Verfügbarkeit: Kurzes Lehrbuch der Physik

Kurzes Lehrbuch der Physik: mit 22 Tabellen, 235 Aufgaben und ausführlichen Lösungen

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Hauptverfasser:	Stuart, Herbert A. 1899-1974 (VerfasserIn), Klages, Gerhard 1915-2017 (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Berlin [u.a.] Springer 2003
Ausgabe:	17., aktualisierte und erw. Aufl.
Schriftenreihe:	Springer-Lehrbuch Physics and astronomy online library
Schlagworte:	Physik - Lehrbuch Physik Lehrbuch
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XIII, 324 S. Ill., graph. Darst.
ISBN:	3540435476

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adam_text	HERBERT A. STUART GERHARD KLAGES KURZES LEHRBUCH DER PHYSIK SIEBZEHNTE, AKTUALISIERTE UND ERWEITERTE AUFLAGE MIT 375 ABBILDUNGEN UND 22 TABELLEN 235 AUFGABEN UND AUSFUEHRLICHEN LOESUNGEN 13 PROFESSOR DR. GERHARD KLAGES INSTITUT FUER PHYSIK JOHANNES GUTENBERG-UNIVERSITAET STAUDINGERWEG 7 55128 MAINZ DIE DEUTSCHE BIBLIOTHEK - - CIP-EINHEITSAUFNAHME STUART, HERBERT, A.: KURZES LEHRBUCH DER PHYSIK / HERBERT A. STUART; GERHARD KLAGES. - - 17., AKTUALISIERTE UND ERW. AUFL. - - BERLIN; HEIDELBERG; NEW YORK; BARCELONA; HONGKONG; LONDON; MAILAND; PARIS; TOKIO: SPRINGER, 2002 (SPRINGER-LEHRBUCH) ISBN 3-540-43547-6 ISBN 3-540-43547-617. AUFLAGE SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG NEW YORK ISBN 3-540-67758-5 16. AUFLAGE SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG NEW YORK DIESES WERK IST URHEBERRECHTLICH GESCHUETZT. DIE DADURCH BEGRUENDETEN RECHTE, INSBESONDERE DIE DER UEBERSETZUNG, DES NACHDRUCKS, DES VORTRAGS, DER ENTNAHME VON ABBILDUNGEN UND TABELLEN, DER FUNKSENDUNG, DER MIKROVERFILMUNG ODER DER VERVIELFAELTIGUNG AUF ANDEREN WEGEN UND DER SPEICHERUNG IN DATENVERARBEITUNGSANLAGEN, BLEIBEN, AUCH BEI NUR AUSZUGSWEI- SER VERWERTUNG, VORBEHALTEN. EINE VERVIELFAELTIGUNG DIESES WERKES ODER VON TEILEN DIESES WERKES IST AUCH IM EINZELFALL NUR IN DEN GRENZEN DER GESETZLICHEN BESTIMMUNGEN DES URHEBERRECHTSGESETZES DER BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND VOM 9. SEPTEMBER 1965 IN DER JEWEILS GELTENDEN FASSUNG ZULAESSIG. SIE IST GRUNDSAETZLICH VERGUETUNGSPFLICHTIG. ZUWIDERHANDLUNGEN UNTERLIEGEN DEN STRAFBESTIMMUNGEN DES URHEBERRECHTSGESETZES. SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG NEW YORK EIN UNTERNEHMEN DER BERTELSMANNSPRINGER SCIENCE+BUSINESS MEDIA GMBH C * SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG 1942, 1949, 1954, 1961, 1966, 1970, 1977, 1979, 1984, 1988, 1990, 1992, 1994, 1997, 2000, 2003 PRINTED IN GERMANY DIE WIEDERGABE VON GEBRAUCHSNAMEN, HANDELSNAMEN, WARENBEZEICHNUNGEN USW. IN DIESEM WERK BERECHTIGT AUCH OHNE BESONDERE KENNZEICHNUNG NICHT ZU DER ANNAHME, DASS SOLCHE NAMEN IM SINNE DER WARENZEICHEN- UND MARKENSCHUTZ-GESETZGEBUNG ALS FREI ZU BETRACHTEN WAEREN UND DAHER VON JEDERMANN BENUTZT WERDEN DUERFTEN. SATZ: K + V FOTOSATZ, BEERFELDEN EINBANDGESTALTUNG: DESIGN & PRODUCTION GMBH, HEIDELBERG DRUCK: STRAUSS OFFSETDRUCK, MOERLENBACH VERARBEITUNG: SCHAEFFER, GRUENSTADT GEDRUCKT AUF SAEUREFREIEM PAPIER SPIN: 10863832 56/3141/BA - 5 4 3 2 1 0 INHALTSVERZEICHNIS 1. EINLEITUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 ABGRENZUNG UND AUFGABEN DER PHYSIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 DIE METHODIK DER PHYSIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.3 BEDEUTUNG DES MESSENS IN DER PHYSIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.4 FEHLERANGABEN, FEHLERRECHNUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2. ALLGEMEINE MECHANIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1 MESSEN UND MASSEINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.1 BASISGR¨ OSSEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.2 L¨ ANGEN- UND WINKELMESSUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.3 BASISEINHEIT VON ZEIT UND MASSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 BEWEGUNGSLEHRE (KINEMATIK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.1 GESCHWINDIGKEIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.2 BESCHLEUNIGUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.3 BEWEGUNG UNTER DEM EINFLUSS VON KR¨ AFTEN (DYNAMIK) . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.3.1 TR¨ AGE MASSE UND KRAFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.3.2 SCHWERE MASSE UND GEWICHT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.3.3 WECHSELWIRKUNGSSATZ, IMPULS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3.4 TR¨ AGHEITSKR¨ AFTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.5 ARBEIT UND LEISTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.6 MECHANISCHE ENERGIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.4 EINIGE BESONDERE BEWEGUNGSFORMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4.1 WURFBEWEGUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4.2 GLEICHF¨ ORMIGE BEWEGUNG AUF DER KREISBAHN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4.3 STOSSVORG¨ ANGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.5 KR¨ AFTE AM STARREN K¨ ORPER (STATIK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.5.1 ZUSAMMENSETZUNG UND ZERLEGUNG VON KR¨ AFTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.5.2 HEBEL, DREHMOMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.5.3 PARALLELE KR¨ AFTE, KR¨ AFTEPAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.5.4 SCHWERPUNKT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.5.5 GLEICHGEWICHTSLAGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.5.6 DIE WAAGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.6 DREHBEWEGUNG EINES STARREN K¨ ORPERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.6.1 WINKELBESCHLEUNIGUNG, TR¨ AGHEITSMOMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.6.2 DYNAMISCHES GRUNDGESETZ DER DREHBEWEGUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.6.3 SATZ VON DER ERHALTUNG DES DREHIMPULSES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.6.4 FREIE DREHACHSEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 VIII INHALTSVERZEICHNIS 2.6.5 DER KREISEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.7 ALLGEMEINE GRAVITATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.7.1 GRAVITATIONSGESETZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.7.2 PLANETENBEWEGUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 AUFGABE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3. DIE MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN DER STOFFE UND IHRE MOLEKULARE STRUKTUR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.1 DER MOLEKULARE AUFBAU DER STOFFE UND DIE MOLEKULAREN KR¨ AFTE . . . . . . . . 35 3.1.1 VORBEMERKUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.1.2 ALLGEMEINES ¨ UBER MOLEK¨ ULE, STOFFMENGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.1.3 GR¨ OSSE, FORM UND KERNGER¨ UST DER MOLEK¨ ULE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.1.4 EINIGES ¨ UBER DIE ZWISCHENMOLEKULAREN KR¨ AFTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.1.5 VOLUMENBEZOGENE MATERIEMENGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.2 FESTK¨ ORPER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.2.1 MOLEKULARER BAU, KRISTALLGITTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.2.2 ELASTISCHE UND PLASTISCHE K¨ ORPER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.2.3 HOOKESCHES GESETZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.2.4 UEBERELASTISCHE BEANSPRUCHUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.3 RUHENDE FL¨ USSIGKEITEN (HYDROSTATIK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.3.1 ALLGEMEINES, ORDNUNGSZUSTAND DER MOLEK¨ ULE IN FL¨ USSIGKEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.3.2 EINSTELLUNG DER FL¨ USSIGKEITSOBERFL¨ ACHE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.3.3 DER DRUCK IN FL¨ USSIGKEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.3.4 AUFTRIEB, SCHWIMMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.3.5 OBERFL¨ ACHENSPANNUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.3.6 BENETZUNG, KAPILLARIT¨ AT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.4 RUHENDE GASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.4.1 DICHTE, DRUCK UND VOLUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.4.2 DIE LUFTH¨ ULLE DER ERDE UND DER LUFTDRUCK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.5 BEWEGUNGEN IN FL¨ USSIGKEITEN UND GASEN (HYDRO- UND AERODYNAMIK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.5.1 STROMF¨ ADEN, LAMINARE STR¨ OMUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.5.2 Z¨ AHE FL¨ USSIGKEIT, INNERE REIBUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.5.3 STR¨ OMUNG VON Z¨ AHEN FL¨ USSIGKEITEN DURCH ROHRE, KUGELFALL . . . . . . . 