Physik: ein Lehrbuch zum Gebrauch neben Vorlesungen ; mit 8 Farbtafeln, 56 Tabellen und über 1150 Aufgaben
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| Hauptverfasser: | , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | Undetermined |
| Veröffentlicht: |
Berlin ; Heidelberg ; New York ; London ; Paris ; Tokyo ; Hong Kong ; Barcelona ; Budapest
Springer
1993
|
| Ausgabe: | 17., verbesserte und erw. Aufl. [Sonderaufl. für Weltbild Verlag GmbH] |
| Schriftenreihe: | Springer-Lehrbuch
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXIV, 943 S. Ill., graph. Darst. 25 cm |
| ISBN: | 3540512179 |
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INHALTSVERZEICHNIS
VERZEICHNIS DER TABELLEN.XXV
EINLEITUNG. 1
1. MECHANIK DER MASSENPUNKTE
1.1 MESSEN UND MASSEINHEITEN. 3
1.1.1 MESSEN. 3
1.1.2 MASSEINHEITEN . 3
1.1.3 MASSSYSTEME UND DIMENSIONEN. 4
1.1.4 LAENGENEINHEIT. 4
1.1.5 WINKELMASSE. 5
1.1.6 ZEITMESSUNG. 5
1.1.7 MESSFEHLER . 6
1.2 KINEMATIK. 9
1.2.1 ORTSVEKTOR. 9
1.2.2 GESCHWINDIGKEIT. 9
1.2.3 BESCHLEUNIGUNG . 10
1.3 DYNAMIK . 11
1.3.1 TRAEGHEIT . 11
1.3.2 KRAFT UND MASSE . 11
1.3.3 MASSEINHEITEN . 12
1.3.4 DIE NEWTONSCHEN AXIOME . 12
1.4 EINFACHE BEWEGUNGEN . 13
1.4.1 DIE GLEICHMAESSIG BESCHLEUNIGTE BEWEGUNG . 13
1.4.2 DIE GLEICHFOERMIGE KREISBEWEGUNG . 14
1.4.3 DIE HARMONISCHE SCHWINGUNG . 16
1.5 ARBEIT, ENERGIE, IMPULS, LEISTUNG. 17
1.5.1 ARBEIT . 17
1.5.2 KINETISCHE ENERGIE . 18
1.5.3 IMPULS . 19
1.5.4 KRAFTFELDER.20
1.5.5 POTENTIELLE ENERGIE .20
1.5.6 DER ENERGIESATZ . .21
1.5.7 LEISTUNG .22
1.5.8 ZENTRALKRAEFTE .22
1.5.9 ANWENDUNGEN DES ENERGIE- UND IMPULSBEGRIITES .23
A) GESCHOSS- ODER TREIBSTRAHLGESCHWINDIGKEITEN.23
B) RAKETENPHYSIK.23
C) PROPELLER- UND DUESENANTRIEB .24
D) DURCHSCHLAGSKRAFT VON GESCHOSSEN.25
E) POTENTIELLE ENERGIE DER SCHWERE.25
F) SCHWINGUNGSENERGIE .26
G) STOSSGESETZE.27
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN
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X
INHALTSVERZEICHNIS
H) ZUR ENERGIEKRISE.
I) DER VIRIALSATZ .
1.5.10 DER IMPULSRAUM.
1.6 REIBUNG.
1.6.1 REIBUNGSMECHANISMEN .
1.6.2 BEWEGUNG UNTER REIBUNGSEINFLUSS . .
1.6.3 FLUG VON GESCHOSSEN.
1.6.4 DIE TECHNISCHE BEDEUTUNG DER REIBUNG
1.7 GRAVITATION .
1.7.1 DAS GRAVITATIONSGESETZ.
1.7.2 DAS GRAVITATIONSFELD .
1.7.3 GEZEITENKRAEFTE.
1.7.4 PLANETENBAHNEN .
1.8 TRAEGHEITSKRAEFTE .
1.8.1 BEZUGSSYSTEME.
1.8.2 ARTEN DER KRAEFTE .
1.8.3 INERTIALSYSTEME.
1.8.4 ROTIERENDE BEZUGSSYSTEME .
1.8.5 BAHNSTOERUNGEN .
1.8.6 INVARIANZEN UND ERHALTUNGSSAETZE . . .
AUFGABEN ZU 1.1-1.8.
. 29
. 31
. 32
. 34
. 34
. 36
. 38
. 39
. 41
. 41
. 42
. 43
. 46
. 48
. 48
. 48
. 49
. 49
. 51
. 53
54-64
2. MECHANIK DES STARREN KOERPERS
2.1 TRANSLATION UND ROTATION .YY YY YY YY
2.1.1 BEWEGUNGSMOEGLICHKEITEN EINES STARREN KOERPERS
2.1.2 INFINITESIMALE DREHUNGEN.
2.1.3 DIE WINKELGESCHWINDIGKEIT.
2.2 DYNAMIK DES STARREN KOERPERS .
2.2.1 ROTATIONSENERGIE .
2.2.2 DAS TRAEGHEITSMOMENT .
2.2.3 DAS DREHMOMENT.
2.2.4 DER DREHIMPULS.
2.2.5 DAS TRAEGHEITSMOMENT ALS TENSOR .
2.2.6 DER DREHIMPULSSATZ.
2.2.7 DIE BEWEGUNGSGLEICHUNG DES STARREN KOERPERS
2.3 GLEICHGEWICHT UND BEWEGUNG EINES STARREN KOERPERS
2.3.1 GLEICHGEWICHTSBEDINGUNGEN .
A) ARTEN DES GLEICHGEWICHTS .
