Grundlagen der Materialwissenschaft

für Elektro- und Informationstechniker   

(MaWi für ET&IT)

 

Übersicht für das Sommersemester 2021

(Im Wintersemester wird diese Lehrveranstaltung nicht angeboten.)

 
Dozent: Dr. Jan-Martin Wagner
 
(Stand: 07. Februar 2022)

Laufendes

Hier (oben auf dieser Seite) werden alle laufenden Informationen über die Lehrveranstaltung gesammelt und auf dem neuesten Stand gehalten.
Die Nachklausur findet am 03. März 2022 von 9 bis 11 Uhr statt. Wenn Sie für die Teilnahme an dieser Klausur registriert sind, müssen Sie auf die Nachrichten achten, die ich Ihnen unter Ihrem "stu"-Mailkonto schicke; nur so erfahren Sie das, was für diese Klausur relevant ist.
Generelles zum Skript
Ich korrigiere fortlaufend die Fehler des HTML-Skriptes. Hinweise auf Fehler oder Unklarheiten nehme ich gern per E-Mail entgegen (jwa@tf.uni-kiel.de).
WICHTIG: Damit wirklich die korrigierten HTML-Seiten angezeigt werden und nicht die im Cache Ihres Browsers abgelegten alten Fassungen, ist ggfs. (je nach Voreinstellung des Browsers) das frische Laden des betroffenen Frames (!) von Hand zu erzwingen.
Ich korrigiere ausschließlich die Fehler des HTML-Skriptes, sämtliche zugehörigen PDF-Dateien werden dagegen nur sporadisch aktualisiert (letzte Aktualisierung: 23. September 2021).
     

Allgemeine Hinweise

Grundsätzliches:Wie es der Titel schon sagt, liegt der inhaltliche Schwerpunkt auf den Grundlagen der Materialwissenschaft. Die Bedeutung dessen wird im Laufe des Semesters klar werden; außerdem liefert es einen Hinweis darauf, was im Zweifelsfall für die Klausur relevant ist.
 
Zur Klausur:
Für die Teilnahme an der Klausur sind keine Vorleistungen zu erbringen; eine aktive Teilnahme an den Übungen ist trotzdem äußerst empfehlenswert, da sich die Aufgaben der Klausur stark an den Übungsaufgaben orientieren. Es wird allerdings in der Klausur zum Teil auch Stoff abgefragt, der in der Vorlesung behandelt, aber nicht in einer Übungsaufgabe verwendet wurde.
 
Voraussetzungen (falls es an einzelnen Voraussetzungen mangelt, werden daraus automatisch Lernziele):
Schulmathematik // Schulphysik // Schulchemie (jeweils auf Abiturniveau); speziell: Logarithmus und Exponentialfunktion, komplexe Zahlen, Vektorrechnung/analytische Geometrie, Differential- und Integralrechnung // Mechanik (Kräfte, Schwingungen, Energiebegriff), Thermostatik (Temperaturbegriff), einfache Stromkreise (Strom, Spannung, Widerstand, Kapazität, elektrische Leistung) // Atombau, Periodensystem.
Eine naturwissenschaftliche Denkweise ist essentiell; dazu gehört es auch, Formeln und Bildchen auswendig zu lernen und mit ihrer Hilfe zu denken und zu argumentieren – d.h. selbständig inhaltliche Zusammenhänge herzustellen. In der Klausur ist KEINE Formelsammlung erlaubt – im Gegenteil: In der Klausur werden Formeln abgefragt, und es wird verlangt, Skizzen anzufertigen sowie Vorgänge oder Zusammenhänge in eigenen Worten zu erläutern.
Besonders hilfreich ist die geistige Grundhaltung, zum einen die alltäglich genutzte Mikroelektronik mikroskopisch (und manchmal auch nanoskopisch), zum anderen die beteiligten technischen Fertigungsprozesse verstehen zu wollen (zumindest grob). Ferner sind hilfreich: die Bereitschaft, in einer "klassischen Vorlesung" (d. h. ohne PowerPoint-Folien) mitzudenken und selber im Skript (ggfs. auch in einem Buch) etwas nachzulesen, außerdem die Fähigkeit, aus eigenen Fehlern zu lernen, wenn man die Klausur wiederholen muß (was keinesfalls die Ausnahme ist).
 
