Informationen für Studierende

Mathematik 1 und 2:

Allgemeine Grundlagen, Eigenschaften von Funktionen mit einer Veränderlichen, Differentialrechnung, Integralrechnung, Vektorrechnung, Lineare Algebra (Matrizen, Determinanten, Gleichungssysteme), Komplexe Zahlen, Potenzreihenentwicklung von Funktionen, Differentialrechnung für Funktionen mehrerer Veränderlicher, Integration von Funktionen mehrerer Veränderlicher, Gewöhnliche Differentialgleichungen

Physik 1 und 2:

Kinematik, Mechanik der Massenpunkte und des festen Körpers, Schwingungen, Wellen, Geometrische Optik, Elektrodynamik, Atom- und Quantenphysik

Mess- und Regelungstechnik:

Messprozess, Fehlerrechnung, Kalibrierverfahren und Regressionsanalyse, Statisches und dynamisches Verhalten von Übertragungsgliedern, Widerstände als Sensoren, Gleichstrom- und Wechselstrom-Ausschlagbrücken, induktive Aufnehmer, kapazitive Aufnehmer, Thermoelemente, Piezoelektrische Sensoren, Durchflussmessverfahren, amperometrische und potentiometrische Sensoren, Spektralbereiche und optische Messverfahren, Regelungstechnik (stetige und unstetige Regler, CHR-Methode, Ziegler-Nichols, Regelstrecken), Mess- und Regelungstechnik am Bioreaktor

Optische Messtechnik:

Optische Molekülspektroskopie: Vergleich UV/VIS-, NIR-, MIR- und Raman-Spektroskopie, Fluoreszenz- und Phosphoreszenzspektroskopie, Gerätetechnik (Lichtquellen, Monochromatoren, Detektoren, Lichtleiter, Sonden, Messaufbauten), Grundlagen des Lasers, Aufbau und Funktionsweise der wichtigsten Lasertypen, Anwendungen des Lasers in der Medizin und biochemischen Forschung, Einsatz optischer Online-Messmethoden zur Bioprozesskontrolle (mit Praktikum)

Biophotonik:

Geometrische Optik, Aufbau und Funktionsweise eines Mikroskops, Fluoreszenz- und Mehrphotonenmikroskop, Spektralbereiche, Farbwahrnehmung des Menschen, Zusammenhang Jablonski-Termschema und Absorptionsspektrum, Lambert-Beer-Gesetz, Multivariate Kalibrationsmethoden, Photometer, Gitter-, Diodenarray- und Fouriertransform-Spektrometer, Lichtquellen, Detektoren, Lichtleiter, Sonden, faseroptische Messaufbauten, ATR-Messtechnik, Fluoreszenz-Messaufbauten, Bio-Fluorophore, Fluoreszenzdiagnostik und Photodynamische Therapie, Streulichtmessung: Mie-Theorie, Messaufbauten für Zelldichtebestimmung mittels Vorwärtsstreuung, Transmission und Rückstreuung, Funktionsweise und Anwendungen der wichtigsten Lasertypen

Process Monitoring:

Sensor signals, measurement data acquisition, analog-to-digital converter, sensors and instruments: resistor temperature devices, thermo couples, differential pressure cells, volume and mass flow meters (Vortex, Orifice, Rotameter, electromagnetic, ultrasonic, Coriolis), filling level sensors (ultrasonic, microwave, hydrostatic pressure, uplift of a displacer, capacitive, load cell), amperometric oxygen sensor, Optical spectroscopy (UV/VIS, NIR, MIR, Raman, fluorescence, scattering of light) and optical sensors for measuring CO2, O2, pO2, cell density, sugar, ethanol,  culture fluorescence, Bioprocess monitoring , on-line carbon balance of yeast fermentations using optical sensors, control loops and control theory, time response of a controlled system, methods for optimizing a closed-loop system (CHR, Ziegler-Nichols), tank system with level control (with Lab Course)

Wärme- und Stoffübertragung

1. Wärmeleitung

Stationäre und instationäre Wärmeleitung, Rippen

2. Wärmeübergang / Stoffübergang

Wärmeüber- und -durchgang, erzwungene und freie Konvektion

Ähnlichkeitsgesetze und entsprechende Korrelationen (Nu, Re, Gr, Pr)