B) EINFACHE MASCHINEN.
C) DIE WAAGE .
D) STANDFESTIGKEIT.
2.3.2 BESCHLEUNIGTE ROTATION.
2.3.3 DREHSCHWINGUNGEN .
2.3.4 KIPPUNG.
2.3.5 DREHUNG UM FREIE ACHSEN.
2.4 DER KREISEL .
2.4.1 NUTATION DES KRAEFTEFREIEN KREISELS.
2.4.2 PRAEZESSION DES KREISELS .
AUFGABEN ZU 2.2-2.4.
. 65
. 65
. 66
. 67
. 67
. 67
. 67
. 68
. 69
. 70
. 70
. 72
. 72
. 72
. 74
. 74
. 75
. 76
. 76
. 77
. 78
. 78
. 79
. 79
. 80
81-83
INHALTSVERZEICHNIS
XI
3. MECHANIK DEFORMIERBARER KOERPER
3.1 RUHENDE FLUESSIGKEITEN UND GASE (HYDRO- UND AEROSTATIK) .85
3.1.1 DER FESTE, FLUESSIGE UND GASFOERMIGE ZUSTAND . 85
3.1.2 DIE GESTALT VON FLUESSIGKEITSOBERFLAECHEN. 86
3.1.3 DRUCK . 85
A) HYDRAULISCHE PRESSE . 86
B) DRUCKARBEIT . 86
C) KOMPRESSIBILITAET. 87
3.1.4 DER SCHWEREDRUCK. 87
A) KOMMUNIZIERENDE ROEHREN . 87
B) AUFTRIEB. 88
C) SCHWIMMEN. 88
D) ARAEOMETER . 89
3.1.5 GASDRUCK . 89
3.1.6 DER ATMOSPHAERENDRUCK.90
3.2 OBERFLAECHENSPANNUNG .91
A) TROEPFCHENGROESSE .92
B) UEBERDRUCK IN DER SEIFENBLASE .93
C) KAPILLARITAET.94
3.3 STROEMUNGEN.95
3.3.1 BESCHREIBUNG VON STROEMUNGEN.95
3.3.2 INNERE REIBUNG .99
3.3.3 DIE LAMINARE STROEMUNG.100
A) REIBUNGSKRAEFTE IN STROEMENDEN FLUESSIGKEITEN.100
B) DRUCKKRAFT.101
C) LAMINARE SPALTSTROEMUNG .102
D) LAMINARE ROHRSTROEMUNG .102
E) LAMINARE STROEMUNG UM KUGELN (STOKES).103
F) DIE PRANDTL-GRENZSCHICHT .103
G) SCHMIERMITTELREIBUNG .104
3.3.4 BEWEGUNGSGLEICHUNG EINER FLUESSIGKEIT.105
3.3.5 KRITERIEN FUER DIE VERSCHIEDENEN STROEMUNGSTYPEN .105
3.3.6 STROEMUNG IDEALER FLUESSIGKEITEN.107
A) AUSSTROEMEN AUS EINEM LOCH .108
B) WEITERE BEISPIELE ZUR BERNOULLI-GLEICHUNG.109
C) KAVITATION .109
D) GASDYNAMIK .HO
3.3.7 DER HYDRODYNAMISCHE IMPULSSATZ .110
3.3.8 STROEMUNGSWIDERSTAND. 111
3.3.9 WIRBEL .114
3.3.10 TURBULENZ .115
3.4 DER DEFORMIERBARE FESTKOERPER.118
3.4.1 DEHNUNG UND KOMPRESSION .118
3.4.2 SCHERUNG.119
3.4.3 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN -MODUI UND G-MODUL .119
3.4.4 ANELASTISCHES VERHALTEN.120
3.4.5 ELASTISCHE ENERGIE.121
3.4.6 WIE BIEGEN SICH DIE BALKEN? .122
3.4.7 KNICKUNG .122
3.4.8 HAERTE.123
AUFGABEN ZU 3.1-3.4.123-129
XII
INHALTSVERZEICHNIS
4. SCHWINGUNGEN UND WELLEN
4.1 SCHWINGUNGEN.131
4.1.1 UEBERLAGERUNG VON SCHWINGUNGEN .131
A) SCHWINGUNGEN VERSCHIEDENER RICHTUNG.131
B) SCHWINGUNGEN GLEICHER FREQUENZ UND RICHTUNG:
ZEIGERDIAGRAMM, KOMPLEXE RECHNUNG.132
C) SCHWINGUNGEN MIT WENIG VERSCHIEDENEN FREQUENZEN:
SCHWEBUNGEN, AMPLITUDENMODULATION.135
D) SCHWINGUNGEN MIT STARK UNTERSCHIEDLICHER FREQUENZ:
FOURIER-ANALYSE .136
E) SCHWINGUNGEN MIT UNBESTIMMTER PHASENDIFFERENZ
(INKOHAERENTE SCHWINGUNGEN) .139
4.1.2 GEDAEMPFTE SCHWINGUNGEN .140
4.1.3 ERZWUNGENE SINUSSCHWINGUNGEN.144
4.1.4 AMPLITUDEN-UND PHASENMODULATION.148
4.2 WELLEN.149
4.2.1 BESCHREIBUNG VON WELLEN.149
