Prüfungsprotokolle/Prof. Stahl/Experimentalphysik

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Im Folgenden sind die Prüfungsprotokolle der mündlichen Prüfungen in Experimentalphysik, die bei Prof. Stahl abgelegt wurden.

Inhaltsverzeichnis 1 Protokoll 1 1.1 Kurzinformationen 1.2 Protokoll 2 Protokoll 2 2.1 Kurzinformationen 2.2 Protokoll 3 Protokoll 3 3.1 Kurzinformationen 4 Protokoll 4 4.1 Kurzinformationen 4.2 Protokoll 5 Protokoll 5 5.1 Kurzinformationen 5.2 Protokoll 6 Protokoll 6 6.1 Kurzinformationen 6.2 Protokoll 7 Protokoll 7 7.1 Kurzinformationen 7.2 Protokoll 8 Protokoll 8 8.1 Kurzinformationen 8.2 Protokoll 9 Protokoll 9 9.1 Kurzinformationen 9.2 Protokoll 10 Protokoll 10 10.1 Kurzinformationen 10.2 Protokoll 11 Protokoll 11 11.1 Kurzinformationen 11.2 Protokoll

Protokoll 1

Kurzinformationen

• Semester: SS 2007
• Prüfung: 1. mdl. Bachelorprüfung
• Note: 2,0

Protokoll

Themen: Newtonschen Axiome, Dielektrika/Paraelektrika, Kondensator mit Dielektrikum, Dieselmotor, Michelsonversuch

Die erste Frage war, wo ich denn gerne anfangen würde. Ich ließ es offen und so fragte mich Prof. Stahl nach den Newtonschen Axiomen. Ich nannte alle drei und erklärte sie rudimentär. Dann wurde ich gefragt, wo diese gelten (Inertialsysteme) und was ein Inertialsystem sei. Die Frage nach Scheinkräften kam kurz auf und ich erklärte Zentrifugalkraft und Corioliskraft. Hier sollte ich noch als Beispiel angeben, wie diese wirken, wenn ein Flugzeug am Äquator gen Osten fliegt.

Hierauf erfolgte ein Themenwechsel und ich sollte Para- und Dielektrika erklären - und was bei einem Dielektrikum im Kondensator erfolgen würde. Ich nannte die Abschwächung des E-Feldes und die Änderung der Kondensatorkapazität. Als nächstes war gefragt, was passiert, wenn man ein Dielektrikum in einen Kondensator einbringt. Mir fiel nicht recht etwas dazu ein, also nannte ich die Kraft, die das Dielektrikum in den Kondensator zieht. Das fand er gut, darauf wollte er aber nicht hinaus. Danach erklärte ich, was mit den Ladungen geschähe, wenn der Kondensator noch an der Spannungsquelle hinge (Steigerung der Kapazität -> Erhöhung der Ladung).

Nächster Punkt: Thermodynamik. Frage: Wie funktioniert ein Dieselmotor? Das ist die Frage, die jeder fürchtet, denn darauf hat sich wohl keiner vorbereitet. Ich zeichnete einen Zylinder und versuchte vergebens mein Unwissen zu kaschieren, was nicht recht gelang. Prof. Stahl führte mich aber durch die einzelnen Phasen der Verbrennungsmaschine, sodass ich mit etwas Hilfe in der Lage war, das p-V-Diagramm zu zeichnen (Grundlagen waren hier vorhanden, so unverbereitet war ich dann doch nicht).

Letztes Thema: Michelsonexperiment. Ich hatte mir noch vorher das Wissen über den Aufbau angeeignet und gab dieses preis. Danach stellte er mir einige mir unangenehme Fragen und welche Probleme bei dem Versuch auftauchen könnten (Wellenlänge des Lichts im Nanometerbereich; Ausdehnung des Tisches aber im mm/m*T-Bereich, Erschütterungen am Tisch), die ich zwar größtenteils richtig, aber doch holprig oder nur mit Hilfestellung lösen konnte: Ich wusste nicht, worauf er hinauswollte.

Begründung der Bewertung: Positiv bewertete er mein physikalisches Verständnis und die Möglichkeit umdenken zu können; er hob aber hervor, dass ich in der Anwendung Probleme habe und wohl nicht im Stande sei, das Michelson-Experiment durchzuführen. Insgesamt sehe er aber gutes Potential - eine 2.0 sei ja auch eine gute Note.

Bemerkung meinerseits: Prof. Stahl stellt eine angenehme Prüfungsatmosphäre her und ließ mir noch die Möglichkeit, den Einstieg der Prüfung selbst zu bestimmen, was ich aber nicht annahm. Dies wurde mir nicht zum Verhängnis, denn die Newtonschen Axiome hätte ich wohl auch als Eintiegsthema gewählt. Die Bewertung ist äußerst fair, meines Erachtens ein wenig zu gutmütig - wobei man auch bedenken muss, dass der Dieselmotor nun wirklich kein Thema ist, das man bei der Vorbereitung voranstellt und die Note dann doch gerecht ist. Wäre stattdessen der Carnot-Prozess abgefragt worden, wäre ich besser davongekommen.

Protokoll 2

Kurzinformationen

• Student: Erik Schumann
• Semester: SS 2007
• Prüfung: 1. mdl. Bachelorprüfung
• Note: 2,0

Protokoll

Themen waren cartesischer Taucher, Lecherleitung, Michelson-Morley Experiment und Maxwellgleichungen.

