Physikpraktikum für Studierende der Human-, Zahn-, molekularer Biomedizin, Biologie und Pharmazie

Das Physikpraktikum baut inhaltlich auf der Vorlesung "physik021: Physik für [...] Biologen [...] Human- und Zahnmediziner, Molekulare Biomediziner und Pharmazeuten" und den (je nach Studiengang) dazu angebotenen Übungen auf.
Neben der Vertiefung der dort vermittelten Kenntnisse über Physik sollen im Rahmen des Praktikums vorrangig diverse experimentelle Kompetenzen erworben werden. Dies umfasst insbesondere sauberes und strukturiertes Arbeiten, die effiziente Datenerfassung in einer vorgegebenen Zeit sowie deren geeignete Auswertung.

Sommersemester

Semesterkurs 2022: eCampus
Semesterkurs 2023: eCampus
Semesterkurs 2024: eCampus

Wintersemester

Semesterkurs 2022/23 und Blockkurs 2023 (für Biolog*innen): eCampus
Semesterkurs 2023/24 und Blockkurs 2024 (für Biolog*innen):  eCampus

Informationen

  • Der Kurs für Studierende der Human-, Zahn- und molekularen Biomedizien sowie der Pharmazie findet semesterbegleitend im Sommer- und Wintersemester statt.
  • Der Kurs für Studierende der Biologie (Blockkurs) findet in der vorlesungsfreien Zeit zwischen Winter- und Sommersemester statt.
  • Sollten noch Plätze frei sein, so können in Ausnahmefällen können auch Studierende der "falschen" Fachrichtung den jeweils anderen Kurs belegen. Allerdings besteht kein Anspruch auf diese Plätze!
  • Am Physikpraktikum für Mediziner, Zahnmediziner, Pharmazeuten und Molekulare Biomediziner können Studenten der jeweiligen Fachrichtung teilnehmen, die im Namen des Praktikums genannt sind und die an der Uni Bonn (in diesen Fächern!) eingeschrieben sind.
  • Für Studenten der Biologie muss vorher die Klausur am Ende der Vorlesung physik021 bestanden werden.
  • Zwingend notwendig für die Teilnahme am Praktikum ist eine Anmeldung in BASIS (ab WS19/20). Zusätzlich sollten Sie sich bei eCampus möglichst früh für den jeweiligen Kurs (Links siehe oben) anmelden. Alle weiteren relevanten Informationen finden Sie dann dort.
  • Die Anmeldung bei eCampus ersetzt NICHT die Anmeldung in BASIS.
  • Wir halten Plätze entsprechend der Kapazität ihres Studiengangs vor und verteilen reguläre Studenten und Wiederholer entsprechend der jeweiligen Studienordnungen auf diese Plätze. Wer sich verspätet anmeldet, kommt auf eine Warteliste, ein Praktikums-Platz kann dabei nicht garantiert werden.
  • Die Platzvergabe der für die jeweiligen Fächer vorhandenen Praktikumsplätze folgt den Kriterien der jeweiligen Studienordnung.
  • Für den unwahrscheinlichen Fall, dass einmal nicht genügend Plätze für alle zulassungsberechtigten Studenten vorhanden sein sollten, wird unter ihnen gelost.
  • Zu Semesterbeginn findet eine Vorbesprechung mit Anwesenheitspflicht statt. Ort und Zeit dieser Vorbesprechung werden bei eCampus bekannt gegeben
  •  Das Praktikum besteht aus 8 Präsenz-Versuchen zu verschiedenen Themen sowie einem Video-Versuch zum Thema Radioaktivität
  • Zu jedem der Versuche ist ein Protokoll anzufertigen, welches dann von den jeweiligen Tutoren korrigiert wird. Die Maximalpunktzahl pro Protokoll beträgt 10 Punkte
  • Das Protokoll zum Videoversuch wird nicht bepunktet, sondern wird nur als bestanden / nicht bestanden gewertet
  • Zum Bestehen des Praktikums sind mindestens 40 Punkte (50%) aus den 8 Versuchen erforderlich. Das Protokoll zum Videoversuch muss ebenfalls als bestanden bewertet worden sein, darf allerdings einmalig nachgebessert werden
  • Studierende der Medizin (Human- und Zahnmedizin) schließen das Praktikum mit einer Klausur ab.
  • Studierende anderer Fachrichtungen schließen das Praktikum durch eine praktische Lernstandskontrolle (OSPE = "Objective Structured Practical Examination") ab. Durch ausgesprochen gute Leistungen im Praktikum (min. 70% der Punkte) lässt sich die OSPE-Prüfung umgehen.