4.2.2 DIE WELLENGLEICHUNG .150
4.2.3 ELASTISCHE WELLEN .151
4.2.4 UEBERLAGERUNG VON WELLEN.152
A) WELLEN GLEICHER FREQUENZ, ABER VERSCHIEDENER
AUSBREITUNGSRICHTUNG .153
B) WELLEN GLEICHER AUSBREITUNGSRICHTUNG, ABER VERSCHIEDENER
FREQUENZ .154
4.2.5 INTENSITAET EINER WELLE.157
4.3 WELLENAUSBREITUNG .158
4.3.1 STREUUNG.158
4.3.2 DAS PRINZIP VON HUYGENS-FRESNEL .159
4.3.3 DAS PRINZIP VON FERMAT .160
4.3.4 BEUGUNG.162
4.3.5 DOPPLER-EFFEKT; MACH-WELLEN .164
4.3.6 ABSORPTION.165
4.3.7 STOSSWELLEN.166
4.4 EIGENSCHWINGUNGEN.168
4.4.1 GEKOPPELTE PENDEL .168
4.4.2 WELLEN IM KRISTALLGITTER; DIE KLEIN-GORDON-GLEICHUNG . . . .169
4.4.3 STEHENDE ELASTISCHE WELLEN .171
4.4.4 EIGENSCHWINGUNGEN VON PLATTEN, MEMBRANEN, HOHLRAEUMEN . 173
4.4.5 ENTARTUNG .176
4.5 SCHALLWELLEN.177
4.5.1 SCHALLMESSUNGEN.177
A) MESSUNG IN STEHENDER WELLE.177
B) KUNDTSCHES ROHR .177
C) QUINCKESCHES RESONANZROHR.177
D) ULTRASCHALL-INTERFEROMETER (PIERCE).178
E) OPTISCHE WELLENLAENGENMESSUNG VON ULTRASCHALLWELLEN
(DEBYE UND SEARS).178
4.5.2 TOENE UND KLAENGE .179
4.5.3 LAUTSTAERKE.180
4.5.4 DAS OHR.181
INHALTSVERZEICHNIS
XIII
4.5.5 ULTRASCHALL UND HYPERSCHALL .183
4.6 OBERFLAECHENWELLEN AUF FLUESSIGKEITEN .184
AUFGABEN ZU 4.1-4.6 187-192
5. WANNE
5.1 WAERMEENERGIE UND TEMPERATUR .193
5.1.1 WAS IST WAERME?.193
5.1.2 TEMPERATUR .193
5.1.3 THERMOMETER .195
5.1.4 FREIHEITSGRADE.196
5.1.5 WAERMEKAPAZITAET.197
5.1.6 KALORIMETER .199
5.2 KINETISCHE GASTHEORIE .199
5.2.1 DER GASDRUCK.199
5.2.2 DIE ZUSTANDSGLEICHUNG IDEALER GASE.200
5.2.3 DER 1. HAUPTSATZ DER WAERMELEHRE.201
5.2.4 CV UND CP BEI GASEN.202
5.2.5 ADIABATISCHE ZUSTANDSAENDERUNGEN.202
5.2.6 DRUCKARBEIT .204
5.2.7 MITTLERE FREIE WEGLAENGE UND WIRKUNGSQUERSCHNITT .205
5.2.8 DIE BROWNSCHE MOLEKULARBEWEGUNG.206
5.2.9 DIE BOLTZMANN-VERTEILUNG .207
5.2.10 DIE MAX WELL-VERTEILUNG.208
A) DIE VERTEILUNGSFUNKTION.208
B) MOLEKULARSTRAHLEN.209
5.3 WAERMEKRAFTMASCHINEN.210
5.3.1 THERMISCHE ENERGIEWANDLER .210
5.3.2 ARBEITSDIAGRAMME.211
5.3.3 WIRKUNGSGRAD VON THERMISCHEN ENERGIEWANDLEM.212
5.4 WAERMELEITUNG UND DIFFUSION.214
5.4.1 MECHANISMEN DES WAERMETRANSPORTES .214
5.4.2 DIE GESETZE DER WAERMELEITUNG.214
5.4.3 WAERMEUEBERGANG UND WAERMEDURCHGANG.218
5.4.4 WAERMETRANSPORT DURCH KONVEKTION .219
5.4.5 DIFFUSION IN GASEN UND LOESUNGEN.219
5.4.6 TRANSPORTPHAENOMENE.221
5.5 ENTROPIE.223
5.5.1 IRREVERSIBILITAET . . .223
5.5.2 WAHRSCHEINLICHKEIT UND ENTROPIE .225
5.5.3 ENTROPIE UND WAERMEENERGIE .226
5.5.4 BERECHNUNG VON ENTROPIEN.226
5.5.5 DER 2. HAUPTSATZ DER WAERMELEHRE.229
5.5.6 REVERSIBLE KREISPROZESSE .230
5.5.7 DAS THERMODYNAMISCHE GLEICHGEWICHT.232
5.5.8 CHEMISCHE ENERGIE .234
5.5.9 FREIE ENERGIE, HELMHOLTZ-GLEICHUNG UND 3. HAUPTSATZ DER
WAERMELEHRE .237
5.6 AGGREGATZUSTAENDE.238
XIV INHALTSVERZEICHNIS