Also angefangen hat er mit der Frage zum Cartesischen Taucher und wieso er denn schwebt. Hierzu hab ich mit der Definition des Drucks und des Auftiebs angefangen und das ganze dann mehr oder weniger mit Prof. Stahl hergeleitet.
Themenwechsel dann zur Lecherleitug. Wie sie denn Aufgebaut ist und wie darauf eine Welle entsteht. Dazu hab ich das Ersatzschaltbild aufgemalt und dann was über stehende Wellen, Strom und Spannungsbäuche, offene und geschlossene Enden erzählt. Er wollte dann noch wissen wie man solch eine Welle erzeugt und da wusste ich vor Aufregung nicht was er denn wollte. Hab daher erstmal gemeint eine Wechselspannung anlegen aber irgendwie hat ihm das nicht gereicht. Er meinte er wollte den Hertzschen Dipol hören, da mit einem Generator solche hohen Frequenzen nicht zu erreichen sind. Das man dazu hohe Frequenzen braucht hat er von mir noch höhren und ich hatte es ihm auch vorher noch hergeleitet.
Wieder Themenwechsel zum Michelson-Morley Experiment. Ich sollte es einmal Aufmahlen und erläutern was man damit Bewiesen hat und wie es denn Funktioniert. Ich hatte mir dieses Thema extra nochmal angesehen und konnte hier auch auf alle Fragen antworten, wie denn die Äthergeschwindigkeit zu messen ist, wie was gemessen und ausgewertet wird und wie man nun weiß, dass es keinen ruhenden Äther gibt... Danach sollte ich die Maxwellgleichungen aufschreiben und erläutern was diese besagen, hab ich auch in Differentieller Form getan und diese dann erläutert. Von hier aus stellte er dann noch Fragen zum Elektischen Feld und wie denn da das elektische Potential hergeleitet wird. Hier hing ich irgendwie ziemlich in der Luft und mich hatte mein Kopf irgendwie im Stich gelassen. Zumindest sollte am Ende herauskommen, das das Elektische Feld ein konservatives Kraftfeld ist und das man von der Kraft über die Arbeit das Potential herleiten kann.

Danach wurde ich dann entlassen und nach kurzer Beratungszeit wurde mir meine Note (2.0) nähergebracht. Manko bei mir war das letzte Thema wo ich irgendwie mächtig auf dem Schlauch stand und das hat Prof. Stahl natürlich gemerkt. Auch bei dem Cartesischen Taucher und bei der Lecherleitung musste er mir ein zweimal auf die Sprünge helfen. Also im ganzen eine faire Bewertung.
Die Prüfungsatmosphäre war angenehm (er meinte mit mir kann man gut diskutieren).

Protokoll 3

Kurzinformationen

• Student: Adam Stephanides
• Semester: SS 2007
• Prüfung: 1. mdl. Bachelorprüfung
• Note: 1,7

Themen waren: Newtonsche Axiome, Maxwellgleichungen, Cartesischer Taucher, Bernoulli

Also die Prüfung hat ganz locker begonnen, er fragt mich zuerst mit welchem Thema ich den am liebsten anfangen würde und ich begann mit den Newtonschen Axiomen. Dazu zeichnete er dann das Beispiel mit der angelehnten Leiter an der Wand und ich sollte ihm die Kräfte und Drehmomente einzeichen. Ausserdem wollte er ein Beispiel zu Actio = Ractio wissen worauf ich ihm den Versuch aus der Vorlesung beschrieb indem sich 2 Personen auf jeweils einem Skateboard gegenseitig an der gleichen Schnur zueinanderzogen womit er auch zufrieden war. Danach wollte er das Funkrionsprinzip zum Cartesichen Taucher erläutert wissen und fragte mich anschließend wieso die barometrische Hlhenformel exponentiell mit der Höhe abnimmt und die Bernoulli-Gleichung proprtional zur Höhe. Zu guter letzt schrieb ich ihm noch die Maxwellgleichungen auf und beschrieb sie jeweils. Achja und die Lentsche Regel wollte er auch noch erklärt wissen.

Insgesamt sehr lockere Atmosphäre. Er hat sich imer gefreut wenn man sich auf Versuche aus der Vorlesung bezog. Bei mir gabs Punkte abzug weil ich bem Beispiel mit der angelehnten Leiter an der Wand nicht auf anhieb alle Drehpunkte einzeichnen und somit das Gleichgewicht der Drehpunkte erklären konnte. Er wollte nämlich wissen unter welchen Bedingungen die Leiter nicht wegrutscht. Nagut, dann viel Erfolg euch bei der Prüfung.

Protokoll 4

Kurzinformationen

• Semester: SS 2008
• Prüfung: 1. mdl. Bachelorprüfung Experimentalphysik I u. II
• Note: 1,0

Protokoll

Themen: Newtonsche Axiome, Induktion, Trägheits- und Drehmoment, statischer Druck

Angefangen wurde mit den newtonschen Axiomen, welche ich aufzählte und kurz erläuterte. Dann ging es darum, in welchen Systemen diese gelten und wie man ein solches Inertialsystem erkennen kann. Es lief darauf hinaus, dass, wenn man die Scheinkräfte außen vor lässt, ein Inertialsystem dadurch definiert ist, dass die newtonschen Axiome gelten und dass man das erste newtonsche Gesetz auch so auffassen kann, dass es besagt, dass Inertialsystem existieren.

Das Induktionsgesetz sollte ich zunächst allgemein aufstellen und dann erklären, wie damit in einem Kraftwerk Strom erzeugt wird. Hierzu habe ich die in einem homogenen Magnetfeld rotierende Leiterschleife herangezogen. Anschließend musste ich noch begründen, wieso in dem Induktionsgesetz ein Minus vorkommen muss, da sonst die Energieerhaltung verletzt würde.

Professor Stahl zeichnete dann eine schräge Ebene auf der zwei Fässer mit gleicher Masse hinab rollen sollten. Ein Fass war homogen gefüllt, das andere innen hohl. Ich sollte sagen, welches Fass schneller unten ankommt.

Schließlich sollte ich noch den statischen Druck in einer Flüssigkeit herleiten und diesen anschließend mit dem barometrsichen Druck vergleichen. Der eine ist linear von der Höhe der Flüssigkeitssäule abhängig, weil die Dichte als konstant angenommen werden kann und der andere verhält sich exponentiell, weil die Dichte eines Gases auch von dem Druck abhängt.