Zur naturwissenschaftlichen Denkweise:Gute Naturwissenschaft besteht darin, möglichst viele experimentell festgestellte Phänomene mittels weniger und möglichst einfacher mathematischer Modelle zu beschreiben, die das Wesentliche des Geschehens erfassen und Vorhersagen möglich machen.
Letzteres (daß die Sinnhaftigkeit dieser Modelle experimentell überprüft werden kann, z. B. durch einen Vergleich mit den aus ihnen resultierenden Vorhersagen) ist besonders wichtig, denn was nicht experimentell überprüft werden kann, ist auch kein naturwissenschaftliches Modell.
In der Tat: Reine Modellbildung ohne Bezug zum Experiment ist keine Naturwissenschaft – tut mir leid, liebe Theoretikerkollegen (ich bin ja selber ein Theoretiker): Mathematik ist eine Geisteswissenschaft!
Die Reduktion auf das Wesentliche gelingt mittels folgender Denkkategorien und Arbeitsweisen:
  • Kategorisierungen: "Was?" (z. B. allgemeine Begriffsdefinitionen, spezielle Zahlenwerte) und "Wie?" (z. B. allgemeine Zusammenhänge, spezielle Realisierungsmöglichkeiten).
  • Erkennen von Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen, begonnen mit der gedanklichen Klärung von (z. T. abstraktem) "Input" und "Output".
  • "Gedankenexperimente": Betrachtung von Grenzfällen, Ermittlung von Gleichgewichtszuständen, ...
  • Oberstes Ziel: Klärung der "Warum-Frage" (woher kommt's; woran liegt's?) – im Unterschied zur "Wozu-Frage" (was ist beabsichtigt; wo soll's hingehen?).
Wichtig: In den Naturwissenschaften werden Lösungswege fallweise selber erarbeitet; es gibt nur wenige "fertige Kochrezepte", aber die beziehen sich auf die generelle Vorgehensweise, um eine Lösung zu finden. Diese naturwissenschaftliche Herangehensweise ist durch das grundlegende Verständnis ermöglicht, welches auf der Kenntnis der in den mathematischen Modellen beschriebenen Zusammenhänge beruht.
 
Zum HTML-Skript:
In der Vorlesung wird sozusagen der rote Faden durch das Skript gelegt; das HTML-Skript ist wesentlich ausführlicher gehalten, als es die Vorlesung sein kann, denn es soll zum Selbststudium geeignet sein (wie ein Lehrbuch).
 
Aus den folgenden HTML-Skripten wurde das Skript dieser ET&IT-Nebenfach-Vorlesung zusammengestellt: Hier findet man Informationen zur Systematik und zum Gebrauch der HTML-Skripte.
 
Historisch bedingt werden in diesem Skript sämtliche Sonderzeichen und Formeln direkt durch ASCII-Zeichen dargestellt. Weil das nicht "einfach so" mit jedem Browser klappt, wurde ein Konversionsprogramm implementiert, das bei jedem bislang getesteten Browser die richtige Darstellung von Sonderzeichen und Formeln hinbekommen hat. Dazu sind zwei wichtige Dinge anzumerken:
  • Dieses Konversionsprogramm ist NUR in der Framedarstellung des HTML-Skripts aktiv. Diese Framedarstellung kann erforderlichenfalls auf jeder Seite dadurch aktiviert werden, daß man auf den unten auf der Seite befindlichen Aufwärtspfeil auf beigefarbenem Untergrund (und symbolischem Framerand oben und links) klickt.
  • Wenn die Konversion einmal nicht funktioniert, oder wenn sich irgendwo ein Fehler im HTML-Skript findet, oder wenn irgend etwas unklar formuliert ist, bitte ich um eine kurze, formlose Mitteilung per E-Mail (jwa@tf.uni-kiel.de; "Moin, Herr Wagner, mir ist da am Skript was aufgefallen: ...").
Einige geeignete Lehrbücher und was von ihnen zu halten ist:
Siehe Bücherliste.
     

Lehrmodule

Wegen der Corona-Pandemie findet diese Lehrveranstaltung während der gesamten Vorlesungszeit per Webkonferenz statt; die Details dazu sind im OLAT zu finden.
 
Vorlesung
Allgemeine Information: 3 SWS. In der Vorlesung wird ein "roter Faden" durch das HTML-Skript gelegt; Näheres zum Skript siehe oben.
Zeit und Ort: Do, 08:15–09:00, und Fr, 08:15–09:45, jeweils online.
Erster Termin: 22. April 2021.
 