5.6.1 KOEXISTENZ VON FLUESSIGKEIT UND DAMPF.238
A) SIEDEN.240
B) HYGROMETRIE .240
C) VERDAMPFUNGSWAERME .241
5.6.2 KOEXISTENZ VON FESTKOERPER UND FLUESSIGKEIT.243
5.6.3 KOEXISTENZ DREIER PHASEN.243
5.6.4 REALE GASE.244
5.6.5 KINETISCHE DEUTUNG DER VAN DER WAALS-GLEICHUNG .246
5.6.6 JOULE-THOMSON-EFFEKT; GASVERFLUESSIGUNG.247
5.6.7 ERZEUGUNG TIEFSTER TEMPERATUREN.249
5.7 LOESUNGEN .251
5.7.1 GRUNDBEGRIFFE .251
5.7.2 OSMOSE .251
5.7.3 DAMPFDRUCKSENKUNG .252
5.7.4 DESTILLATION .253
5.8 VAKUUM.253
5.8.1 BEDEUTUNG DER VAKUUMTECHNIK.253
5.8.2 VAKUUMPUMPEN.254
5.8.3 STROEMUNG VERDUENNTER GASE.256
5.8.4 VAKUUM-MESSGERAETE.257
AUFGABEN ZU 5.1-5.7. 258-272
6. ELEKTRIZITAET
6.1 ELEKTROSTATIK .273
6.1.1 ELEKTRISCHE LADUNGEN.273
6.1.2 DAS ELEKTRISCHE FELD.274
6.1.3 SPANNUNG UND POTENTIAL .277
6.1.4 BERECHNUNG VON FELDERN .280
6.1.5 KAPAZITAET .284
A) PARALLEL- UND SERIENSCHALTUNG VON KONDENSATOREN.285
B) KIRCHHOFF-WAAGE.285
C) ELEKTROMETER.285
D) SCHWEBEKONDENSATOR, MILLIKAN-VERSUCH .286
6.1.6 DIPOLE .286
6.1.7 INFLUENZ .288
6.1.8 ENERGIE EINER LADUNGSVERTEILUNG.289
6.1.9 DAS ELEKTRISCHE FELD ALS TRAEGER DER ELEKTRISCHEN ENERGIE . . .289
6.2 DIELEKTRIKA .290
6.2.1 DIE VERSCHIEBUNGSDICHTE .290
6.2.2 DIELEKTRIZITAETSKONSTANTE.290
6.2.3 MECHANISMEN DER DIELEKTRISCHEN POLARISATION.292
A) VERSCHIEBUNGSPOLARISATION.292
B) ORIENTIERUNGSPOLARISATION .292
6.2.4 ENERGIEDICHTE DES ELEKTRISCHEN FELDES IM DIELEKTRIKUM . 293
6.2.5 ELEKTROSTRIKTION; PIEZO- UND PYROELEKTRIZITAET .294
6.3 GLEICHSTROEME .295
6.3.1 STROMSTAERKE .295
6.3.2 DAS OHMSCHE GESETZ .297
6.3.3 ENERGIE UND LEISTUNG ELEKTRISCHER STROEME.299
INHALTSVERZEICHNIS
XV
6.3.4 GLEICHSTROMTECHNIK.299
A) MESSGERAETE; MESSBEREICHSUMSCHALTUNG .299
B) BRUECKENSCHALTUNGEN.300
C) KOMPENSATIONSMETHODE.301
D) INNEN WIDERSTAND EINER SPANNUNGSQUELLE;
LEISTUNGSANPASSUNG .301
E) VORWIDERSTAND UND POTENTIOMETER .302
6.4 MECHANISMEN DER ELEKTRISCHEN LEITUNG .303
6.4.1 NACHWEIS FREIER ELEKTRONEN IN METALLEN.303
6.4.2 ELEKTRONENTRANSPORT IN METALLEN.304
6.4.3 ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT .305
A) TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER LEITFAEHIGKEIT.305
B) INNERER PHOTOEFFEKT .306
C) MAGNETORESISTENZ.306
D) DRUCKABHAENGIGKEIT DES WIDERSTANDES .307
E) ELEKTRISCHE UND WAERMELEITFAEHIGKEIT.307
F) SUPRALEITUNG .307
G) ELEKTRISCHE RELAXATION.307
6.4.4 ELEKTROLYSE.308
6.4.5 ELEKTROLYTISCHE LEITFAEHIGKEIT .309
6.4.6 IONENWOLKEN; ELEKTROCHEMISCHES POTENTIAL .312
6.5 GALVANISCHE ELEMENTE .316
6.5.1 IONENGLEICHGEWICHT UND NEMST-GLEICHUNG .316
6.5.2 AUFLOESUNG VON METALLIONEN.316
6.5.3 GALVANISCHE ELEMENTE.317
6.5.4 GALVANISCHE POLARISATION.318
6.5.5 POLARISATION UND OBERFLAECHENSPANNUNG .319
6.6 THERMOELEKTRIZITAET .319
6.6.1 DER SEEBECK-EFFEKT .319