Ich habe meine Note noch gerade so bekommen und der Hauptkritikpunkt war, dass ich teilweise zu mathematisch an die Probleme herangegangen bin (z.B. eine Formel, die ich nicht mehr 100%ig auswendig konnte, dadurch herleiten, dass am Ende die Einheiten passen sollen) und Professor Stahl meinte, ich solle in Zukunft noch mehr darüber nachdenken, wieso dieses oder jenes Gesetz gilt, die Formeln als mehr hinterfragen.

Protokoll 5

Kurzinformationen

• Semester: SS 2008
• Prüfung: 1. mdl. Bachelorprüfung
• Note: 1,7

Protokoll

Themen: Newtonschen Axiome / Inertialsysteme, Auftrieb / kartesischer Taucher, Hallsonde / Schwingkreis, Wärmekapazität

Zunächst durfte ich mir aussuchen mit welchem Thema ich beginnen wollte, ich entschied mich für Newton. Also sollte ich die Newtonschen Axiome erläutern, daran schloss sich natürlich die Frage an, in welchen Systemen das 1. Axiom gilt (Inertialsysteme) und wir diskutierten die Eigenschaften von Interialsystemen und wie man diese von anderen Systemen unterscheiden kann (Scheinkräfte). Als Beispiel brachte Professor Stahl das Flugzeug welches entlang des Äquators nach osten fliegt und ich sollte die Korioliskraft beschreiben.

Dannach gings zur Hydromechanik und ich sollte die Auftriebskraft in einer Flüssigkeit vorrechnen. Dannach kam als Beispiel der kartesische Taucher dessen Funktionsweise ich erläuterte (ohne Rechnung).

Nächstes Thema war die E-Dynamik, mit der Hall-Sonde als Beispiel, hier sollte ich die Funktionsweise erläutern, strauchelte aber ein wenig da ich mir über die Stromrichtung nicht im Klaren war, Prof. Stahl gab mir aber den entsprechenden Tip und ich konnte den Rest herleiten (Formel für die Lorenzkraft und eine Zeichnung genügten ihm).

Dannach sprachen wir noch über den elektrischen Schwingkreis, dafür stellte ich mit der Maschenregel die Differentialgleichung auf und schrieb die Form der Funktion Q(t) auf. Dann fragte er mich wie die Frequenz der Schwingung von Kapazität und Induktivität abhinge, diese Frage brachte mich ein wenig aus dem Konzept da man ja normalerweise einfach die DGL löst und dann die Abhängigkeit rausbekommt aber mit Anleitung konnte ich schlussendlich auch die Frequenz herleiten.

Letztes Thema war dann Thermodynamik in Form der Wärmekapazität, hier schrieb ich kurz die Formel auf und sollte erläutern wovon die Wärmekapazität abhinge (Freiheitsgrade, Stoffmenge). Zum Schluss wollte er noch wissen wie man die Wärmekapazität einer Eisenkugel experimentell bestimmen könne. Da war ich zunächst völlig überfragt da wir in der VL ja eigentlich nur mit der Wk rumgerechnet hatten, ich versuchte ein Experiment zu entwickeln bei dem man der Kugel eine definierte Menge an Energie zuführt und dann die Temperaturänderung misst, fand er wohl nicht ganz schlecht wollte er aber nicht drauf hinaus, so gab er mir dann den Hinweis die Kugel einfach in ein Heißwasserbad zu geben, woraufhin ich dann für dieses System die Temperaturbilanz herleitete.

Dannach wurde ich entlassen und Prof. Stahl beriet sich kurz mit dem Beisitzer um mir dann meine Note zu überbringen (1.7), negativ war ihm aufgefallen, dass ich bei den beiden Experimenten etwas in der Luft hing jedoch hatten ihn meine theoretischen Ausführungen vorher schon überzeugt sodass er Schlussendlich zu dieser Bewertung kam.

Fazit: Die Prüfung lief wirklich so ab wie Prof. Erdmann uns erzählt hatte (auch wenn ich ihm das nicht so recht glauben wollte). Bei den Themen wo ich gut bescheid wusste und flüssig referieren konnte stellte Prof. Stahl auch kaum zwischenfragen sondern überlies mir die Führung des Gesprächs. Bei den Themen bei denen man Probleme hat empfiehlt es sich auf jeden Fall laut zu Denken, damit der Prüfer nachvollziehen kann warum man an einer Stelle nicht weiterkommt.

Protokoll 6

Kurzinformationen

• Semester: SS 2008
• Prüfung: 1. mdl. Bachelorprüfung
• Note: 3,3

Protokoll

Themen: Newtonschen Axiome, schwere/träge Masse =>Gravitationswaage, Bandgenerator, Paramagneten/Dielektrika, Ottomotor

Ich durfte den Anfang bestimmen und nahm auch Newton. Danach sollte ich ein Experiment zur Bestimmung der Masse eines Körpers erklären. Anschließend wurde ich gefragt, wie man experimentell die Gleichheit von schwerer und träger Masse bestimmen kann. Her Stahl wollte mit dieser Frage auf die Gravitationswaage hinaus, die ich ihm dann grob skizzierte und mit kleiner Rechnung über die Drehmomente eine Formel herleitete, mit der man die Gleichheit verifizieren kann.

Dann fragte Herr Stahl nach der Funktonsweise eines Bandgenerators; Wie ist er aufgebaut, was erreicht er und wieso „gehen“ die Ladungen im Inneren der Hohlkugel auf diese über (Faradayscher Käfig) und werden nicht abgestoßen.

Als nächstes wurde ich nach Paramagneten gefragt: Was ist das und was kann man damit machen bzw. weshalb bewirken sie eine Erhöhung der Induktivität. Da ich auf diese Frage nicht gut vorbereitet war, wich der Prüfer auf Para- bzw. Dielektrika aus.

