Physik für Ahnungslose: eine Einstiegshilfe für Studierende
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart [u.a.]
Hirzel
2003
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XV, 384 S. zahlr. Ill., graph. Darst. : 23 cm |
| ISBN: | 3777611980 |
Internformat
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|---|---|
| adam_text | VII
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
V
1
Mechaník
1.1
Grundgrößen und ihre Messung
1
1.2
Die Dichte
2
1.3
Die Kraft
2
1.3.1
Wirkung einer Kraft
2
1.3.2
Vektorgrößen
2
1.3.3
Gewichtskraft
4
1.3.4
Hooke sches Gesetz
5
1.3.5
Kraft und Gegenkraft
5
1.4
Geschwindigkeit/Beschleunigung
6
1.4.1
Geradlinige gleichförmige Bewegung
6
1.4.2
Gleichmäßig beschleunigte Bewegung
7
1.4.3
Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit
9
1.4.4
Durchschnitts- und Momentanbeschleunigung
9
1.5
Kräftegleichgewicht/Trägheitssatz
10
1.6
Reibung/Luftwiderstand
11
1.6.1
Gleitreibungskraft
11
1.6.2
Haftreibungskraft
11
1.6.3
Strömungswiderstand
12
1.7
Das Newton sche Grundgesetz
13
1.8
Der freie Fall
14
1.8.1
freier Fall ohne Luftwiderstand
14
1.8.2
Fall mit Luftwiderstand
14
1.9
Überlagerung von Bewegungen, Würfe, Bremsbewegungen
15
1.9.1
Überlagerung gleichförmiger Bewegungen
15
1.9.2
Würfe
15
1.9.3
Bremsbewegungen
19
1.10
Einfache Maschinen
20
1.10.1
Stange und Seil
20
1.10.2
Feste Rolle
20
1.10.3
Lose Rolle
21
1.10.4
Kombination einer festen und einer losen (masselosen) Rolle
21
1.10.5
Der Flaschenzug
22
1.11
Die physikalische Arbeit
23
1.11.1
Spezia
Ifälle
23
1.12
Leistung
27
1.13
Energie
28
1.13.1
Arten der Energie
28
1.13.2
Verlustfreie Speicherung von, verLustfreie Umsetzung in Arbeit
28
1.13.3
Energieumwandlungen
29
VIII Inhaltsverzeichnis
1.14 Impuls 32
1.14.1 ImpuLserhaltungssatz 32
1.14.2 Ballistisches Pendel 34
1.14.3 Unelastischer Stoß 34
1.14.4 Gerader elastischer Stoß 35
1.14.5 Schiefer Stoß gegen ruhende Wand 37
1.14.6 Kraft und Impulsänderung, Kraftstoß 38
1.15 Die Kreisbewegung 40
1.15.1 Zentripetalkraft und Zentripetalbeschleunigung 40
1.15.2 Größe der Zentripetalkraft F2 und der Zentripetal¬
beschleunigung az 41
1.15.3 Begriffe und Größen bei der Kreisbewegung 42
1.15.4 Vertikale Kreisbewegung 44
1.15.5 Arbeit bei der Kreisbewegung 45
1.15.6 Weitere Beispiele zur Kreisbewegung 46
1.16 Himmelsbewegung und Gravitation 48
1.16.1 Geozentrisches Weltsystem 48
1.16.2 Heliozentrisches Weltsystem 49
1.16.3 Kepler sche Gesetze ; 49
1.16.4 Planetenbewegungen 50
1.16.5 Erd- und Sonnenmasse 52
1.16.6 Satelliten auf Kreisbahnen um die Erde 52
1.17 Trägheitskräfte 53
1.17.1 Möglichkeiten zur Beschreibung dynamischer Probleme 54
