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Praktikum der Physik für Mediziner

Organisation

Dieses Praktikum wird in der vorlesungsfreien Zeit zwischen dem ersten und zweiten Semester als sechswöchiges Blockpraktikum absolviert. Studierende benötigen für die Vorbereitung und Durchführung der Veranstaltung mindestens drei volle Tage der Woche.

Es gibt zahlreiche Parallelgruppen, deren Kurszeiten sich über den ganzen Tag und über die gesamten sechs Wochen verteilen. Die Studierenden haben mit drei halben Tagen Anwesenheitspflicht pro Woche zu rechnen. Die Vorbereitung auf die einzelnen Veranstaltungen erfordert nochmals, je nach Stand der Vorkenntnisse, weitere drei bis sechs halbe Tage. Einzelheiten ergeben sich aus einem individuellen Terminplan, der zu Kursbeginn ausgehändigt wird. Dieser Plan umfasst neben den drei Seminarversuchen zu Kursbeginn eine sinnvolle Auswahl aus den genannten Einzelversuchen.

Vorkenntnisse

Zu jedem Thema wird den Studierenden eine Liste von Lehrbuchkapiteln an die Hand gegeben, die als Einstimmung auf das Thema durchgearbeitet werden sollen. Die konkrete Vorbereitung auf den Versuch erfolgt mit Hilfe des Praktikumshandbuchs, das zu jedem Versuchthema zunächst die theoretischen Grundlagen zusammenfasst. Hieraus werden die erforderlichen Formeln für die Versuchsauswertung abgeleitet. Schließlich werden die einzelnen Arbeitsschritte für die Durchführung der Messung und Auswertung des Experimentes angegeben. (Das Handbuch wird zu Kursbeginn verkauft.)

Jedes Thema wird von jeweils sechs Studierenden gemeinsam bearbeitet, wobei jeweils zwei ein gemeinsames Versuchsprotokoll erstellen. Für die Versuchsdurchführung und -auswertung wird eine Dauer von zwei bis drei Zeitstunden angesetzt. Das Versuchsprotokoll ist in Form eines sogenannten Tagesprotokolls zu führen und in der Regel noch am gleichen Tag der Betreuerin bzw. dem Betreuer abzugeben.

Themenübersicht

Propädeutische Versuche zu Kursbeginn

  1. Tropfendosierung und Oberflächenspannung: Am Beispiel der Tropfenbildung werden allgemeine Grundlagen der Durchführung, Protokollierung und Auswertung von Versuchen sowie die Fehlerbetrachtung behandelt.
  2. Dichtebestimmung bei Festkörpern und Flüssigkeiten: Längenmessung mit einer Schiebelehre, Umgang mit einer elektronischen Waage, Volumenmessung mit Auftriebsmethode, Fehlerbetrachtungen.
  3. Gleichspannung und Widerstände: Umgang mit elektrischen Messgeräten für Strom- und Spannungsmessung, Grundgesetze des Gleichstroms. Berücksichtigung von systematischen Messfehlern.

Einzelversuche nach individuellem Terminplan

Physikalische Grundlagen der Physiologie

  1. Flüssigkeitstransport im Blutkreislauf: Kreislaufmodell zur Untersuchung des Hagen-Poiseuille'schen Gesetzes mit verschiedenen Kapillaren und verschiedenen Drucken.
  2. Wärmetransport: Temperaturmessung mit dem Thermoelement, Beobachtung des Wärmestroms in unterschiedlichen Materialien. Messung der Wärmestrahlung in Abhängigkeit von der Temperatur.
  3. Spezifische Wärmen: Bestimmung der spezifischen Schmelzwärme, spezifischen Verdampfungswärme und spezifischen Wärmekapazität von Wasser. Ermittlung der spezifischen Wärmekapazität von Metallen.
  4. Hörkurve: Umgang mit einem Elektronenstrahl-Oszillographen, Anwendung zur Messung der Schallgeschwindigkeit, Messung der Frequenzabhängigkeit der Hörschwelle des menschlichen Ohres.
  5. Augenmodell: Untersuchung der optischen Gesetze im Modell eines aphaken Auges, Messung der Brechwerte, Funktion der Augenlinse, Simulierung einer Staroperation; Astigmatismus.

Physikalische Grundlagen der Laboratoriumsmedizin

  1. Laborzentrifuge: Herstellung von Dichtegradienten; Zentrifugation von Zellen im Dichtegradienten.
  2. Elektrophorese: Elektrische Ströme in Lösungen als Funktion der Konzentration, Beweglichkeit von Ionen, Elektrophorese einer Farbstoffmischung.
  3. Lichtmikroskop: Messung der Vergrößerung am Labormikroskop; Bestimmung von Zellabmessungen und Zellkonzentrationen.
  4. Spektralphotometer: Wellenlängenkalibrierung; Bestimmung der Hämoglobin-Konzentration einer Lösung, Messung eines Hämiglobincyanid-Spektrums

Physikalische Grundlagen der medizinischen Diagnostik

  1. Elektrokardiogramm (EKG): Messung des elektrischen Feldes um einen Dipol im elektrolytischen Trog, Simulation eines EKGs am menschenähnlichen Trog, Messung eines EKGs am lebenden Objekt zur Bestimmung des Herz-Integralvektors.
  2. Ultraschall: Messung des Doppler-Effekts mit Ultraschall und der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschall in verschiedenen Medien. Reflexionsmessungen mit einem einfachen Schallkopf am menschlichen Körper; Demonstrationen mit einem Ultraschall-Diagnostikgerät.
  3. Kernmagnetische Resonanz (NMR): Messung der kernmagnetischen Resonanz von 1H und 19F, Bestimmung der gyromagnetischen Verhältnisse, Messung der Protonendichte in unterschiedlichen Proben.

Physikalische Grundlagen der Radiologie

  1. Röntgenstrahlung und Computertomographie: Messung der ionisierenden Wirkung von Röntgenstrahlen, Strahlendosis, Messung der Absorption von Röntgenstrahlen in medizinisch wichtigen Stoffen. Durchführung einer Computertomographie und einer Angiographie an Phantomen.
  2. Radioaktivität: Messungen mit einem Geiger-Müller-Zähler, Bestimmung der Halbwertszeit eines radioaktiven Stoffes, Absorption von Gammastrahlen, Absorption von Betastrahlen, Reichweite-Energie-Beziehung.