Wärmeübertrager: Typen, Berechnungsverfahren (log. Temperaturdifferenz, Methode der Betriebscharakteristik)

3. Wärmeübergang bei Kondensation und Verdampfung

Film- und Tropfenkondensation

Verdampfung: Konvektion, Blasenverdampfung, Filmverdampfung, Blasenbildung

4. Wärmetransport durch Strahlung

Gesetze von Planck, Stefan-Boltzmann, Kirchhoff und Wien; schwarzer, grauer und weißer Körper; Absorption und Emission, selektive Körper, Sichtfaktoren, Strahlungs-Wärmeübertragung zwischen zwei grauen Körpern.

5. Stoffübertragung

Diffusion als Analogon zur Wärmeleitung, Ficksche Gesetze, Diffusionskoeffizient, Ähnlichkeitsgesetze; Stoffübergang als Analogon zum Wärmeübergang, Stoffdurchgang, Zweifilmtheorie

 

Regenerative Energietechnik

Kontext: Gegenwärtige Energieversorgungsstrukturen (Energieträger und Reichweiten, Verbrauchssektoren); Klimawandel durch anthropogenen Treibhauseffekt

Begriffe: Primär-, Sekundär-, End-, Nutzenergie; Brenn- und Heizwert; Potenziale

Wichtigste gegenwärtige Kraftwerksprozesse: Clausius-Rankine, Gasturbine, GuD

Energieeinsparung und –effizienz: KWK, Passivhaus

Szenarien zum Übergang zu vollständig regenerativer Energieversorgung

Bedeutung und Potenziale der verschiedenen regenerativen Energietechnologien

Solarstrahlungsangebot

Solarwärme (Kollektor: Aufbau, Wärmeübertragungsmechanismen, Kennlinie;
Speicher, Systemkomponenten, Anlagenauslegung)

Konzentration von Solarstrahlung, solarthermische Kraftwerke

Photovoltaik (Bändermodell, Dotierung, Aufbau und Funktion der Solarzelle, Materialien, Herstellverfahren, Erträge, Kosten, Lernkurve, konzentrierende PV)

Windkraft (aerodynam. Grundlagen, Bauarten von WKA, max. Wirkungsgrade, Potenziale)

Wasserkraft (Turbinentypen, Potenziale)

Biomasse (Potenziale, wichtigste Substanzen, Aufbereitungsmethoden)

Geothermie, tiefe und oberflächennahe; ORC- und Kalina-Prozess; Wärmepumpen

Energiespeicher (potenzielle, elektrische, thermische, chemische Energie)

Erneuerbare Mobilität, exotische erneuerbare Energietechniken

 

Technische Thermodynamik

1. Anwendungen des ersten und zweiten Hauptsatzes

Stationäre Fließ- und Kreisprozesse

Wärme- und Arbeitsbilanzen

Energieumwandlung in Wärmekraft- und Arbeitsmaschinen, Carnot-Prozess, Energie-Fluss-Diagramme

Exergie und Anergie; Entropie und Irreversibilität

2. Gasturbinenprozess, Otto-, Diesel-, Seiligerprozess

 

Mess- und Regeltechnik

Messprozess, Fehlerrechnung, Kalibrierverfahren und Regressionsanalyse, Statisches und dynamisches Verhalten von Übertragungsgliedern, Widerstände als Sensoren, Gleichstrom- und Wechselstrom-Ausschlagbrücken, induktive Aufnehmer, kapazitive Aufnehmer, Thermoelemente, Piezoelektrische Sensoren, Durchflussmessverfahren, amperometrische und potentiometrische Sensoren, Spektralbereiche und optische Messverfahren, Regelungstechnik (stetige und unstetige Regler, CHR-Methode, Ziegler-Nichols, Regelstrecken), Mess- und Regelungstechnik am Bioreaktor

Die Skripte zur Vorlesung von Herrn Prof. Dr. Beuermann und Herrn Prof. Dr. Rädle können unter Moodle heruntergeladen werden.