1.18 Der Stempeldruck in Flüssigkeiten und Gasen 56
1.18.1 Anwendungen des Stempeldrucks 57
1.19 Der hydrostatische Druck (Schweredruck) 58
1.20 Der Auftrieb/Schwimmen, Schweben, Sinken 61
1.20.1 Auftrieb 61
1.20.2 Schwimmen, Schweben, Sinken 63
1.21 Statik der Gase/Gesetz von Boyle-Mariotte 64
1.21.1 Statik der Gase 64
1.21.2 Gesetz von Boyle-Mariotte 66
1.22 Mechanische Schwingbewegungen 67
1.22.1 Schwingbewegung 67
1.22.2 Schwingungsfrequenz 68
1.22.3 Beispiel für eine kompliziertere Anfangsbedingung 69
1.22.4 Energie der mechanischen Horizontalschwingung 70
1.22.5 Die vertikale Federschwingung 70
1.22.6 Die U-Rohr-Schwingung 72
1.22.7 Das Fadenpendel 72
1.23 Gedämpfte Schwingungen/Erzwungene Schwingungen der
Mechanik 75
1.23.1 Gedämpfte Schwingungen 75
1.23.2 Erzwungene Schwingungen 76
1.24 Überlagerung von Schwingungen 79
IX
1.24.1
Zahlenbeispiele/Bewegungstypen bei der Überlagerung von
Horizontal- und VertikaLschwingung
80
1.24.2
Eindimensionale Überlagerung
83
1.25
Mechanische Querwellen (eindimensional)
85
1.25.1
Transversal- und Longitudinalwellen
85
1.25.2
Reflexion der Transversalstörungen
87
1.25.3
Die sinusförmige Querwelle
88
1.26
Überlagerung von Wellen
92
1.26.1
Überlagerung einer Welle mit ihrer Reflexion - Ausbildung
stehender Wellen
94
1.26.2
Stehende Wellen in Trägern
95
1.26.3
Saitenschwingungen
96
1.27
Längswellen (Eindimensional)
99
1.27.1
Ausbreitung von Überdruck- und Unterdruckstörung
99
1.27.2
Reflexion von Längswellen
101
1.27.3
Reflexion einer sinusförmigen Längswelle am festen Ende/
losen Ende
102
1.28
Zweidimensionale Wellenfelder (mechanischer Wellen)
103
1.28.1
Erklärung der Reflexion
105
1.28.2
Erklärung der Brechung
106
2
Wärmelehre
2.1
Die Temperatur und ihre Messung
108
2.2
Längsausdehnung fester Körper beim Erwärmen
110
2.3
Die Volumenausdehnung von FLüssigkeiten/Anomalie des
Wassers
111
2.3.1
Anomalie des Wassers
111
2.4
Die Volumenausdehnung der Gase/Kelvinskala
112
2.5
Temperatur und Teilchenbild/Wärme
114
2.5.1
Aufbau der Körper im Teilchenbild
114
2.5.2
Mechanische Arbeit und Wärme
116
2.6
Wärmemenge und spezifische Wärmekapazität
118
2.7
Mischungsversuche
119
2.8
Erscheinungsformen der Stoffe/Schmelz- und Verdampfungswärme
120
2.8.1
Aggregatzustände
120
2.8.2
Schmelzwärme
120
2.8.3
Verdampfungswärme
121
2.9
Ergänzungen: Verdunsten, Siedepunktserniedrigung
123
2.9.1
Verdunstung
123
2.9.2
Siedepunktemiedrigung
123
2.10
Wärmetransport
124
2.10.1
Wärmekonvektion
124
2.10.2
Wärmeleitung
125
2.10.3
Wärmestrahlung
125
2.11
Das allgemeine Gasgesetz
125
2.11.1
Erstfassung des Gasgesetzes
125
2.11.2
Avogadro- oder Loschmidt-Zahl, Endfassung des Gasgesetzes
127