57 3.5.4 GESCHWINDIGKEIT UND DRUCK IN IDEALEN FL¨ USSIGKEITEN . . . . . . . . . . . . 59 3.5.5 REALE FL¨ USSIGKEITEN, TURBULENTE STR¨ OMUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4. SCHWINGUNGS- UND WELLENLEHRE, AKUSTIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.1 MECHANISCHE SCHWINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.1.1 FREIE HARMONISCHE SCHWINGUNG, PENDEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.1.2 UEBERLAGERUNG VON SCHWINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.1.3 ERZWUNGENE SCHWINGUNGEN, RESONANZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.2 MECHANISCHE WELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 INHALTSVERZEICHNIS IX 4.2.1 FORTSCHREITENDE WELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.2.2 INTERFERENZ VON WELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.2.3 STEHENDE WELLEN, EIGENSCHWINGUNGEN VON SEILEN UND LUFTS¨ AULEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 4.2.4 INTERFERENZ UND BEUGUNG VON OBERFL¨ ACHENWELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.2.5 KUGELWELLEN IM RAUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.3 AKUSTIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.3.1 SCHALLST¨ ARKE, SCHALLDRUCK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.3.2 GEH¨ OREMPFINDUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4.3.3 AUSBREITUNG VON SCHALLWELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.3.4 ULTRASCHALL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5. W¨ ARMELEHRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.1 THERMOMETRIE, W¨ ARMEAUSDEHNUNG, IDEALES GAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.1.1 TEMPERATURSKALA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.1.2 PRAKTISCHE TEMPERATURMESSUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.1.3 W¨ ARMEAUSDEHNUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.1.4 THERMISCHE ZUSTANDSGLEICHUNG DES IDEALEN GASES . . . . . . . . . . . . . . . 86 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.2 W¨ ARME UND ARBEIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.2.1 W¨ ARMEMENGE, ERSTER HAUPTSATZ DER W¨ ARMELEHRE . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.2.2 W¨ ARMEKAPAZIT¨ AT, KALORIMETRIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2.3 SPEZIFISCHE W¨ ARMEKAPAZIT¨ ATEN UND ENERGIEINHALT VON GASEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 5.2.4 ISOTHERME UND ADIABATISCHE KOMPRESSION VON GASEN . . . . . . . . . . . . 91 5.2.5 CARNOTSCHER KREISPROZESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 5.2.6 ZWEITER HAUPTSATZ DER W¨ ARMELEHRE, ENTROPIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3 W¨ ARME ALS UNGEORDNETE MOLEKULARBEWEGUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3.1 IDEALE GASE, DRUCKFORMEL, BOLTZMANN-BEZIEHUNG . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3.2 KINETISCHE W¨ ARMETHEORIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.3.3 BROWNSCHE BEWEGUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 5.3.4 MAXWELLSCHE GESCHWINDIGKEITSVERTEILUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 5.3.5 DIFFUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 5.3.6 OSMOTISCHER DRUCK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.4 ¨ ANDERUNGEN DES AGGREGATZUSTANDES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.4.1 SCHMELZEN, SCHMELZPUNKT, SCHMELZW¨ ARME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.4.2 FL¨ USSIGE MISCHUNGEN UND L¨ OSUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 5.4.3 VERDAMPFUNG, S¨ ATTIGUNGSDRUCK, SIEDEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.4.4 SUBLIMATION, TRIPELPUNKT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 5.4.5 FEUCHTIGKEIT DER LUFT, ABSORPTION VON LUFT IN WASSER . . . . . . . . . . . 