Physikalische Grundlagen der Bioverfahrenstechnik

44B0885

Bachelor

Deutsch

5.0

nur Wintersemester

1 Semester

Studierende der Bioverfahrenstechnik starten mit sehr heterogenen Grundwissen im Bereich der Mathematik und Physik in das Studium. In der Regel sind in beiden Bereichen nicht ausreichende Qualifikationen an den Schulen erworben worden, so dass es das erste Ziel des Moduls sein muss, die Studierenden auf ein einheitliches gutes und gemeinsames Grundniveau zu heben. Da einige Module im späteren Studienverlauf im Bereich der Fakultät IundI angeboten und durchgeführt werden, ist bei dem Modul ferner darauf zu achten, dass bzgl. des Wissenserwerbs auf die Studierfähigkeit an einer ingenieurorientierten Fakultät hingearbeitet wird. 

Das Modul ist als Y-Modul konzipiert. Der grundlegende Teil wird zusammen mit dem Studiengang Agrarsystemtechnologien gelehrt. Der spezielle Teil ist nur für die Studierenden der Biosystemtechnik. So wird dem besonderen Anspruch der Biosystemtechnik in Bezug auf mathematisch-physikalischen Grundkenntnissen gerecht. 

Im allgemeinen Teil dieses Kurses werden die physikalischen Grundprinzipien und Größen der Natur und Technik erlernt. Dabei wird Wert auf ein ganzheitliches Natur- und Technikverständnis gelegt. Das heißt, nicht die Einzelheiten in physikalischen Modellen und Beschreibungen sind von primärem Interesse, sondern das Verständis und die Neugier an den grundlegenden physikalischen Ursachen für biologische Zusammenhänge stehen im Zentrum und werden gefördert. 

Im zweiten Teil des Moduls werden die im allgemeinen Teil erworbenen Kenntnisse auf spezielle Aspekte der Bioverfahrenstechnik ausgeweitet und übertragen. Besondere Bedeutung kommt dabei den im Bioverfahrenstechnik-Studium eingesetzten Analyseverfahren und -geräten zu. 

I. Allgemeiner Teil

1. Einheiten, Größen, Skalare, Vektoren, Operatoren

2. Teilchen und Bewegungsgrößen

3. Bewegungsursachen Kraft und Impuls

4. Naturkräfte, Kraftvektoren, Kraftfelder, Feldlinien

5. Energie, Arbeit, Leistung, Erhaltungssätze

6. Triboelektrik, Strom, elektr. Potential, Photon, Licht

8.  Relativität, Magnetismus, Elektromagnetismus

9. Wärme, Druck, Schall, Widerstand, Entropie, Wirkungsgrad

10. Unschärfe, Quanteneffekte, Superposition, Orbitale

II Besonderer Teil Bioverfahrenstechnik

1. Gewicht und Trägheit, Waagen und Kräftemessungen

2. Phasenwechsel, Eis, Wasser, Luftfeuchte, Mollier hx Diagramm

3. Allgemeines Gasgesetz, Carnot-Kreisprozess, Kühlaggregate, Wärmepumpe

4. Drehbewegung, Zentrifuge, Zyklontechnik

5. Photonik, physikalische Grundlagen der Licht-Elektronen-Konfokal-STED-Mikroskopie, Tomographie

6. Photonen-Elektronen-Wechselwirkungen, phys. Grundlagen der Spektrometrie, Radiometrie

7. EM-Felder, Phys. Grundlagen der Refraktometrie, Fluorometrie

8. Triboelektrik, Adsorption, Teilchentransport, physikalische Grundlagen der Chromatographie (DC, GC, HPLC), Massenspektrometrie

9. Wärmetransport und -speicherung, physikalische Grundlagen von NIRS und IR-Sensoren

10. Energietransport und -speicherung, phys. Grundlagen der Kalometrie

Der Arbeitsaufwand für das Modul umfasst insgesamt 150 Stunden (siehe auch "ECTS-Leistungspunkte und Benotung").