Im Rahmen des Praktikums werden unter anderem die folgenden Kompetenzen vermittelt:

  • eine Messung (in einer vorgegebenen) Zeit durchführen
  • die Messergebnisse korrekt und vollständig mit Messunsicherheit und Einheiten protokollieren
  • analoge und digitale Messgeräte ablesen und die Messunsicherheit angeben
  • einen Versuchsaufbau nach einer Anleitung korrekt aufbauen
  • Daten in ein Diagramm mit entsprechenden Fehlerbalken eintragen
  • Einheiten (insbes. verschiedene Präfixe) ineinander umrechnen
  • absolute und relative Messunischerheiten ineinander umrechnen
  • für ein Experiment oder eine Auswertung relevante Informationen aus einem Text oder Diagramm extrahieren
  • lineare und logarithmische Skalen zur Darstellung und Interpretation von Daten verwenden
  • die Fortpflanzung von Messunsicherheiten bei einfachen Gleichungen (Summe, Differenz, Produkt, Quotient und Potenz) berechnen
  • die Notwendigkeit der statistischen Bestimmung von Messunsicherheiten erkennen und die Vorgehensweise bzw die notwendigen Formeln benennen
  • ein Problem linearisieren und die Messung mit Ausgleichsgeraden auswerten und ihre Steigung ablesen
  • die Notwendigkeit der Kalibrierung eines Gerätes an einer bekannten Größe erkennen, um eine unbekannte Größe zu messen
  • Messunsicherheiten und ihre Ursachen miteinander vergleichen und damit Hypothesen für eine mögliche Verbesserung des Experiments formulieren

Darüber hinaus soll (im Videoversuch) der Umgang mit Tabellenkalkulations- und Textsatzprogrammen geübt werden.

Versuche

Kurzbeschreibung der Versuche

Ziel des ersten Versuchsteils ist die Bestimmung einer unbekannten Masse durch Vergleich mit einer geeichten, bekannten Masse mit Hilfe einer Analysenwaage (Balkenwaage).

Im zweiten Versuchsteil werden die Dichten verschiedener Flüssigkeiten mit einer Dichtewaage nach Kern bestimmt.

Ziel des Versuches ist die Bestimmung der Viskosität verschiedener Flüssigkeiten mit einem Kugelfallviskosimeter sowie die Bestimmung der Länge verschiedener Kapillaren mit dem Gesetz von Hagen-Poiseuille. Dabei wird zur Aufrechterhaltung eines konstanten Drucks in der Kapillare eine Mariotte'sche Flasche genutzt.

Im ersten Versuchsteil wird die allgemeine Gaskonstante mithilfe eines Hofmann'schen Zersetzungsapparates (Elektrolyse) bestimmt. Dabei wird ausgenutzt, dass die Stoffmenge des produzierten Gases proportional zur Ladungsmenge ist (Faraday'sches Gesetz) ist.

Im zweiten Versuchsteil wird die spezifische Wärmekapazität von Wasser mit einem Kalorimeter und einer elektrischen Heizspule bestimmt. Durch Gleichsetzung von elektrischer Energie und produzierter Wärmemenge lässt sich auf die Wärmekapazität schließen.

In diesem Versuch werden zunächst die Brennweiten einer Sammel- und einer Zerstreuungs-Linse mit dem Bessel-Verfahren bestimmt.

Weiterhin wird in einem zweiten Versuchsteil auf die Funktionsweise eines Mikroskops (Objektiv, Zwischenbild, Okular, ...) eingegangen. Ein Messokular wird zunächst kalibriert und dann damit die Abstände mehrerer Strichgitter bestimmt.

Lernziel sind hier die die grundlegenden Zusammenhänge in einfachen elektrischen Schaltkreisen. Praktisch werden die Widerstandswerte verschiedener ohmscher Widerstände durch separate Messung von Strom und Spannung ermittelt. Dabei kommen sowohl moderne Multimeter als auch analoge Zeigerinstrumente mit einem relevanten Innenwiderstand (der geeignet zu berücksichtigen ist) zum Einsatz.