Jetzt waren es nur noch 5 Minuten, was Herrn Stahl nicht davon abhielt, noch zu fragen, wie ein Ottomotor funktioniert. Ich hab dann ein bisschen mit Zylinder etc. rumgestammelt, war hatte aber mit dieser Frage nicht gerechnet. Als Herr Stahl dies merkte, ließ er mich kurz den Carnot-Kreisprozess beschreiben und anschließend sollte ich Analogien herstellen, was mir kaum gelang.

Benotung+Fazit: Herr Stahl ist kein großer Fan von Formeln und Mathe, sondern fragt viel lieber mal nach Experimenten und Funktionsweisen. (Wie zeigt man, dass schwere Masse gleich träger Masse ist? Wieso wandern die Ladungen nicht wieder vom Bandgenerator zurück? Was ist in Paramagneten los? Was passiert im Ottomotor?) Leider hat er mich damit sehr aus dem Konzept gebracht, denn von Herrn Erdmann war ich es gewohnt, erstmal die Formel hinzuschreiben und anhand dieser Vorgänge zu beschreiben. Auch heißt Physiker sein für Herrn Stahl aus Eigeninitiative heraus Dinge zu hinterfragen, womit er Fragen zu Themen begründete, die wir so nicht direkt beim Erdmann behandelten (Ottomotor). Die Benotung ist sehr fair, denn ich hing bei dem Massenexperiment, beim Bandgenerator und im thermodynamischen Kontext habe ich ehrlich gesagt noch nie über den Ottomotor nachgedacht, was sich in vielen „äähs“ widerspiegelte und somit war meine Prüfung nicht sehr angenehm für beide Seiten. Tipp: Lernt auch „für“ den Prüfer; Herr Stahl hat seine Lieblingsthemen, und die scheint er immer wieder hervorzukramen, siehe Protokolle.

Protokoll 7

Kurzinformationen

• Semester: SS 2008
• Prüfung: 1. mdl. Bachelorprüfung
• Note: 2,0

Protokoll

Themen: Newtonsche Axiome, Inertialsysteme, Pohlsches Rad, Kirchhoffsche Gesetze, Temperatur, Wärmeausdehnung

Am Anfang durfte ich mir aussuchen, womit ich anfangen wollte. Ich habe mich für die Newtonschen Axiome entschieden. Als erstes sollte ich diese nennen und er hat mich dann noch danach gefragt, ob man Geschwindigkeiten absolut bestimmen könne und was genau ein Inertialsystem ist. Als zweites sollte ich das Pohlsche Rad erklären. Ich habe dann erstmal die Schwingungsgleichung aufgestellt und die Lösung der DGL angegeben. Dann wollte er noch wissen was bei einer erzwungenen Schwingung passiert. Dann hat er mich noch nach der Amplitude der erzwungenen Schwingung gefragt und was genau Resonanz ist. Da war ich dann unsicher und habe nur noch die Resonanzkurve aus dem Kopf hingemalt und erklärt. Er wollte dann noch wissen wie groß die Resonanzfrequenz genau ist. Da bin ich dann aber nicht mehr drauf gekommen. Als nächstes sollte ich die Kirchhoffschen Gesetze benennen und erklären woher diese kommen und auf eine aufgemalte Schaltung anwenden. Als letztes hat er mich noch gefragt, was Temperatur ist und wie man diese misst. Ich habe dann was von Teilchenbewegung und absolutem Nullpunkt erzählt und ein Quecksilberthermometer erklärt.

Fazit: Die Atmosphäre in der Prüfung war recht angenehm und die halbe Stunde war sehr schnell um. Er hat bei mir bemängelt, dass ich das ganze zwar mathematisch zwar alles sehr gut herleiten könnte, aber ich meine Ergebnisse noch mehr hinterfragen müsste.

Protokoll 8

Kurzinformationen

• Student:: D.M.
• Semester: SS 2008
• Prüfung: 1. mdl. Bachelorprüfung
• Note: 1,0

Protokoll

Themen: Maxwellgleichungen, Verschiebungsstrom, Elektrische Kräfte, Corioliskraft, Entropie bzw. zweiter Hauptsatz, spez. Relativitätstheorie

• selbstgewähltes Startthema: Maxwellgleichungen

Ich habe die vier Maxwellgleichungen jeweils in Differential- und Integralform aufgeschrieben, den verknüpfenden Integralsatz genannt und eine kleine erläuternde Skizze gemalt. Zum Amperéschen und Gaußschen Gesetz hab ich noch kurz das Standardbeispiel mit dem E-Feld einer Punktladung und dem B-Feld eines Stromdurchflossenen Drahtes vorgerechnet. Bis hier war alles mehr oder weniges ein ungesteuerter Vortrag von mir. Nun wollte Herr Stahl von mir etwas genauer den Maxwellschen Verschiebungsstrom erklärt bekommen. Ich habe die Schaltung mit dem Kondensator aufgezeichnet, kam bei der Anwengung des Ampereschen Gesetzes jedoch ein wenig ins Straucheln. Mit ein wenig Nachhilfe (wo der Integrationsweg bzw. die Integrationsfläche liegt) konnte ich aber doch noch erklären, wo der Verschiebungsstrom herkommt. Auf mein Angebot, nun noch das Faradaysche Induktionsgesetz am elektrischen Generator zu präsentieren, ging Herr Stahl nicht ein.

• Coulombkraft

Nun wollte er wissen, wie man die Kraft, die im Coulomb-Gesetz steht denn praktisch messen kann. Ich entwarf auf dem Papier eine Versuchsanordnung, wo zwei Kugeln mit einer Federwaage verbunden werden. Nach Herrn Stahls Hinweis, dass die Auslenkung der Feder wahrscheinlich zu klein zum Messen sei, habe ich eine Cavendish-Waage (Gravitationswaage) aufgezeichnet, wo anstatt der Gravitationskraft jetzt eine Coulomb-Kraft zwischen den Kugeln wirkt. Dabei habe ich kurz die angreifenden Drehmomente (Torsions im Faden und Drehmoment wegen Coulomb-Kraft) gezeigt und erklärt.