108 5.4.6 ISOTHERME VERFL¨ USSIGUNG VON REALEN GASEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 5.4.7 TIEFE TEMPERATUREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.5 W¨ ARME¨ UBERTRAGUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5.5.1 W¨ ARMELEITUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5.5.2 KONVEKTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 X INHALTSVERZEICHNIS 5.5.3 W¨ ARMESTRAHLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 6. ELEKTRIZIT¨ ATSLEHRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.1 ELEKTRISCHE GLEICHSTR¨ OME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.1.1 ELEKTRISCHE SPANNUNG UND STROMST¨ ARKE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.1.2 OHMSCHES GESETZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 6.1.3 STROMVERZWEIGUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 6.1.4 SCHALTUNGEN UND MESSMETHODEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 6.2 DAS ELEKTRISCHE FELD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 6.2.1 ELEKTROMETER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 6.2.2 LADUNG UND SPANNUNG, INFLUENZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 6.2.3 ELEKTRISCHE FELDST¨ ARKE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 6.2.4 ELEKTRISCHE VERSCHIEBUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 6.2.5 KAPAZIT¨ AT EINES KONDENSATORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 6.2.6 KUGELKONDENSATOR, COULOMBSCHES GESETZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 6.2.7 ELEKTRISCHE LADUNGEN IN DER MATERIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 6.2.8 MATERIE IM ELEKTRISCHEN FELDE, DIELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN DER MOLEK¨ ULE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 6.3 ELEKTRISCHE LEITUNGSVORG¨ ANGE IN FL¨ USSIGKEITEN UND FESTK¨ ORPERN . . . . . . . . 134 6.3.1 ELEKTRISCHE ENERGIE UND STROMW¨ ARME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 6.3.2 ELEKTROLYTISCHE DISSOZIATION, IONENLEITUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.3.3 FARADAYSCHE GESETZE DER ELEKTROLYSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 6.3.4 IONENWANDERUNG UND OHMSCHES GESETZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 6.3.5 ELEKTRONENLEITUNG DER METALLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 6.3.6 HALBLEITER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 6.3.7 TRANSISTOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 6.4 HERSTELLUNG ELEKTRISCHER SPANNUNGEN DURCH LADUNGSTRENNUNG . . . . . . . . . . 142 6.4.1 PRINZIPIELLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 6.4.2 L¨ OSUNGSDRUCK, GALVANISCHE ELEMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 6.4.3 ELEKTROLYTISCHE POLARISATION, AKKUMULATOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 6.4.4 DIFFUSIONS- UND MEMBRANSPANNUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 6.4.5 KONTAKTSPANNUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 6.4.6 ELEKTROKINETISCHE VORG¨ ANGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 6.4.7 THERMOSPANNUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 6.5 ELEKTRIZIT¨ ATSLEITUNG IN GASEN UND IM VAKUUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 6.5.1 UNSELBST¨ ANDIGE LEITUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 6.5.2 ELEKTRONENAUSTRITT AUS METALLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 6.5.3 TRIODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 6.5.4 ELEKTRONENSTRAHLEN, BRAUNSCHE R¨ OHRE, OSZILLOGRAPH . . . . . . . . . . . . . 152 6.5.5 GLIMMENTLADUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 6.5.6 ELEKTRIZIT¨ ATSLEITUNG BEI H¨ OHEREN DR¨ UCKEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 6.6 DAS MAGNETISCHE FELD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 6.6.1 MAGNETISCHE GRUNDEIGENSCHAFTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 6.6.2 MAGNETFELD EINES STROMES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 6.6.3 KRAFTWIRKUNGEN AUF STR¨ OME IM MAGNETFELD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 INHALTSVERZEICHNIS XI 6.6.4 ANWENDUNG DER MAGNETISCHEN KRAFT BEI MESSINSTRUMENTEN . . . . . . . 163 6.6.5 GRUNDTATSACHEN DER ELEKTROMAGNETISCHEN INDUKTION . . . . . . . . . . . . . 164 6.6.6 DAS INDUKTIONSGESETZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 6.6.7 INDUKTIONSSTR¨ OME, WIRBELSTR¨ OME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 6.6.8 GEGENSEITIGE INDUKTION UND SELBSTINDUKTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 6.6.9 MAGNETISCHE EIGENSCHAFTEN DER STOFFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 6.7 WECHSELSPANNUNGEN UND WECHSELSTR¨ OME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 6.7.1 WECHSELSTROMKREIS MIT OHMSCHEM WIDERSTAND . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 6.7.2 INDUKTIVER UND KAPAZITIVER WIDERSTAND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 6.7.3 TRANSFORMATOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 6.7.4 STARKSTROMMASCHINEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 6.7.5 ELEKTROAKUSTISCHE GER¨ ATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 6.8 HOCHFREQUENTE SCHWINGUNGEN UND WELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 6.8.1 ELEKTRISCHER SCHWINGKREIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 6.8.2 ERZEUGUNG VON HOCHFREQUENTEN SCHWINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 6.8.3 WELLEN AUF LEITUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 6.8.4 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN IM FREIEN RAUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 6.8.5 ELEKTRISCHER STRAHLUNGSDIPOL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 6.8.6 ANWENDUNG ELEKTROMAGNETISCHER SCHWINGUNGEN UND WELLEN . . . . . 187 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 7. OPTIK UND ALLGEMEINE STRAHLUNGSLEHRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 7.1 DIE NATUR DES LICHTES UND DIE GRUNDGESETZE DER LICHTAUSBREITUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 7.1.1 DIE NATUR DES LICHTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 7.1.2 GRUNDLAGEN DER GEOMETRISCHEN OPTIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 7.1.3 LICHTGESCHWINDIGKEIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 7.1.4 REFLEXION DES LICHTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 7.1.5 BRECHUNG DES LICHTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 7.1.6 TOTALREFLEXION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 7.1.7 DISPERSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 7.1.8 FARBEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 7.2 OPTISCHE ABBILDUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 7.2.1 SPH¨ ARISCHE SPIEGEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 7.2.2 ABBILDUNG DURCH D¨ UNNE LINSEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 7.2.3 BRECHKRAFT VON LINSEN UND LINSENSYSTEMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 7.2.4 DICKE LINSEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 7.2.5 ABBILDUNG DURCH EINE EINZIGE KUGELFL¨ ACHE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 7.2.6 ABBILDUNGSFEHLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 7.3 OPTISCHE INSTRUMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 7.3.1 VORBEMERKUNG ¨ UBER DEN EINFLUSS DER BEUGUNG UND ¨ UBER DIE B¨ UNDELBEGRENZUNG DURCH BLENDEN . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 7.3.2 PHOTOAPPARAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 7.3.3 PROJEKTOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 7.3.4 DAS AUGE ALS OPTISCHES SYSTEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 7.3.5 DIE LUPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 7.3.6 DAS MIKROSKOP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 XII INHALTSVERZEICHNIS 7.3.7 DAS FERNROHR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 7.3.8 SPEKTROMETER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 7.4 WELLENOPTIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 7.4.1 INTERFERENZVERSUCHE MIT KOH¨ ARENTEM LICHT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 7.4.2 FARBEN D¨ UNNER BL¨ ATTCHEN, NEWTONSCHE RINGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 7.4.3 BEUGUNG AM GITTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 7.4.4 BEUGUNG AN KLEINEN ¨ OFFNUNGEN UND HINDERNISSEN . . . . . . . . . . . . . . . 225 7.4.5 LINEAR POLARISIERTES LICHT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 7.4.6 POLARISATION DURCH REFLEXION UND STREUUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 7.4.7 DOPPELBRECHUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 7.4.8 DREHUNG DER POLARISATIONSEBENE, OPTISCHE AKTIVIT¨ AT . . . . . . . . . . . . . . 