Übungen
Allgemeine Information: 2 SWS. Die Aufgaben werden online veröffentlicht (siehe unten) und vom Dozenten an der Tafel vorgerechnet (Präsenzaufgaben). Zur Klärung von Fragen und zur Klausurvorbereitung ist die Teilnahme an den Übungen SEHR zu empfehlen! Insbesondere in der Übung kommt es auf das Stellen von Fragen an; ich habe kein Problem damit, etwas mehrfach zu erklären.
Zeit und Ort: Fr, 12:15–13:45; online (im selben Webkonferenzraum wie bei der Vorlesung).
Beginn: 23. April 2020.
 
Kontakt
Dr. Jan-Martin Wagner, Technische Fakultät (Ostufer), Gebäude A, Raum 002, Tel. (0431) 880 6230. Fragen, die ich per E-Mail (jwa@tf.uni-kiel.de) erhalte, beantworte ich meistens umgehend.
Sprechstunde (insbesondere zur Klausurvorbereitung sehr zu empfehlen): Termin nach Vereinbarung (per E-Mail: jwa@tf.uni-kiel.de), gern auch in kleinen Gruppen.
     

Semester-Zeitplan (Wochenübersicht)

Angegeben ist jeweils der Übungstermin (Freitag); verlinkt sind das Vorlesungsmaterial der jeweiligen Woche sowie das, was für den Übungstermin benötigt wird (Übungsblatt + Musterlösung werden immer am angegebenen Tag in der Übung besprochen).
 
Ein Download der Dateien wird hiermit nachdrücklich empfohlen, weil Sie von diesem Material beim Lernen für die Klausur profitieren!
In der Tabelle biete ich den gleichen Inhalt jeweils in drei unterschiedlichen Dateiformaten an; die TIFF-Dateien sind intern ZIP-komprimiert. Bitte verwenden Sie geeignete Anzeigeprogramme, um sich wirklich ALLE in der jeweiligen Datei enthaltenen Seiten anschauen zu können; falls Sie nicht alle Seiten sehen, probieren Sie es mit einem anderen Dateiformat. Dazu noch dies:
Alle hier verlinkten Dateiformate können unter Windows mit dem sehr empfehlenswerten Programm Sumatra PDF (schlank, schnell und vielseitig verwendbar) geöffnet werden; weitere Informationen dazu siehe bei Wikipedia. Sumatra PDF verwendet intern das sehr schlanke und schnelle Programm MuPDF, das es auch für Android und iOS gibt.
     
Datum Vorlesungsmaterial Übungsblätter Musterlösungen
23. Apr. 2021 Teil 1: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 4 Seiten)
Übung 1: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 2 Seiten)
Lösung 1: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 5 Seiten)
30. Apr. 2021 Teil 2: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 4 Seiten)
Übung 2: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 3 Seiten)
Lösung 2: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 4 Seiten)
07. Mai 2021 Teil 3: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 10 Seiten)
Übung 3: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 2 Seiten)
Lösung 3: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 3 Seiten)
14. Mai 2021 Teil 4: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 6 Seiten)
Übung 4: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 2 Seiten)
Lösung 4: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 7 Seiten)
21. Mai 2021 Teil 5: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 6 Seiten)
Übung 5: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 4 Seiten)
Lösung 5: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 7 Seiten)
28. Mai 2021 Teil 6: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 9 Seiten)
Übung 6: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 4 Seiten)
Lösung 6: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 7 Seiten)
04. Jun. 2021 Teil 7: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 12 Seiten)
Übung 7: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 4 Seiten)
Lösung 7: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 6 Seiten)
11. Jun. 2021 Teil 8: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 12 Seiten)
Übung 8: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 4 Seiten)
Lösung 8: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 5 Seiten)
18. Jun. 2021 Teil 9: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 13 Seiten)
Übung 9: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 4 Seiten)
Lösung 9: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 4 Seiten)
25. Jun. 2021 Teil 10: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 25 Seiten)
Übung 10: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 4 Seiten)
Lösung 10: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 7 Seiten)
02. Jul. 2021 Teil 11: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 16 Seiten)
Übung 11: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 5 Seiten)
Lösung 11: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 8 Seiten)
09. Jul. 2021 Teil 12: PDF, OXPS, TIFF
(Dateien mit je 12 Seiten)
Statt einer weiteren Übung: Große Fragestunde zu allem
(zur Vorlesung, zu den Übungsaufgaben, zur Klausur)
     

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