6.6.2 PELTIER-EFFEKT UND THOMSON-EFFEKT .321
AUFGABEN ZU 6.1-6.5 . 322-329
7. ELEKTRODYNAMIK
7.1 LADUNGEN UND FELDER .331
7.1.1 ELEKTROSTATIK.331
7.1.2 LORENTZ-KRAFT UND MAGNETFELD.331
7.1.3 KRAEFTE AUF STROEME IM MAGNETFELD .332
7.1.4 DER HALL-EFFEKT .334
7.1.5 RELATIVITAET DER FELDER.335
7.2 ERZEUGUNG VON MAGNETFELDERN.336
7.2.1 DAS FELD DES GERADEN ELEKTRONENSTRAHLES ODER DES GERADEN
DRAHTES .336
7.2.2 DER GERADE DRAHT, RELATIVISTISCH BETRACHTET .337
7.2.3 ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN DES MAGNETFELDES.338
7.2.4 DAS MAGNETFELD VON STROEMEN .339
7.2.5 VERGLEICH MIT DEM ELEKTRISCHEN FELD; DER SATZ VON BIOT-SAVART 342
7.2.6 MAGNETOSTATIK.345
7.2.7 ELEKTROMAGNETE .346
7.2.8 MAGNETISCHE SPANNUNG UND VEKTORPOTENTIAL .347
7.2.9 DAS MAGNETFELD DER ERDE.348
XVI
INHALTSVERZEICHNIS
7.3 INDUKTION .351
7.3.1 FARADAYS INDUKTIONSVERSUCHE .351
7.3.2 DAS INDUKTIONSGESETZ ALS FOLGE DER LORENTZ-KRAFT .354
7.3.3 DIE RICHTUNG DES INDUZIERTEN STROMES (LENZ-REGEL) .356
7.3.4 WIRBELSTROEME .357
7.3.5 INDUKTIVITAET .357
7.3.6 EIN- UND AUSSCHALTEN VON GLEICHSTROEMEN.358
7.3.7 ENERGIE UND ENERGIEDICHTE IM MAGNETFELD.359
7.3.8 GEGENINDUKTION.359
7.4 MAGNETISCHE MATERIALIEN.360
7.4.1 MAGNETISIERUNG .360
7.4.2 DIAMAGNETISMUS.362
7.4.3 PARAMAGNETISMUS .363
7.4.4 FERROMAGNETISMUS.364
7.4.5 DER EINSTEIN-DE HAAS-EFTEKT .366
7.4.6 STRUKTUR DER FERROMAGNETIKA.366
7.4.7 ANTIFERROMAGNETISMUS UND FERRIMAGNETISMUS.369
7.4.8 FERRO- UND ANTIFERROELEKTRIZITAET .369
7.5 WECHSELSTROEME .370
7.5.1 ERZEUGUNG VON WECHSELSTROEMEN.370
7.5.2 EFFEKTIVWERTE VON STROM UND SPANNUNG.372
7.5.3 WECHSELSTROM WIDERSTAENDE .373
7.5.4 ZWEIPOLE, ORTSKURVEN, ERSATZSCHALTBILDER .377
7.5.5 MESSINSTRUMENTE FUER ELEKTRISCHE GROESSEN.379
7.5.6 DREHSTROM.382
7.5.7 SCHWINGKREISE .385
7.5.8 TRANSFORMATOREN .387
7.5.9 DAS BETATRON .391
7.5.10 ELEKTROMOTOREN UND GENERATOREN .392
7.5.11 SKINEFFEKT .395
7.6 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN .396
7.6.1 DER VERSCHIEBUNGSSTROM .396
7.6.2 DER PHYSIKALISCHE INHALT DER MAXWELL-GLEICHUNGEN.397
7.6.3 EBENE ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN .398
7.6.4 ENERGIEDICHTE UND ENERGIESTROEMUNG.401
7.6.5 DER LINEARE OSZILLATOR.402
7.6.6 DIE AUSSTRAHLUNG DES LINEAREN OSZILLATORS.403
7.6.7 WELLENGLEICHUNG UND TELEGRAPHENGLEICHUNG.405
7.6.8 WARUM FUNKT MAN MIT TRAEGERWELLEN?.407
7.6.9 DRAHTWELLEN .408
7.6.10 HOHLRAUMOSZILLATOREN UND HOHLLEITER .409
AUFGABEN ZU 7.1-7.6.410-418
8. FREIE ELEKTRONEN UND IONEN
8.1 ERZEUGUNG VON FREIEN LADUNGSTRAEGERN .419
8.1.1 GLUEHEMISSION (RICHARDSON-EFFEKT).419
8.1.2 PHOTOEFFEKT (LICHTELEKTRISCHER EFFEKT).421
8.1.3 FELDEMISSION.422
8.1.4 SEKUNDAERELEKTRONEN.422
8.1.5 IONISIERUNG EINES GASES.422
INHALTSVERZEICHNIS
XVII
8.2 BEWEGUNG FREIER LADUNGSTRAEGER .424