233 7.4.9 ELLIPTISCH POLARISIERTES LICHT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 7.5 ELEKTROMAGNETISCHES SPEKTRUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 7.5.1 UEBERSICHT ¨ UBER DAS GESAMTE SPEKTRUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 7.5.2 INFRAROTES LICHT (IR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 7.5.3 GESETZE DER TEMPERATURSTRAHLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 7.5.4 STRAHLUNGSLEISTUNG, PHOTOMETRIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 7.5.5 FLUORESZENZ UND PHOSPHORESZENZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 7.5.6 ULTRAVIOLETTES LICHT (UV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 7.5.7 R¨ ONTGENSTRAHLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 7.5.8 R¨ ONTGENINTERFERENZEN AN KRISTALLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 7.6 KORPUSKULAREIGENSCHAFTEN DES LICHTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 7.6.1 DER LICHTELEKTRISCHE EFFEKT, PHOTOEFFEKT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 7.6.2 DAS PHOTON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 7.6.3 IONISATION DURCH R¨ ONTGENSTRAHLEN, STRAHLUNGSDOSIS . . . . . . . . . . . . . . 250 7.6.4 LASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 7.6.5 DUALISMUS VON KORPUSKEL UND WELLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 8. GRUNDZ¨ UGE DER ATOM- UND MOLEK¨ ULPHYSIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 8.1 DIE SPEKTREN UND DIE ELEKTRONENH¨ ULLE DER ATOME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 8.1.1 EMISSIONS- UND ABSORPTIONSSPEKTREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 8.1.2 LINIENSPEKTREN DER ATOME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.1.3 ATOMBAU UND PERIODISCHES SYSTEM DER ELEMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . 258 8.1.4 R¨ ONTGENSPEKTREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 8.1.5 DAS ATOM IN WELLENMECHANISCHER DARSTELLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 8.2 MOLEK¨ ULSPEKTREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 8.2.1 ROTATIONSSPEKTREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 8.2.2 MOLEK¨ ULSCHWINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 8.2.3 ROTATIONSSCHWINGUNGSSPEKTREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 8.2.4 ELEKTRONEN¨ UBERG¨ ANGE, BANDENSPEKTREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 8.2.5 RAMAN-STREUUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 8.3 DER ATOMKERN UND SEINE UMWANDLUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 8.3.1 AUFBAU DER ATOMKERNE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 8.3.2 NAT¨ URLICHE RADIOAKTIVIT¨ AT, NEBELKAMMER, Z¨ AHLROHR . . . . . . . . . . . . . . 273 8.3.3 DER RADIOAKTIVE ZERFALL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 INHALTSVERZEICHNIS XIII 8.3.4 PAARBILDUNG, MASSENDEFEKT DER KERNE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 8.3.5 KERNREAKTIONEN UND K¨ UNSTLICHE RADIOAKTIVIT¨ AT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 8.3.6 KERNSPALTUNG, TRANSURANE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 8.3.7 KERNREAKTOR, NEUTRONEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 8.3.8 TEILCHENBESCHLEUNIGER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 8.3.9 ELEMENTARTEILCHEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 8.4 EINIGES ZUR RELATIVIT¨ ATSTHEORIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 8.4.1 DAS RELATIVIT¨ ATSPRINZIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 8.4.2 RAUM UND ZEIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 8.4.3 MASSE UND ENERGIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 8.4.4 PHOTON IM HOMOGENEN SCHWEREFELD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 8.4.5 ZUR ALLGEMEINEN RELATIVIT¨ ATSTHEORIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 ANHANG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 WICHTIGE KONSTANTEN DER PHYSIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 BASISGR¨ OSSEN UND -EINHEITEN DES INTERNATIONALEN EINHEITENSYSTEMS (SI: SYST` EME INTERNATIONAL D*UNIT´ ES) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 ERG¨ ANZENDE SI-EINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 ABGELEITETE SI-EINHEITEN, F¨ UR DIE BESONDERE BEZEICHNUNGEN EINGEF¨ UHRT WORDEN SIND . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 PERIODISCHES SYSTEM DER ELEMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 L¨ OSUNGEN DER AUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 SACHVERZEICHNIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
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