harmonischen Schwingung von der Amplitude ab?
Frage Wie regelt ein Fisch seine Tauchtiefe?