Repetitorium Experimentalphysik: für Vordiplom und Zwischenprüfung ; mit ... 18 Tabellen, zahlreichen Anwendungsbeispielen, 181 Versuchen und herausnehmbarem Kurzrepetitorium
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Berlin [u.a.]
Springer
2003
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| Series: | Springer-Lehrbuch
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| Item Description: | Kurzrepetitorium u.d.T.: Otten, Ernst W.: Kurzrepetitorium Experimentalphysik Beil. u.d.T.: Otten, Ernst-Wilhelm: Kurzrepetitorium Experimentalphysik |
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Inhaltsverzeichnis
1. Einführung in Thema und Erscheinungswelt der Physik
1.1 Zur Begriffsbestimmung der Physik. 1
1.2 Längenmessung. 3
1.3 Raum . 3
1.4 Zeit und Zeiteinheit . 4
1.5 Materie und Masse. 4
1.6 Atomare Standards der Basiseinheiten . 6
1.7 Physikalische Methodik . 7
1.8 Über verschiedene Typen physikalischer Aussagen . 9
1.9 Kräfte und Wechselwirkungen. 14
1.10 Skalen physikalischer Objekte. 16
Teil
2. Kinematik
2.1 Eindimensionale Bewegungen von Massenpunkten . 19
2.2 Vektoren. 26
2.3 Produktoperationen mit Vektoren. 28
2.4 Mehrdimensionale Bewegungen in Vektorschreibweise . 31
2.5 Kreisbewegungen . 35
2.6 Winkelgeschwindigkeit als Vektor. 39
2.7 Polare und axiale Vektoren . 40
3. Einführung in die Dynamik
3.1 Kraftbegriff und Trägheitsprinzip. 43
3.2 Newtonsches Kraftgesetz, träge und schwere Masse. 45
3.3 Drittes Newtonsches Grundgesetz: actio = reactio . 49
3.4 Inertialsy
3.5 Galilei-Transformation. 54
3.6 Lorentz-Transformation . 56
3.7 Zwangskräfte, d'Alembertsches Prinzip . 58
3.8 Beschleunigte Bezugssysteme. 63
4.
4.1 Kinetische und potentielle Energie, Arbeit . 76
4.2 Arbeit äußerer Kräfte . 79
4.3 Arbeit und potentielle Energie als Skalarprodukt
und Wegintegral . 81
4.4 Konservative Kräfte . 83
4.5 Kraft als Gradient der potentiellen Energie . 85
4.6 Keplersche Gesetze und Gravitation. 91
4.7 Darstellung von Feldern durch Feldlinien
und Äquipotentialflächen . 99
4.8 Leistung . 101
4.9 Reibung . 102
5. Impuls und Impulserhaltungssatz
5.1 Definition des Impulses . 105
5.2 Impulserhaltung. 106
5.3 Schwerpunktssystem und Schwerpunktsbewegung. 108
5.4 Zweikörperstöße . 113
5.5 Anwendung der Stoßgesetze in der mikroskopischen Physik . 119
5.6 Impulsumkehr, Zeitumkehrinvarianz
und andere Symmetrieprinzipien der Physik . 120
5.7 Raketenantrieb . 125
6. Drehimpuls, Drehmoment, Drehimpulssatz ■■■^■■■^■■i
6.1 Drehimpuls eines Massenpunktes . 129
6.2 Drehmoment. 130
6.3 Drehimpulserhaltung . 132
6.4 Drehimpuls eines Systems von Massenpunkten. 136
7. Drehbewegungen starrer Körper
7.1 Trägheitsmoment um eine raumfeste Achse . 139
7.2 Dynamisches Grundgesetz der Drehbewegung
um eine starre Achse . 145
7.3 Drehbewegungen um freie Achsen. 150
7.4 Hauptträgheitsachsen . 153
7.5 Kreiselbewegungen bei äußeren Kräften. 157
8. Elastische Kräfte und deren molekulare Grundlagen I^BMHB
8.1 Moduln elastischer Körper . 165
8.2 Potential elastischer Kräfte . 170
8.3 Molekulare Bindungskräfte. 173
8.4 Lenard-Jones-Potential. 175
Inhaltsverzeichnis
9. Ruhende Flüssigkeiten und Gase
9.1 Charakterisierung der Aggregatszustände durch Moduln. 179
9.2 Hydrostatischer Druck . 180
9.3 Fliissigkeitsoberfläche als Äquipotentialfläche. 182
9.4 Hydrostatischer Schweredruck . 183
9.5 Auftrieb und spezifisches Gewicht. 185
9.6 Oberflächenspannung. 188
9.7 Kapillardruck und kapillare Steighöhe . 191
9.8 Ruhende Gase. 196
10. Strömende Flüssigkeiten und Gase
10.1 Strom und Stromdichte. 201
10.2 Bemoullische Gleichung. 207
10.3 Laminare Strömung, innere Reibung . 214
10.4 Wirbel . 218
10.5 Zirkulation, Rotation und Stokesscher Satz,