Inhaltsverzeichnis
2.12 Kinetische Gastheorie 128
2.12.1 Zusammenhang zwischen Druck und Geschwindigkeit 128
2.12.2 Zusammenhang zwischen Temperatur und Geschwindigkeit 130
2.12.3 Innere Energie 130
2.13 Der 1. Hauptsatz der WärmeLehre 131
2.14 Carnotprozess, 2. Hauptsatz, Wirkungsgrad bei Wärmemaschinen 131
2.14.1 Der Carnotprozess 131
2.14.2 Wirkungsgrad von Wärmemaschinen 133
2.14.3 Einige Erfahrungstatsachen 133
2.14.4 Der 2. Hauptsatz der WärmeLehre 134
2.14.5 Wärmemaschinen 135
2.15 Strahlungsgesetze 136
3 Akustik
3.1 Grundtatsachen 138
3.1.1 Amplitude und Frequenz 138
3.1.2 Die Lochsirene 139
3.1.3 Ausbreitung von Schall 140
3.2 Schall als Längswelle · 141
3.2.1 Versuche mit Schallwellen 141
3.3 Der Doppler-Effekt: Erreger oder Beobachter einer Welle
bewegen sich 145
3.3.1 Erreger bewegt, Beobachter in Ruhe 145
3.3.2 Erreger fest, Beobachter bewegt 148
4 Optik
4.1 Grundbegriffe 152
4.1.1 Punktförmige Lichtquelle, Lichtstrahl 152
4.1.2 Das optische Bild 152
4.2 Schatten 154
4.2.1 Kernschatten und Halbschatten 154
4.2.2 Die Entstehung der Mondphasen 154
4.2.3 Mond- und Sonnenfinsternisse 155
4.3 Die Reflexion des Lichts 156
4.3.1 Reflexionsgesetz 156
4.3.2 Das Spiegelbild 157
4.4 Die Brechung des Lichts 159
4.4.1 Brechungsgesetz 159
4.4.2 Anwendungen des Brechungsgesetzes 161
4.4.3 Totalreflexion 162
4.4.4 Strahlengang des Lichts im Prisma 163
4.5 Die Sammellinse 164
4.5.1 Strahlengang bei der Sammellinse 164
4.5.2 Abbildung durch Sammellinsen 166
4.6 Das menschliche Auge 169
4.6.1 Veränderung der Brennweite 169
4.6.2 Augenfehler 170
XI
4.7 Der Fotoapparat 171
4.8 Farbiges Licht, Körperfarben 172
4.8.1 SpektraLfarben 172
4.8.2 Entstehung des Regenbogens 173
4.8.3 Linien
spektru
m
und kontinuierliches Spektrum 173
4.8.4 Farbaddition 173
4.8.5 Farbsubtraktion 175
4.8.6 Körperfarben 175
4.9 Newton sches
Tei
Lm
odeli,
Huygens sches Wellenmodell für Licht 176
4.9.1 Korpuskelmodell des Lichts 176
4.9.2 Huygens sches Wellenmodell 177
4.10 Messung der Lichtgeschwindigkeit 177
4.10.1 Astronomische Methode nach Olaf Rönner (1675) 177
4.10.2 Terrestrische Methode nach Fizeau (1849) - Zahnradmethode 178
4.10.3 Drehspiegelmethode nach
Foucault
179
4.10.4 Ergebnisse der Lichtgeschwindigkeitsmessung 179
4.11 Die Interferenz des Lichts 179
4.11.1 Bestätigungsversuch nach Wiener 179
4.11.2 Interferenzversuch von FresneL 180
4.11.3 Interferenz an dünnen Schichten 180
4.12 Die Beugung des Lichts 184
4.12.1 Beugung an verschiedenen kleinen Objekten 184
4.12.2 Beugung am Spalt 185
4.12.3 Beugung am Gitter 187
4.12.4 Überlagerung von Gitter- und Spaltinterferenz 191
4.13 Die Polarisation des Lichts 192