• Corioliskraft

Als nächstes Thema kam Mechanik und ich bot ihm an, über die Keplerschen Gesetze zu sprechen, was Herr Stahl aber ablehnte. Stattdessen wollte er wissen, welche Kräfte auf ein Flugzeug wirken, das sich am Äquator der Erde in Richtung Osten bewegt. Ich schrieb die Gleichung für die Corioliskraft auf, verwechselte dabei r mit omega und kam zu dem falschen Schluss, dass das Flugzeug nach Süden abgelenkt wird. Nachdem Herr Stahl mich auf einen Fehler in der Formel aufmerksam gemacht hatte, korrigierte ich diese und konnte anschließend korrekt zeigen, dass das Flugzeug durch die Corioliskraft schwerer wird.

• Entropie

Als nächstes malte Herr Stahl mir eine Kiste mit zwei getrennten Kammern auf. In die erste Kammer zeichnete er zudem einige Gasmoleküle ein und fragte mich, was pasiert, wenn man die Trennwand entfernt. Ich erklärte, dass sich die Gasmoleküle gleichmäßig in der ganzen Kammer verteilen und dass dies mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und der Entropie zusammenhängt. Ich schrieb dazu noch die Boltzmanngleichung S=k*ln(Omega) auf, und konnte an einem kleineren selbstgemalten Kasten (mit mit nur zwei Gasmolekülen drin kurz erklären), wie das mit den Realisierungsmöglichkeiten eines Zustandes zusammenhängt.

• spezielle Relativitätstheorie

Herr Stahl fragte mich, was passiert, wenn man einen Körper sehr lange mit einer sehr starken Beschleunigung beschleunigt. Ich nannte relativistische Massenzunahme, Längenkontraktion und Zeitdilatation, nannte das Einsteinsche Postulat zur Vakuumlichtgeschwindigkeit und deren Bedeutung als Obergrenze für Geschwindigkeiten und schrieb ein oder zwei Gleichungen für die relativistische Massenzunahme auf. Zuletzt zeichnete Herr Stahl eine Kugel auf, die im homogenen Schwerefeld fällt. Ich sollte ihm nun erklären, wieso diese Kugel nicht bis auf eine unendliche Geschwindigkeit beschleunigt, da die Fallbeschleunigung ja nicht von der Masse des Körpers (und damit auch nicht von der relatvistischen bewegten Masse) abhängt. Hierzu wollte er hören, dass die bewegte Masse die träge Masse ist. Die schwere Masse hingegen ändert sich nicht dabei. Dies habe ich allerdings nicht so schön hinbekommen, sondern konnte nur noch erahnen, dass es etwas mit schwerer und träger Masse zu tun hat. Danach beendete Herr Stahl das Prüfungsgespräch.

Insgesamt findet die Prüfung in einer sehr lockeren und freundlichen Atmosphäre statt und wenn man einmal hängt, hilft Herr Stahl auch mit kleinen Tipps weiter, mit denen man dann die Problemstellen überwinden kann. Die Prüfung endete dann mit der Bemerkung "Ja, so macht prüfen Spaß." und der Frage, ob ich nicht Lust hätte, bei ihm mal was in Richtung Undergraduate Funds zu machen.

Tipps:

• Durch die Frage: "Womit möchten Sie anfangen?" bekommt man gewissermaßen einen Joker in die Hand, mit dem man ein ganzes Themengebiet umschiffen kann, dass man nicht 100%ig drauf hat. Beispiel: Ich habe mit den Maxwellgleichungen angefangen, die ich mir vorher fast komplett auswendig mit allem, was ich dazu erklären wollte, eingeprägt habe (Beispiele, Zeichnungen, etc.). Nachdem ich damit fertig war, war schon fast ein Drittel der Zeit um, und es blieb praktisch nix anderes mehr übrig, als mit dem nächsten Themengebiet anzufangen. Dadurch wurde ich von Schwingkreisen, Kondensatoren und ähnlichem aus der Elektrodynamik verschont, wo ich wahrscheinlich ziemlich gestrauchelt wäre.
• Zwischendurch immer selbst aktiv werden und ständig neue Themen oder Beispiele zumindest versuchen anzubieten. Auf diese Weise merkt der Prüfer, dass Wissen vorhanden ist, das präsentiert werden möchte. ;-)

Protokoll 9

Kurzinformationen

• Semester: SS 2008
• Prüfung: 1. mdl. Bachelorprüfung
• Note: 2,3

Protokoll

Themen: Newtonschen Axiome, Drehmomente/Drehimpulse/Drehkreiselkompass, Coulomb Waage, Thermodynamik/Kreisprozess, Relativitätstheorie

Wie bei meinen Vorgängern auch war die erste Frage, wo ich denn gerne anfangen würde. Ich bat ihm 3 Themengebiete an "Newton,Maxwell,Thermodynamik". Er sagte es wäre voll und ganz meine Entscheidung.

1.Newton + Drehmomente Also nahm ich "Newton", weil ich dachte fängst du am besten mit etwas einfachem an. Das Erklären ging sehr gut. Ich zählte die Gesetze auf, erklärte ihre Bedeutung und gab sogar Beispiele. Das schien ihm zu gefallen. Dann brachte er das Beispiel mit der an der Wand gelehnten Leiter und ich musste erstmal schlucken.Drehmomente sind mein absolutes Hassthema. Leider hatte ich mir die Leiter am Vortag nur sporadisch angeguckt. Also fing ich an Kräfte und Drehmomente einzuzeichnen und leitet die Analogie zwischen gradlinigen und Drehbewegungen her(Trägheitsmoment der Drehbewegung entspricht der Masse der gradlinigen,Winkelgeschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit,etc).Er machte ein bis zwei Korrekturen(ich hatte vergessen die reactio der Menschenmasse auf den Erdmittelpunkt einzuzeichnen),aber ansonsten wieder einen recht zufriedenen Eindruck.Ich dachte ich hätte das schlimmste hinter mir, doch es kam noch viel schlimmer. :)