In einem zweiten Versuchteil wird die Temperaturabhängigkeit eines NTC-Widerstandes anhand einer gekühlten Flüssigkeit auf einer Heizplatte untersucht.

Zunächst wird das Licht einer Hg-Dampflampe durch ein optisches Gitter in seine Spektralbestandteile zerlegt. Aus den Winkeln der Maxima werden die Wellenlängen bestimmt.
Im zweiten Versuchsteil wird ein Prismenspektroskop mit den Ergebnissen aus Teil 1 kalibriert und das Spektrum einer Cs-Dampflampe untersucht.

(Dieser Versuch wird aktuell (2023) nicht mehr durchgeführt, dient aber als Demo-Versuch für das Muster-Protokoll.)

In diesem Versuch geht es um das Verhalten der fundamentalen Bauteile (ohmscher Widerstand), Kondensator und Spule in einem Wechselstromkreis. Anhand der Abhängigkeit der Impedanz von der Kreisfrequenz werden Kapazität und Induktivität der Bauteile berechnet.
In einem weiteren Versuchsteil werden ein Parallel-Schwingkreis und ein Serien-Schwingkreis untersucht und die Resonanzfrequenz bestimmt.

Zur Analyse wird in allen Versuchsteilen ein Oszilloskop genutzt.

Zunächst wird das Spektrum einer Molybdän-Röntgenröhre mit den charakteristischen Eigenschaften (Kontinuum, Kα- und Kβ-Linie) mithilfe der Bragg-Reflexion (θ/2θ-Anordnung) und einem Geiger-Müller Zählrohr aufgenommen.
Danach wird die Abschwächung von Röntgenstrahlung beim Durchgang durch Materie in Abhängigkeit von der Absorberdicke und der Beschleunigungsspannung (→ Energieabhängigkeit) untersucht.
Schließlich wird ein Röntgenbild eines unbekannten Gegenstandes (Knochenprobe) aufgenommen und somit auf die diagnostische Nutzung in der Medizin Bezug genommen.

In diesem Versuch kommen Vollschutz-Röntgengeräte der Firma Leybold zum Einsatz.

Der Versuchsaufbau besteht aus einem Funktionsgenerator, zwei piezoelektrischen Ultraschallwandlern (Sender und Empfänger) sowie einem Oszilloskop.
Es werden auf verschiedene Weisen (z.B. durch Phasenverschiebung oder im Echolot-Verfahren) die Eigenschaften Frequenz, Wellenlänge und Geschwindigkeit entweder direkt gemessen oder indirekt aus den jeweils anderen Werten berechnet.

Auch hier wird (wie bei V07) in allen Versuchsteilen ein Oszilloskop genutzt.

Der Versuch zum Thema Radioaktivität wird aus Sicherheitsgründen als Videoversuch angeboten.
Thematisch werden dabei in verschiedenen Versuchsteilen Aspekte des praktischen Strahlenschutzes behandelt. Dabei kommen verschiedene Quellen von γ-Strahlung zum Einsatz.

Zunächst soll durch Messung bei verschiedenen Abständen verifiziert werden, dass die Strahlenbelastung mit dem Quadrat des Abstandes sinkt.
Dann werden verschiedene Materialien im Hinblick auf Ihre Tauglichkeit als γ-Absorber untersucht, bevor das Lambert-Beer'sche Abschwächungsgesetz verifiziert wird.

In einem weiteren Versuchsteil wird dann zunächst ein MCA mit den Spektren bekannter Isotope kalibriert, bevor die Energiespektren der verwendeten radiaktiven Isotope aufgenommen und mit der Energiabhängigkeit der Absorptionskoeffizienten in Zusammenhang gesetzt werden.

Im Gegensatz zu den anderen Protokollen ist das V09-Protokoll alleine und am Computer zu erstellen, sodass im Praktikum auch der Umgang mit Tabellenkalkulations- und Textsatzprogrammen geübt wird.


Avatar Physikpraktikum HM, ZM, MBM, Pha

Physikpraktikum HM, ZM, MBM, Pha

Prof. Dr. U. Thoma

Dr. Christoph Wendel

Jonas Kohlen

Jan Schultes

Avatar Physikpraktikum Biologie (Blockkurs)

Physikpraktikum Biologie (Blockkurs)

Priv. Doz. Dr. R. Joosten

Dr. Christoph Wendel

Jonas Kohlen

Jan Schultes

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