4.13.1 Licht als Querwelle 192
4.13.2
Brewsteťsches
Gesetz 192
5 Elektrizitätslehre und Magnetismus
5.1 Einfache Grundaussagen des Magnetismus 194
5.1.1 Magnetische Pole 194
5.1.2 Elementarmagnete 194
5.1.3 Magnetische Influenz 195
5.1.4 Das magnetische Feld 195
5.1.5 Das Erdmagnetfeld 197
5.2
Ele
ktri
zi
täts
Le h
re
- Grundbegriffe, Grundaussagen 198
5.2.1 Stromkreis 198
5.2.2 Leiter und Nichtleiter 199
5.2.3 Wirkungen des Stroms 200
5.2.4 Ergänzungen 201
5.3 Ladung und Stromstärke 202
5.3.1 Elektrische Ladung 202
5.3.2 Definition der Ladungseinheit 203
5.3.3 Definition der elektrischen Stromstärke 203
5.3.4 Eigenschaften der Ladung 204
5.4 Elektronen, Atombau, Ionen 205
ХИ
Inhaltsverzeichnis
Versuch von Edison 205
Atombau 206
Stromleitung in Metallen 207
Erklärung verschiedener elektrischer Erscheinungen
im Elektronenbild 208
Stromleitung in Flüssigkeiten (Elektrolyse) 209
Geräte zur Messung der Stromstärke 210
Hitzedrahtampèremeter
210
Drehspulampèremeter
210
Mittelwert bei der Stromanzeige 211
Die elektrische Spannung 211
Definition der Spannung 211
Reihenschaltung (Hintereinanderschaltung) von Stromquellen 213
Elektrisches Potenzial 214
Das Ohm sche Gesetz/Elektrischer Widerstand 214
Widerstand eines Drahts 215
Widerstandsformel für einen Draht 215
Schiebewiderstand 216
Stromstärke, Ladung, Spannung, Arbeit, Leistung im Stromkreis 217
Parallelschaltung und Reihenschaltung von Widerständen 218
Kirchhoffsches Gesetz 218
Reihenschaltung von Widerständen 219
Anwendung von Reihenschaltung 220
Parallelschaltung von Widerständen 221
Messbereichserweiterung beim Strom- und Spannungsmesser 223
Strommesser 223
Spannungsmesser 224
Fernsehröhre 225
Der Elektromotor 226
Die Lorentzkraft (qualitativ) 227
Elektromagnetische Induktion - 1. Teil: Einfache Aussagen
(qualitativ) 229
Generatorprinzip 229
Induktion von Wechselspannung bei einer sich im Magnetfeld
drehenden Leiterschleife 230
Induktion von Spannung durch Magnetfeldänderung 231
Röhrendiode und Röhrentriode 231
ид-Ід
-Kennlinien
der Röhrendiode 231
Diode als Gleichrichter 232
Röhrentriode 233
Anwendung: Triode aLs Verstärker 233
Halbleiter, Halbleiterdiode, Transistor 234
Undotierte Halbleiter 234
Dotierte Halbleiter 236
Der p/n-Übergang 236
Halbleiterdiode als Gleichrichter 237
Gleichrichterschaltung mit vier Dioden und Foto-Diode 238
5
.4.1
5
.4.2
5
.4.3
5
.4.4
5
.4.5
5
.5
5
.5.1
5
.5.2
5
.5.3
5
.6
5
.6.1
5
.6.2
5,
.6.3
5,
.7
5.
.8
5.
.8.1
5,
,8.2
5.
.9
5.
.10
5.
,10.1
5.
.10.2
5.
.10.3
5.
10.4
5.
,11
5.
.11.1
5.
11.2
5.
12
5.
13
5.
14
5.
15
5.
15.1
5.
15.2
in
15.3
ІЛ*
16
5.
16.1
5.
16.2
5.
16.3
5.
16.4
ІЛ*
17
5.
17.1
5.
17.2
5.
17.3
5.