2.Drehkreisel Er fragte mich: "Wissen sie was ein Drehkreiselkompass ist?". Ich hatte sowas von keine Ahnung und wurde sichtlich nervöser. Allein das Wort "Kreisel" brachte mich aus dem Konzept, weil ich diesen kategorisch ausgeschlossen hatte. Ich antwortete mit einem Nein und er zeichte ein Skizze. "Es handelt sich um einen Kreisel dessen Drehachse ebenfalls drehbar gelagert ist.Dreht man den Kreisel an richtet er sich nach kurzer Zeit automatisch nach Norden aus.Können sie mir erklären warum?".Ich überlegte einen Moment,sagte ihm dann aber, dass ich das auf Anhieb nicht könne ,erklärte ihm aber trotzdem meinen Ansatz. Ich sagte, dass es vermutlich mit der Erdrotation zu tun habe und konnte den Drehimpuls des Kreisels einzeichnen. Dann wusste ich nicht weiter. Er wartet zwei Minuten sagte die Ansätze seien gut,dann gab er mir eine neue Zeichnung. Diesmal die Erde und der Kompass der sich am Äquator befand.Ich sollte die Drehimpulse einzeichnen was ich auch konnte. Dennoch brachte es mich nicht weiter. Er machte Andeutungen bezüglich der Drehbewegungsgleichungen die ich aufgestellt hatte, aber auch das brachte mich nicht weiter, ich hatte keine Ahnung was er von mir wollte. Im Endeffekt lief es darauf hinaus das durch die Erdrotation ein Drehmoment auf den mitgedrehten Kompass wirkt und dieses angreifende Drehmoment den Drehimpuls ändert. Das ganze Sache hatte fast 15 Minuten gedauert und endlich zeigte er Erbamen.

3. Coulombwaage Neues Thema.Er fragte nach der Coulombkraft und wie man sie messen kann. Ich leitet sie kurz wie im Skript her (fällt mit r^2,proportional zu den Ladungen,etc) und erklärte das man sie ähnlich einer Gravitationswaage messen kann. Anschließend hab ich das Experiment aufgemalt und erklärt. Er war voll zufrieden und wechselte das Thema.

4.Thermodynamik Thermodynamik.Er fragte nach einem Kreisprozess und ich erzählte ihm von Carnotkreisprozess. Ich zeichnete ein pV Diagramm zeichnte nach und nach die Schritte ein und erklärte sie währenddessen.Die Erklärungen stimmten, doch in der Aufregung hatte ich mir eine Schnitzer geleistet.Ich hatte isochoren statt Adiabaten eingezeichnet und bekam prompt eine Nachfrage, wie denn die isochore Abkühlung funktioniere. Ich erklärte ihm ,dass es sehr lange dauert und deswegen dieser Prozess auch in der Praxis keine Anwendung findet. Er grinste und sagte mir: "Vielleicht liegt es auch einfach nur daran, dass es sich um Adiabaten handelt!". Schnell korrigierte ich meinen Fehler.Er wollte noch wissen wie man eine Adiabatische expansion umsetzt. Entweder schnelles Rausziehen oder gute Isolation.

5.Relativitätstheorie Die halbe Stunde war eigentlich schon vorbei dennoch kam er noch auf die Relativitätstheorie zu sprechen und wollte wissen was diese denn ausmacht. Ich erzählte von Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, die Äquivalenz von Masse und Energie,usw. Zum Schluss stellt ernoch eine Fangfrage: Wenn F=m*a gilt wie groß muss die Beschleunigung sein, einen Ball in einem nahe der Lichtgeschwindigkeit fliegenden Raumschiff zu werfen.a=F/m doch welches m? m0 oder gamma*m0? Die Antwort ist das Raumschiff ist das Ruhesystem des Balls dementsprechen braucht ein Werfer im Raumschiff die ganz normale Masse. Damit beendet er die Prüfung nach knapp 37 Minuten und schickte mich raus.

Benotung Als ich wieder reinkam verkündete er mir meine Note (2,3) und fragte ob ich zufrieden sei. Eigentlich war mein selbst gestecktes Ziel eine 1,7-2,0 aber nachdem Verlauf der Prüfung war ich heilfroh noch eine 2,3 bekommen zu haben. Er sagte mir, dass ihm meine generelle Herangehensweise sehr gut gefallen hätte und dass ein pysikalisches Verständnis klar erkennbar war. Dennoch müsste er auch Wissen und letztendlich auch Ergebnisse bewerten.Er sagte,dass er mir mehrmals beim Kreisel behilflich sein musste und der Schnitzer beim Carnotkreisprozess nicht hätte sein dürfen.

Zusammenfassung Allem in allem war es eine sehr angenehme Prüfungsatmosphäre. Wobei Prof. Stahl ab und zu dazu neigt Fragen zu stellen, die einen mehr verunsichern als behilflich sind. Besonders wichtig ist es laut zu denken und Stück für Stück die Vorgehensweise zu erläutern.Generell ist es sehr hilfreich die Themen der Protokolle zu lernen, da diese immer mal wieder auftauchen(siehe Leiter oder Dieselmotor). Ganz wichtig und das war wohl auch meine Fehler ist: Wählt das Anfangsthema richtig. Ich hätte im nachhinein doch besser mit Maxwell angefangen, weil man darüber wesentlich länger referieren kann und eine Verknüpfung der Themen Richtung Drehmomente,Drehimpulse nicht so leicht gewesen wäre. Man solte sich also nicht nur sein Lieblingsthema oder irgendein leichtes aussuchen sondern auch darauf achten das keine Verbindung zu einem der verhassten Themen besteht. Die Bewertung ist meiner Meinung nach mehr sehr fair.