Elemente der
11. Schwingungen
11.1 Ungedämpfte Federschwingung. 234
11.2 Ungedämpfte Pendelschwingung. 239
11.3 Gedämpfte freie Schwingung . 244
11.4 Erzwungene Schwingung, Resonanz . 253
11.5 Quantenmechanische Resonanzen und Spektroskopie. 258
11.6 Anharmonische Schwingungen und Fourierzerlegung . 260
11.7 Selbsterregte Schwingung durch Entdämpfung. 263
11.8 Gekoppelte Schwingungen, Schwebung . 266
11.9 Chaotisches Doppelpendel . 269
11.10 Schwingungen in mehreren Dimensionen
und von Vielteilchensystemen . 270
12. Wellen
12.1 Phänomenologisches über Wellen . 277
12.2 Wellengleichung . 281
12.3 Reflexion; Brechung; Totalreflexion. 289
12.4 Interferenz und Beugung . 295
12.5 Stehende Wellen als Interferenz gegenläufiger Wellen . 301
12.6 Wellengleichung und Eigenschwingungen
in mehreren Dimensionen. 305
12.7 Wellengruppen und Gruppengeschwindigkeit . 312
Inhaltsverzeichnis
Teil
13. Grundtatsachen der Wärmelehre
13.1 Wärmebegriff . 319
13.2 Temperaturbegriff . 320
13.3 Wärmeausdehnung von Stoffen, Eichung der Temperaturskala . 321
13.4 Wärmeausdehnung von Gasen, Gay-Lussacsches
und Boyle-Mariottesches Gesetz, ideale Gasgleichung . 324
13.5 Wärmemenge und Wärmetransport . 327
14. Grundzüge der kinetischen Gastheorie
14.1 Histogramm und Verteilungsfunktion. 333
14.2 Gasdruck als dynamischer Druck stoßender Moleküle . 335
14.3 Satz über die Summe von Partialdrücken . 340
14.4 Mittlere thermische Molekülgeschwindigkeit
und Brownsche Bewegung . 340
14.5 Innere Energie, Freiheitsgrade, Aquipartitionstheorem
und spezifische Wärmekapazität
14.6 Boltzmann-Faktor und Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung 348
15. Erster Hauptsatz der Wärmelehre —i—mwim——
15.1 Formulierung des 1. Hauptsatzes für ideale Gase. 357
15.2 Isobare Zustandsänderung. 359
15.3 Adiabatische Zustandsänderung. 359
15.4 Wärme und Arbeit bei isothermer Zustandsänderung . 363
15.5 Isothermen und Adiabaten im
16. Kreisprozesse und zweiter Hauptsatz der Wärmelehre
16.1 Carnotscher Kreisprozeß. 365
16.2 Wärmekraftmaschinen, Wärmepumpen und Kühlmaschinen . 368
16.3 Grenzwert des Wirkungsgrads
und zweiter Hauptsatz der Wärmelehre. 370
16.4 Reversible Kreisprozesse . 372
16.5 Reduzierte Wärmemengen und Entropiebegriff. 374
16.6 Beispiele zur Entropie . 379
16.7 Thermodynamische Temperaturskala . 383
17. Statistische Transportphänomene
17.1 Grundtatsachen der Diffusion . 385
17.2 Diffusion durch Poren und Diffusionsgleichung. 386
17.3 Ficksche Gesetze. 388
17.4 Beispiele für Diffusionsprozesse . 392
17.5 Osmose . 394
18. Stoffe in verschiedenen Aggregatzuständen
18.1 Reale Gase und van der Waals-Gleichung. 397
18.2 Joule-Thomson-Effekt und Enthalpie . 398
18.3 Isothermen realer Gase, Verflüssigung und Verdampfung . 402
18.4 Verdampfungswärme, Clausius Clapeyronsche Gleichung . 406
18.5 Schmelzen, Sublimieren, Phasendiagramm . 409
18.6 Ausblick. 412
Teil
19. Elektrostatik MfiMIlllMliMilhll'l'lll'llllllllllllimilllillilMil'il'll'l^aHBBMBHBHMaaa
19.1 Atomistische Struktur der Elektrizität, Elementarladung. 421
19.2 Coulomb-Gesetz . 425
19.3 Potentielle Energie einer Anordnung von Punktladungen
und von Ladungsverteilungen . 430
19.4 Elektrisches Feld . 433
19.5 Elektrisches Potential und elektrische Spannung . 436
19.6 Elektrischer Kraftfluß und 1. Maxwellsche Gleichung . 440
19.7 Oberflächenladungen auf Leitern . 445
19.8 Influenz . 453
19.9 Kapazität eines Leiters, Kondensator . 455
19.10 Energiedichte des elektrischen Feldes. 459
19.11 Elektrischer Dipol und elektrisches Dipolmoment . . . 462
19.12 Isolatoren imJS-Feld, Dielektrika. 467
20. Gleichströme
20.1 Elektrischer Strom und elektrischer Widerstand. 481
20.2 Ohmsches Gesetz. 486