8.2.1 ELEKTRONEN IM HOMOGENEN ELEKTRISCHEN FELD .424
8.2.2 ELEKTRONEN IM HOMOGENEN MAGNETFELD .424
8.2.3 OSZILLOSKOP UND FEMSEHROEHRE .426
8.2.4 THOMSONS PARABELVERSUCH; MASSENSPEKTROSKOPIE .428
8.2.5 DIE GESCHWINDIGKEITSABHAENGIGKEIT DER ELEKTRONENMASSE . . . 429
8.2.6 DIE ELEKTRONENROEHRE .429
8.2.7 ELEKTRONENROEHREN ALS VERSTAERKER.432
8.2.8 SCHWINGUNGSERZEUGUNG DURCH RUECKKOPPLUNG.433
8.2.9 ERZEUGUNG UND VERSTAERKUNG HOECHSTFREQUENTER SCHWINGUNGEN 434
8.3 GASENTLADUNGEN.437
8.3.1 LEITFAEHIGKEIT VON GASEN .437
A) IONENKINETIK .437
B) DIE IONISATIONSKAMMER .437
8.3.2 STOSSIONISATION.439
8.3.3 EINTEILUNG DER GASENTLADUNGEN.440
8.3.4 GLIMMENTLADUNGEN .441
8.3.5 BOGEN UND FUNKEN .441
8.3.6 GASENTLADUNGSLAMPEN.442
8.3.7 KATHODEN- UND KANALSTRAHLUNG .443
8.4 PLASMEN.444
8.4.1 DER YYVIERTE AGGREGATZUSTAND" .444
8.4.2 PLASMASCHWINGUNGEN .445
8.4.3 PLASMEN IM MAGNETFELD.447
8.4.4 FUSIONSPLASMEN.448
AUFGABEN ZU 8.1-8.3 . 450-452
9. GEOMETRISCHE OPTIK
9.1 REFLEXION UND BRECHUNG.453
9.1.1 LICHTSTRAHLEN.453
9.1.2 REFLEXION.454
9.1.3 BRECHUNG.456
9.1.4 TOTALREFLEXION .457
9.1.5 PRISMEN .458
9.2 OPTISCHE INSTRUMENTE.460
9.2.1 BRECHUNG AN KUGELFLAECHEN .460
9.2.2 DICKE LINSEN. 461
9.2.3 LINSENFEHLER .463
9.2.4 ABBILDUNGSMASSSTAB UND VERGROESSERUNG .464
9.2.5 DIE LUPE.465
9.2.6 DAS MIKROSKOP .466
9.2.7 DER DIA-PROJEKTOR.468
9.2.8 DAS FERNROHR .468
9.2.9 DAS AUGE .469
9.3 DIE LICHTGESCHWINDIGKEIT .471
9.3.1 ASTRONOMISCHE METHODEN .471
9.3.2 ZAHNRADMETHODE .471
9.3.3 DREHSPIEGELMETHODE.472
9.3.4 RESONATORMETHODE .472
INHALTSVERZEICHNIS
9.4 GEOMETRISCHE ELEKTRONENOPTIK .473
9.4.1 DAS BRECHUNGSGESETZ FUER ELEKTRONEN.473
9.4.2 ELEKTRISCHE ELEKTRONENLINSEN.474
9.4.3 MAGNETISCHE LINSEN.476
9.4.4 ELEKTRONENMIKROSKOPE .478
AUFGABEN ZU 9.1-9.4 . 479-483
10. WELLENOPTIK
10.1 INTERFERENZ UND BEUGUNG .485
10.1.1 KOHAERENZ .485
10.1.2 DIE GRUNDKONSTRUKTION DER INTERFERENZOPTIK.486
10.1.3 GITTER .489
10.1.4 SPALT-UND LOCHBLENDE .490
10.1.5 AUFLOESUNGSVERMOEGEN OPTISCHER GERAETE.492
10.1.6 AUFLOESUNGSVERMOEGEN DES SPEKTROGRAPHEN.494
10.1.7 FRESNEL-LINSEN.496
10.1.8 HOLOGRAPHIE.498
10.1.9 FRESNEL-BEUGUNG .498
10.1.10 STEHENDE LICHTWELLEN .501
10.1.11 INTERFERENZFARBEN .502
10.1.12 INTERFEROMETRIE .504
10.2 POLARISATION DES LICHTS.508
10.2.1 LINEARE UND ELLIPTISCHE POLARISATION .508
10.2.2 POLARISATIONSAPPARATE.509
10.2.3 POLARISATION DURCH DOPPELBRECHUNG.509
10.2.4 POLARISATION DURCH REFLEXION UND BRECHUNG.513
10.2.5 INTENSITAETSVERHAELTNISSE BEI REFLEXION UND BRECHUNG
. 514
10.2.6 REFLEXMINDERUNG .515
10.2.7 INTERFERENZEN IM PARALLELEN LINEAR POLARISIERTEN LICHT . 516
10.2.8 INTERFERENZEN IM KONVERGENTEN POLARISIERTEN LICHT . 517
10.2.9 DREHUNG DER POLARISATIONSEBENE; OPTISCHE AKTIVITAET . . . 518