Protokoll 10

Kurzinformationen

• Semester: SS 2010
• Prüfung: 1. mdl. Bachelorprüfung
• Note: 1,0

Protokoll

Themen: Maxwell-Gleichungen, elektro-magnetische Welle, Polarlicht, Kreisel (Kreiselkompass + Präzession, Nutation), Relativitätstheorie

Wie immer beim Herrn Stahl: "Womit möchten sie anfangen?"

• Maxwellgleichungen

Als erstes habe ich die 4 Maxwellgleichungen in integraler und differentieller Form aufgeschrieben und dabei die Lenz'sche Regel und das Fehlen von magnetischen Monopolen erwähnt. Leider wusste ich nicht mehr genau das Zeichen für die Stromdichte, aber ich konnte sagen, dass dort die Stromdichte hingehört. Herr Stahl meinte dann auch, dass das Zeichen unwichtig ist, wichtig war nur, dass ich wusste, dass dort das Zeichen für die Stromdichte hingehört und mein zuerst geratenes Rho nicht ganz so günstig gewählt ist wegen der Ladungsdichte. Danach fragte Herr Stahl mich, warum bei der differentiellen Form der ersten beiden Gleichungen die partielle Ableitung nach der Zeit vorkommt und bei der integralen Form nicht (Feld hängt von Zeit und Ort ab, beim Fluss ist der Ort fest) und wie und wo man an den Maxwellgleichungen sieht, wie sich elektromagnetische-Wellen im Vakuum ausbreiten. Habe dann erwähnt, dass z.B. am Herz'schen Dipol erstmal ein elektrisches Feld ensteht, dessen Änderung dann wieder ein magnetisches Feld erzeugt usw. und auf die zeitlichen Ableitungen in den ersten beiden Maxwell-Gleichungen verwiesen.

• elektro-magnetische Welle

Herr Stahl nahm das Beispiel dann direkt auf und fragte mich, wie das Feld eines solchen Herz'schen Dipol denn aussieht. Ich habe die Richtungen von E- und B-Feld erwähnt und das nach oben und unten nichts abgestrahlt wird. Dann sollte ich die Formel für das E-Feld einer el.-magn. Welle aufschreiben ( ) und dann erklären, was k ist und was Omega ist und wie E_0 aussieht, womit ich dann linear polarisierte und zirkular (Wort hatte ich leider auch vergessen) polarisierte und gar nich polarisierte Wellen beschrieben habe. Dann wurde ich noch gefragt, was dann elliptisch polarisierte Wellen sind. Als nächstes fragte Herr Stahl, wovon denn die Geschwindigkeit der Welle abhängt, worauf ich meinte, dass es vom Material abhängt und im Vakuum jede elektro-magnetische Welle sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Dann sollte ich die Geschwindigkeit mit k und Omega ausdrücken. Hab das leider in der Nervosität vergessen mir dann aber schnell über die Formeln für Omega und k hergeleitet. Abschließend zu dem Thema kam die Frage, ob sich das elektrische Feld in jede Richtung bewegen kann. Ich hatte die Frage erst falsch verstanden und meinte "Ja", aber Herr Stahl wollte die Antwort in Bezug auf haben, sodass ich dann noch erwähnt habe, dass das elektrische Feld immer senkrecht auf k und somit zur Ausbreitungsrichtung steht.

• Polarlicht

Zum Thema Felder sollte ich dann noch erklären, wie das Polarlicht entsteht. Habe dann ein enstprechendes Bild gemalt und kurz das B-Feld der Erde erklärt und dass die geladenen Teilchen dann auf Spiralen um die B-Feldlinien sich Richtung Pole bewegen und dort die Luft zum Leuchten anregen. Dann sollte ich noch den Weg eines solchen Teilchens einmalen und habe noch erwähnt, dass viele Teilchen durch das inhomogene B-Feld wieder von den Polen weggedrückt werden und somit der Van-Allen-Gürtel entsteht.

• Kreiselkompass + Präzession, Nutation

Dann gabs (endlich) einen Themenwechsel zur Newton'schen Mechanik und ich sollte erklären, wie ein Kreiselkompass funktioniert. Habe quasi 1 zu 1 das Bild und die Beschreibung von Wikipedia benutzt und Herr Stahl fragte dann nur noch, ob die Achse denn in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet bleibt, wenn sie diese erstmal erreicht hat. Ich sagte, dass es noch über die Endlage hinüberschwingen wird, man dies über entsprechende Dämpfung aber minimieren kann. Und dann sollte ich noch allgemein sagen, was wir noch für Bewegungen bei Kreiseln kennengelernt haben, worauf ich Präzession und Nutation kurz beschrieben habe.

• Relativitätstheorie

Herr Stahl begann das Thema mit der Frage, warum man denn nun im Gegensatz zu Newton vom 4-dimensionalen Raum spricht. Ich meinte, dass man z.B. mit der Lorentztransformation sowohl Zeit als auch Ort beachten muss, wenn man z.B. den Ort in einem bewegten Bezugssystem ausrechnet, während bei Newton die Zeit komplett getrennt vom Ort war. Dann sollte ich aufschreiben, was ich meinte und habe dann die Lorentztransformation für x' aufgeschrieben. Hatte mich da aber erst vertan (statt v*t habe ich beta*t geschrieben), wobei Herr Stahl zunächst den Anschein gemacht hat, als wäre das richtig, bis ich dann bemerkt und gesagt habe, dass das von den Einheiten her nicht stimmen kann. Habe es dann zu v*t korrigiert, wobei Herr Stahl dann auch erst meinte, dass das falsch wäre (da war ich ziemlich ratlos ^^), dann aber doch bemerkt, dass es richtig ist. Als nächstes kam die Frage, woher man denn experimentell weiß, dass die Lorentztransformation stimmt und ich habe da das Beispiel mit den Myonen in der Atmosphäre, die bis zur Erde kommen erwähnt (aus beiden Bezugssystemen). Ganz zum Schluss kam dann das Gedankenexperiment mit dem Stangenträger. Ich habe dabei beschrieben, dass es einen Läufer mit einer 20 m langen Stange gibt, der durch eine 10 m Garage laufen will und ob man die vordere und hintere Tür gleichzeitig schließen könne und dann das Paradoxon mit der Relativität der Gleichzeitigkeit aufgelöst. Herr Stahl meinte, dass das Original von Einstein wohl nur eine 10 m Stange und einer 5 m Garage (aber das ist eher unwichtig ;) ) war und es nur eine Tür gibt. Ich habe dann erwähnt, dass es keine starren Körper gibt und die Stange gestaucht wird, bis sie reinpasst und das wollte er auch hören.