Die wöchentlichen Quicktests (kurze Rechenaufgaben oder multiple choice) werden im Rahmen der Vorlesungszeit durchgeführt. Nach Durchführung der Tests wird mit den Studierenden der Test besprochen und mögliche Ergebnisse diskutiert. Studierende können so ihr eigenen Wissens- und Könnensstand einschätzen. Dozierende wissen, wo weitere Erklärungen notwendig sind.

• Portfolio-Prüfungsleistung

Die Standardprüfungsleistung ist eine Portfolioprüfung

Die Portfolioprüfung besteht aus mündlicher Prüfung (max. 70 Punkte) + K10 (max. 30 Punkte). K10 sind 10-minütige wöchentliche Tests á max. 5 Punkte/Test. Die 6 besten Tests gehen in die Endnote ein.

keine, evtl. Mathematikvorkurs

Die Studierenden verfügen über ein einheitliches breites Grundwissen bzgl. der physikalischen Grundregeln der Natur und Technik und den damit verknüpften Messprinzipien und Geräten der Bioverfahrenstechnik. 

Die Studierenden haben Kenntnisse von speziellen technischen und physikalischen Begriffen und Berechnungsweisen im Bereich der Bioverfahrenstechnik und können diese auf einem grundlegenden, leichten Niveau anwenden.

Können - instrumentale Kompetenz
Die Studierenden dieses Moduls können Einheiten, Bilanzierungsgleichungen und Erhaltungssätze der Physik im weiteren Studienverlauf anwenden und interpretieren.

Können - kommunikative Kompetenz
Die Studierenden sind nach erfolgreichem Abschluss des Moduls in der Lage, funktionale Zusammenhänge der Natur und Technik selbst herzuleiten und kritisch Lösungsansätze zu Problemstellungen im Bereich der Bioverfahrenstechnik zu hinterfragen.

Können - systemische Kompetenz
Studierende des Moduls können im Bereich der Bioverfahrenstechnik Funktionen und Prinzipien von Systemen und Geräten darstellen. Sie sind in der Lage sich Funktionen von unbekannten Systemen und Geräten aus Literaturquellen zu erschließen.

Absolvierende des Moduls sind in der Lage für sie neue und unbekannte bioverfahrenstechnische Prozesse physikalisch zu analysieren und von den Grundzügen her zu verstehen. Sie werden damit in die Lage versetzt, im weiteren Studienverlauf technisch orientierte Fragestellungen und Aufgaben zu bearbeiten und Wissensangebote z.B. aus dem Internet kritisch zu hinterfragen. 

Die Absolvierende des Moduls sind motiviert, Systeme, Prozesse und Verfahren wissenschaftlich zu bearbeiten. Sie sind neugierig auf weiteren Wissenerwerb und das innovative Entdecken durch wissenschaftliches Agieren im technisch-biophysikalischen Umfeld.  

Absolvierende des Moduls sind in der Lage, eine wissenschaftliche Kommuniktation mit den entsprechenden Fachbegriffen und Einheiten zu führen. Insbesondere sind sie in der Lage, sich physikalisch-technisch orientierte Texte einfacher Kategorie (z.B. aus dem Internet) zu erschließen. Sie in der Lage (evtl. mit Hilfestellung) biophysikalisch orientierte Fachbücher und -artikel zu verstehen und zu nutzen. Sie beginnen, sich in die Nomenklaturen und Fachwelten der Bioverfahrenstechnik einzuarbeiten. 

Absolvierende des Moduls beginnen sich ein Selbstverständnis aufzubauen, das von Wissenschaftlichkeit, Einsatz und Wissbegierde und Freude an der Entdeckung von Zusammenhängen in der Natur und Technik geprägt ist. Diese Basisselbstverständnis baut nach Besuch des Moduls nicht nur auf biologischem Wissen, sondern insbesondere auch auf mathematisch-physikalischem Wissen über unserer Welt auf. Insbesondere das Wissen über die Kopplung zwischen Biologie und Technik führt zu einer sich stetig steigenden Professionalität. 

• Rath, Thomas

• Rath, Thomas