10.2.10 DER ELEKTROOPTISCHE EFFEKT (KERR-EFFEKT) .520
10.3 ABSORPTION, DISPERSION UND STREUUNG DES LICHTES.520
10.3.1 ABSORPTION .520
10.3.2 DIE DISPERSION UND IHRE DEUTUNG AUS DER
FREQUENZABHAENGIGEN POLARISIERBARKEIT .521
10.3.3 ATOMISTISCHE DEUTUNG DER DISPERSION.522
10.3.4 DEUTUNG DES FARADAY-EFFEKTES.524
10.3.5 WARUM IST DER HIMMEL BLAU?.525
10.4 WELLEN UND TEILCHEN.528
10.4.1 MATERIEWELLEN.528
10.4.2 ELEKTRONENBEUGUNG.529
10.4.3 ELEKTRONENBEUGUNG AN LOCHBLENDEN.531
10.4.4 DIE UNSCHAERFERELATION .533
AUFGABEN ZU 10.1-10.4 . 533-536
11. STRAMUNGSENERGIE
11.1 DAS STRAHLUNGSFELD.537
11.1.1 STRAHLUNGSGROESSEN .537
INHALTSVERZEICHNIS
XIX
11.1.2 PHOTOMETRISCHE GROESSEN.539
11.1.3 PHOTOMETRIE UND STRAHLUNGSMESSUNG .539
11.2 STRAHLUNGSGESETZE.541
11.2.1 WAERMESTRAHLUNG UND THERMISCHES GLEICHGEWICHT.541
11.2.2 DAS SPEKTRUM DER SCHWARZEN STRAHLUNG.543
11.2.3 PLANCKS STRAHLUNGSGESETZ.543
11.2.4 LAGE DES EMISSIONSMAXIMUMS;
WIENSCHES VERSCHIEBUNGSGESETZ .545
11.2.5 GESAMTEMISSION DES SCHWARZEN STRAHLERS;
STEFAN-BOLTZMANN-GESETZ.545
11.2.6 PYROMETRIE.546
11.3 DIE WELT DER STRAHLUNG .547
11.3.1 FARBE.547
11.3.2 INFRAROT UND ULTRAVIOLETT.549
11.3.3 DIE STRAHLUNG DER SONNE .555
11.3.4 WARUM SIND DIE BLAETTER GRUEN? .560
AUFGABEN ZU 11.1-11.3 . 563-566
12. DAS ATOM
12.1 DAS PHOTON.567
12.1.1 ENTDECKUNG DES PHOTONS .567
12.1.2 MASSE UND IMPULS DER PHOTONEN; STRAHLUNGSDRUCK . 568
12.1.3 STOSS VON PHOTONEN UND ELEKTRONEN; COMPTON-EFFEKT . .569
12.1.4 RUECKSTOSS BEI DER Y-EMISSION; MOESSBAUER-EFFEKT .570
12.2 EMISSION UND ABSORPTION VON LICHT .571
12.2.1 SPEKTREN.571
12.2.2 LINIENVERBREITERUNG.572
12.2.3 FLUORESZENZ .573
12.2.4 PHOSPHORESZENZ.574
12.2.5 DER VERSUCH VON FRANCK UND HERTZ.574
12.2.6 DIE ENERGIESTUFEN DER ATOME.575
12.2.7 ANREGUNG UND IONISIERUNG .576
12.2.8 RAMAN-EFFEKT.577
12.2.9 LASER.578
12.3 DAS BOHRSCHE ATOMMODELL .582
12.3.1 DAS VERSAGEN DER KLASSISCHEN PHYSIK VOR DEM ATOM . . .582
12.3.2 DIE BOHRSCHEN POSTULATE .583
12.3.3 DAS WASSERSTOFFSPEKTRUM.584
12.3.4 DAS WASSERSTOFFATOM NACH BOHR.584
12.3.5 DIE SPEKTREN ANDERER ATOME.586
12.3.6 DIE BOHR-SOMMERFELDSCHEN QUANTENBEDINGUNGEN . 588
12.3.7 DAS KORRESPONDENZPRINZIP.589
12.4 MOLEKUELSPEKTREN.589
12.4.1 DIE ENERGIESTUFEN DER MOLEKUELE .589
12.4.2 ROTATIONSBANDEN .590
12.4.3 DAS ROTATIONS-SCHWINGUNGS-SPEKTRUM .591
12.4.4 DIE POTENTIALKURVE DES MOLEKUELS.593
12.5 ROENTGENSTRAHLUNG .594
12.5.1 ERZEUGUNG UND NACHWEIS.594
XX
INHALTSVERZEICHNIS
12.5.2 ROENTGENBEUGUNG .
12.5.3 ROENTGENOPTIK .
12.5.4 BREMSSTRAHLUNG .
12.5.5 CHARAKTERISTISCHE STRAHLUNG .
12.5.6 ROENTGENABSORPTION .
12.6 SYSTEMATIK DES ATOMBAUS.
12.6.1 DAS PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE.
12.6.2 QUANTENZAHLEN .
12.6.3 BAUPRINZIPIEN DER ELEKTRONENHUELLE.
A) DAS PAULI-PRINZIP .