17.4
5.17.5
_______
___^_
_______________
XIII
5 17.6 Der Transistor 239
5*18 Das elektrische Feld, elektrische Feldstärke 241
5Л8.1
Elektrische Felder, Feldlinien 241
ЪЛВ.2
Elektrische Feldstärke 243
5*19 Elektrische Feldstärke und Spannung 245
5*20 Ladungsdichte und Kapazität 246
5*20.1 Flächenladungsdichte und Feldkonstante 246
Ь.гО.г
Kapazität 248
5.20.3 Dielektrizitätszahl 248
5.20.4 Polarisation der Atome 249
5.20.5 Ergänzungen 249
5.20.6 Größenfaktoren 252
5.21 Schaltung von Kondensatoren 252
5.21.1 Parallelschaltung von Kondensatoren 252
5.21.2 Reihenschaltung von Kondensatoren 253
5.21.3 Aufgaben 253
5.21.4 Kondensator mit Dielektrikum und Luftschlitz 254
5.22 Die Energie des elektrischen Feldes 255
5.22.1 Energie des geladenen Kondensators 255
5.22.2 Räumliche Energiedichte 255
5.23 Radialfeld einer punktförmigen Ladung, CouLomb-Gesetz 256
5.24 Die magnetische Flussdichte 261
5.24.1 Definition der Flussdichte 262
5.24.2 Magnetische Flussdichte
В
in einer lang gestreckten SpuLe 264
5.25 Lorentzkraft auf ein Elektron (quantitativ), HaLl-Effekt 266
5.25.1 Eine Formel für die Stromstärke im Leiter 266
5.25.2 Lorentzkraft auf ein Elektron 267
5.25.3 Der Hall-Effekt 267
5.26 Geladene Teilchen in elektrischen Feldern, Millikanversuch 268
5.26.1 Elektronenvolt 268
5.26.2 Parabelbahnen bei Teilchen im KondensatorfeLd 269
5.26.3 Bremsbewegung 269
5.26.4 Milikanversuch - Bestimmung der Elementarladung
e
270
5.27 Teilchen in magnetischen und elektrischen Feldern 270
5.27.1 Teilchen in magnetischen Feldern 270
5.27.2
Е
-Feld und B-FeLd senkrecht zueinander 272
5.27.3 Teilchenbeschleuniger 273
5.28 Ladungsträger in Gasen 276
5.29 Elektromagnetische Induktion - 2. Teil (quantitativ) 278
5.29.1 Wirbelströme 282
5.29.2 Versuch: „AluringVSpulenmagnet 283
5.29.3 Aufgaben 284
5.30 Selbstinduktion bei SpuLen 285
5.30.1 Größe der induzierten Spannung der Spule im Falle der
Selbstinduktion 286
5.30.2 Quantitative Betrachtung des Ein- und Ausschaltvorgangs 287
5.30.3 Energie des Magnetfeldes 288
5
.33
.6
5
.33
.7
5
.34
5
.34
.1
5
.34
.2
5
.34
.3
5
.34
.4
5
.35
5
.35
.1
5
.35.2
5
.36
5
.36
1
5
36
2
5
37
5
37.
1
5
37.
2
5
37.
3
5
37.
4
5
38
5
39
5
39.
1
5
39.
2
5.
40
5.
40.
1
5.
40.
2
5.
40.
3
5.
40.
4
6
6.
1
б.
1.1
6.
