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.