20.3 Kirchhoffsche Gesetze . 487
20.4 Elektrische Leitung im Bändennodell. 495
20.5 Leitertypen und ihr Temperaturverhalten . 498
20.6 Leitung durch Photoeffekt. 502
20.7 Glühelektronenemission und Raumladung . 505
20.8 Kontaktspannungen und Thermoelemente. 509
21. Stationäre Magnetfelder
21.1 Grundtatsachen über Magnetfelder. 513
2
Magnetfeld gestreckter Stromfäden . 516
21.3 Quellenfreiheit des ß-Feldes, magnetisches //-Feld,
Ampèresches Durchflutungsgesetz
21.4 Biot-Savartsches Elementargesetz . 528
Inhaltsverzeichnis
21.5 Kräfte auf Ströme im Magnetfeld,
21.6 Relativistischer Charakter der
22. Magnetische Induktion ^^■■^■^■HHHMHHMHHMI^^HB^HI
22.1 Bewegte Leiter im Magnetfeld. 541
22.2 Induktion bei veränderlichem Magnetfeld. 546
22.3 Elektrische Ringfelder . 548
22.4 Belastete Induktionsspule und Lenzsche Regel . 550
22.5 Selbstinduktion . 551
22.6 Energiedichte im magnetischen Feld . 555
22.7 Wirbelströme . 556
22.8 Halleffekt . 559
23. Materie im Magnetfeld
23.1 Grundtatsachen von
23.2 Verhalten der magnetischen Feldgrößen
23.3 Atomare Dipolmomente als Ursache des Paramagnetismus. 571
23.4 Induktion als Ursache des Diamagnetismus. 573
23.5 Ferromagnetismus . 575
24. Stationäre Wechselströme ¡■■¡^■^■■■■■■H
24.1 Strom-Spannungsbeziehungen an
24.2 Wechselspannung an tfCL-Kreis, elektrische Resonanz . 584
24.3 Wechselstromwiderstand . 587
24.4 Transformator . 595
25. Aktive Bauelemente
25.1 Dotierte Halbleiter. 599
25.2 Leitung über eine p-n-Grenzschicht, Halbleiterdiode . 602
25.3 Transistor . 604
25.4 Selbsterregung eines Schwingkreises
durch rückgekoppelten Verstärker . 607
26. Maxwellsche Gleichungen und elektromagnetische Wellen IHHHH
26.1 Maxwellscher Verschiebungsstrom . 609
26.2 Maxwellsche Gleichungen . 611
26.3 Elektromagnetische Wellengleichung. 613
26.4 Elektromagnetische Wellenenergie und Poynting-Vektor . 614
26.5 Drahtwellen, Hertzscher Dipol . 618
26.6 Doppel- und Koaxialleitungen. 621
26.7 Hohlraumresonatoren, Hohlleiter und Mikrowellen . 626
26.8 Abstrahlung des Hertzschen Dipols. 630
26.9 Strahlung einer beschleunigten Punktladung . 634
Inhaltsverzeichnis
Teil
27. Natur und Eigenschaften des Lichts,
seine Wechselwirkung mit Materie
27. ] Licht und elektromagnetisches Spektrum . 639
27.2 Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit. 640
27.3 Abgrenzung der geometrischen Optik, Laserstrahlen . 643
27.4 Lichtausbreitung, Fermatsches Prinzip, Reflexion und Brechung . 647
27.5 Polarisation und Doppelbrechung . 653
27.6 Prismenwirkung und Dispersion . 661
27.7 Atomistische Deutung von Dispersion und Absorption. 666
27.8
und Molekülen . 671
27.9 Lichtstreuung . 674
28. Optische Abbildung
28.1 Linsengesetz und Gaußsche Abbildung . 685
28.2 Linsensysteme und optische Instrumente . 696
28.3 Linsenfehler . 699
28.4 Ionenoptik . 702
29. Interferenz und Beugung von Licht
29.1 Interferenz und Beugung bei natürlichen Lichtquellen . 706
29.2 Interferenz von Spiegelbildern. 712
29.3
29.4 Michelson-Interferometer. 723
29.5 Michelson-Versuch zur Lichtgeschwindigkeit und Dopplereffekt . 727
29.6 Beugungsbild des Einzelspalts. 731
29.7 Optisches Beugungsgitter . 733
29.8 Mehrdimensionale Beugungsgitter, Röntgenbeugung. 738
29.9 Beugung an sphärischen Blenden und Hindernissen,
Fresnelsche Zonen . 743
29.10 Holographie und Bildgebung durch Fouriertransformation . 748
29.11 Auflösungsvermögen eines Mikroskops . 752
30. Strahlungsgesetze
30.1 Strahlungsleistung und Strahlungsempfang. 755
30.2 Kirchhoffsches Strahlungsgesetz, schwarze Körper . 758
30.3 Hohlraumstrahlung . 764
30.4 Plancksches Strahlungsgesetz und seine Konsequenzen . 767
Sachverzeichnis . 775 |
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