1.2
XIV Inhaltsverzeichnis
5.31 Erzeugung sinusförmiger WechseLspannung im Generator 290
5.32 Effektivwerte von Strom und Spannung bei Wechselstrom 291
5.33 Ohm scher Widerstand, Spule und Kondensator im
Wechselstromkreis 293
5.33.1 InduktiverWiderstand 293
5.33.2 Kapazitiver Widerstand 295
5.33.3 Zeigerdiagramm 296
5.33.4 Reihenschaltung von Ohm schem Widerstand R,
SpuÎe mit
Induktivität
L
und Kondensator mit Kapazität
С
im
Wechselstrom kreis (Siebkette) 297
5.33.5 Abhängigkeit der Größen Ieff und
δ
von der Frequenz f,
wenn
R, L, C
und Ueff fest vorgegeben sind 299
Sperrkreis 301
Aufgabe 302
Der Schwingkreis 303
Ungedämpfter Schwingkreis 303
Gedämpfter Schwingkreis 306
Aufhebung der Dämpfung durch Rückkopplung
(Meißner-Schaltung) 306
Erzwungene elektromagnetische Schwingungen 307
Der Transformator (Trafo) 309
Hoch- und Niederspannungstrafo 309
Belasteter und unbelasteter Trafo 309
Drehstrom 311
Prinzip der drei Phasen 311
Erzeugung von Drehstrom 312
Elektromagnetische WelLen 313
Hertz scher Dipol 313
Elektromagnetische Wellen im Raum 314
Maxwells
Überlegungen 315
Ergänzungen 317
„Lichteigenschaften elektromagnetischer Wellen 318
Licht als elektromagnetische Welle 320
Faraday-Effekt und Kerr-Effekt 320
Entspricht die Modell-Lichtwelle der elektrischen oder der
magnetischen Teilwelle? 321
Nicht sichtbare Spektralbereiche im elektromagnetischen
Spektrum/Überblick 323
„Infrarotlicht , „Ultraviolettlicht 323
Röntgenstrahlen 323
γ
-Strahlung
323
Überblick über das elektromagnetische Spektrum 324
Atomphysik und Quantenphysik
Kernphysik 325
Kernaufbau 325
Radioaktivität 325
XV
6 13 Wie wird die unsichtbare Strahlung nachgewiesen? 326
5*1*4 Was passiert beim radioaktiven Zerfall eines Atomkerns? 328
6*1*5 Kernreaktionen 328
6л!б
Kernspaltung (Otto Hahn, 1938) 329
6*1.7 Kernfusion 329
6.2 Kristalluntersuchungen mit RöntgenstrahLen 330
6*2.1 Bragg sche Reftexionsbedingung 330
6*2*2 Drehkristallmethode 331
6*2.3 Debye-Scherrer-Methode (PuLvermethode) 332
6*3 Der Fotoeffekt 333
6*3.1 Lichtquanten und PLanck so-hes Wirkungsquantum 333
6.3.2 Fotostrom 335
6.4 Einige Aussagen der speziellen Relativitätstheorie, Comptoneffekt 337
6.4.1 Massenzunahme und relativistische Energie 337
6.4.2 Photonen
masse, Photonenimpuls
339
6.4.3 Comptoneffekt 340
6.5 Materiewellen 342
6.5.1 Wellencharakter von Elektronen 342
6.5.2 Bedeutung der Welle bei Materieteilchen 342
6.5.3 Frequenz und Wellengeschwindigkeit bei Materiewellen 343
6.5.4 Elektronen am Doppelspalt 344
6.5.5 Elektronen am Einzelspalt 344
6.6 Entwicklung des Atommodells, Erklärung der Balmerserie 346
6.6.1
BohKsche
Postulate
346
6.6.2 Halbklassische Berechnung des Wasserstoffspektrums 346
6.6.3 Strahlungsserien 348
6.7 Der eindimensionale Potentialtopf - Quantengesetz des
eingesperrten Elektrons 349
6.8 Der Franck-Hertz-Versuch, Umkehrung der Na-Linie 352
6.8.1 Franck-Hertz-Versuch 352
6.8.2 Umkehrung der Na-Linie 354
6.8.3
Fraunhofeťsche
Linien 354
6.9 Röntgenstrahlung 355
6.9.1 Bremsstrahlung und charakteristische Röntgenstrahlung 355
6.9.2 Deutung der kontinuierlichen Röntgenstrahlung 356
6.9.3 Deutung der charakteristischen Röntgenstrahlung 356
6.10 Quantenmechanische Behandlung physikalischer Probleme mit
der Schrödingergleichung 359
6.10.1 Zeitabhängige und zeitunabhängige SchrödingergLeichung 359
6.10.2 Teilchen im eindimensionalen Potenzialtopf 361
6.10.3 Das Wasserstoffproblem 361
6.10.4 Der harmonische Oszillator - Teilchen, das an einer Feder hängt 363
Anhang
I:
Physikalische Konstanten 368
Anhang
II:
Literatur 369
Stichwortverzeichnis 370
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