• Fazit

Bis auf ein paar kleine Flüchtigkeitsfehler bei den Maxwellgleichungen und der Lorentztransformation lief es richtig gut und hatte auch ein gutes Gefühl. Wichtig ist, das ihr immer sagt, wenn euch selber ein Fehler auffällt und laut darüber nachdenkt. Dann stört es Herr Stahl auch nicht, dass ihr einen Fehler gemacht habt. Formeln sind ihm auch nicht so wichtig (also die wichtigen sollte man natürlich kennen), wie das Verständnis dahinter. Und ihr habt Papier und (farbige) Stifte. Wenn ihr etwas aufmalen wollt, um es zu erklären, macht das!

Protokoll 11

Kurzinformationen

• Semester: SS 2011
• Prüfung: 1. mdl. Bachelorprüfung
• Note: 1,0

Protokoll

Themen: Maxwell, Transformator, Scheinkräfte, Kreiselkompass, Ottomotor, Zwillingsparadoxon

Wie immer bei Prof. Stahl durfte ich mir ein Thema aussuchen, mit dem ich anfange und habe mich dann für Herrn Maxwell entschieden. Also schrieb ich die Maxwell-Gleichungen hin. Ich war etwas nervös und hab ein paar Details verbockt, danach war ich dann im Stoff drin. Ich sollte ein Beispiel für das Induktionsgesetz angeben (rotierende Leiterschleife). Als nächstes dann der Transformator: ich malte einen quadratischen Eisenkern mit zwei Spulen. Ich wollte eigentlich schon mit Fluss und Spannungen argumentieren, doch er wollte lieber wissen wie der Eisenkern beschaffen ist. Was?! Prof. Stahl erklärte mir, dass der nicht aus einem Eisenblock, sondern aus elektrisch isolierten Blechen besteht. Ich konnte dann mit etwas Nachhilfe erklären, dass man damit Wirbelströme unterbindet und die sinnvolle Ausrichtung der Eisenplatten angeben.

Dann gab es einen Themenwechsel zur Mechanik und ich musste die Scheinkräfte erklären. Ich gab einfach die Formel aus Theo I an, inkl. der Terme, die sonst immer wegfallen, was ihn offenbar etwas beeindruckte. Zentrifugalkraft und Corioliskraft habe ich dann am Beispiel der Erde erklärt und konnte auf Prof. Stahls Aufforderung hin auch den Kreiselkompass korrekt erklären.

Anschließend musste ich einen Motor meiner Wahl erläutern, ich nahm also den Ottomotor. Ich habe das pV-Diagramm gezeichnet und bin an diesem Schrittweise durch die 4 Takte des Motors gegangen. Anschließend fragte er, ob das so vollständig ist und meinte nach verdutzten Blicken meinerseits, dass beim Austausch des Arbeitsgases der Kolben bei gleichem Druck (Ventile geöffnet) sein Volumen erst verkleinert und dann vergrößert. Er hat dann entsprechend am tiefsten Punkt der Kurve eine Parallele zur V-Achse ergänzt. Bin ich nicht drauf gekommen; fand ich aber auch komisch, weil durch das geöffnete Ventil das Volumen des Gases ja nicht mehr auf den Zylinder begrenzt ist. Dann fragte er mich, wie so ein Zylinder denn aussieht und wollte auf die Kühlrippen hinaus. Wie das denn dazu passen würde, dass der Prozess adiabatisch ist? Ich habe dann argumentiert, dass für den Wärmeaustausch mit dem Gas keine Zeit ist und es deshalb adiabatisch ist und die Kühlung nur notwendig ist, damit sich der Zylinder nicht zu stark aufheizt, was er dann auch gut fand.

In den letzten 5 min wollte er mich dann richtig testen und hat mit Relativitätstheorie angefangen und zwar über das hinaus, was wir in der Vorlesung behandelt haben, sogar allg. Relativitätstheorie. Ich sollte das Zwillingsparadoxon erklären, was ja darauf basiert, dass an dem Umkehrpunkt des Raumschiffs eine Beschleunigung stattfindet und somit die allg. Relativitätstheorie anzuwenden ist. Danach ging es um die Frage, wie dieser Effekt auf der Erde zu messen sei. Ich brachte das Beispiel mit Flugzeugen mit Atomuhren. Auf die Frage, wie sich der Effekt auf die Zeit durch Gravitation (allg. R.) und Zeitdilatation durch Bewegung (spez. R.) auseinander halten lässt, wusste ich so recht keine Antwort, obwohl die Lösung (einmal mit der Erdrotation und einmal gegen sie fliegen) eigentlich auf der Hand lag.

Insgesamt hatte ich nach der Prüfung ein eher durchwachsenes Gefühl. Die Notenfindung hat dann aber nur ganz wenige Minuten gedauert und mir wurde die glatte 1 zu meiner Überraschung mitgeteilt. Prof. Stahl meinte, man würde merken, dass ich mitdenke und bot mir dann sogar an, mich bei Interesse für ein Undergraduate Project bei ihm zu melden.

Insgesamt war es eine sehr angenehme Prüfungsatmosphäre. Es macht überhaupt nichts, wenn man auf eine Frage keine Antwort weiß. Dann empfiehlt es sich, laut zu denken; so merkt der Prüfer, dass man mitdenkt und kann ggf. die Überlegung in die richtige Richtung steuern.