B) DAS BOHR-SOMMERFELDSCHE BAUSTEINPRINZIP
12.6.4 DEUTUNG DES PERIODENSYSTEMS .
12.6.5 JENSEITS DES PERIODENSYSTEMS.
12.7 ATOME IN ELEKTRISCHEN UND MAGNETISCHEN FELDERN . .
12.7.1 DREHIMPULSQUANTELUNG .
12.7.2 ATOM- UND KERNMOMENTE .
12.7.3 DER STEM-GERLACH-VERSUCH.
12.7.4 ZEEMAN-AUFSPALTUNG UND LARMOR-PRAEZESSION
12.7.5 SPINRESONANZ .
12.7.6 KERNSPINMESSUNG AN FREIEN ATOMEN . . . . .
12.7.7 KEMSPINRESONANZ IN KOMPAKTER MATERIE . .
12.7.8 EINFLUSS DER UMGEBUNG BEI DER SPINRESONANZ
12.7.9 ZEEMAN-EFFEKT.
12.7.10 STARK-EFFEKT.
AUFGABEN ZU 12.1-12.7.
. . 594
. . 598
. . 599
. . 600
. . 604
. . 607
. . 607
. . 610
. . 610
. . 610
. . 611
. . 611
. . 612
. . 613
. . 613
. . 614
. . 615
. . 616
. . 617
. . 617
. . 618
. . . 619
. . . 620
. . . 621
622-627
13. KERNE UND ELEMENTARTEILCHEN
13.1 DER INNERE AUFBAU DER ATOME .
13.1.1 DAS LEERE ATOM .
13.1.2 DIE ENTDECKUNG DES ATOMKERNS .
13.1.3 KERNBAUSTEINE UND KERNKRAEFTE.
13.1.4 MASSENDEFEKT, ISOTOPIE UND MASSENSPEKTROSKOPIE
13.1.5 KEMMODELLE.
13.1.6 KERNSPALTUNG .
13.1.7 KERNFUSION.
13.2 RADIOAKTIVITAET .
13.2.1 ELEMENTUMWANDLUNG .
13.2.2 ZERFALLSENERGIE.
13.2.3 DAS ZERFALLSGESETZ.
13.3 SCHNELLE TEILCHEN. YY ' YY
13.3.1 DURCHGANG SCHNELLER TEILCHEN DURCH MATERIE . .
13.3.2 NACHWEIS SCHNELLER TEILCHEN .
A) IONISATIONSKAMMER UND HALBLEITERZAEHLER . . .
B) NEBEL- UND BLASENKAMMER .
C) FUNKENKAMMER .
D) ZAEHLROHR .
E) SZINTILLATIONSZAEHLER.
F) TSCHERENKOW-ZAEHLER.
G) KEMSPUR-PLATTEN.
H) DRAHT- ODER DRIFTKAMMER.
629
629
630
. 633
. 635
. 636
. 639
. 641
. 644
. 644
. 647
. 649
. 651
. 651
. 654
. 654
. 656
. 657
. 657
. 658
. 658
. 658
. 659
INHALTSVERZEICHNIS
XXI
13.3.3 TEILCHENBESCHLEUNIGER.659
13.3.4 STRAHLENDOSIS UND STRAHLENWIRKUNG .663
13.4 ELEMENTARTEILCHEN .666
13.4.1 HISTORISCHER UEBERBLICK .666
13.4.2 WIE FINDET MAN NEUE TEILCHEN?.668
13.4.3 MYONEN UND PIONEN .672
13.4.4 NEUTRON UND NEUTRINOS.673
13.4.5 WECHSELWIRKUNGEN .675
13.4.6 ELEKTROMAGNETISCHE WECHSELWIRKUNG .678
13.4.7 DIE INNERE STRUKTUR DER NUKLEONEN .680
13.4.8 DAS QUARKMODELL.681
13.4.9 QUANTENCHROMODYNAMIK.684
13.4.10 SYMMETRIEN, INVARIANZEN, ERHALTUNGSSAETZE .687
13.4.11 MAGNETISCHE MONOPOLE.689
13.5 KOSMISCHE STRAHLUNG .690
13.5.1 URSPRUNG UND NACHWEIS .690
13.5.2 WECHSELWIRKUNG MIT MATERIE.692
13.5.3 STRAHLUNGSGUERTEL.692
AUFGABEN ZU 13.1-13.5 . 695-703
14. FESTKOERPERPHYSIK
14.1 KRISTALLGITTER .706
14.1.1 DICHTESTE KUGELPACKUNGEN.706
14.1.2 GITTERGEOMETRIE .711
14.1.3 KRISTALLSTRUKTURANALYSE .713
14.1.4 GITTERENERGIE.717
14.1.5 KRISTALLBINDUNG .722
14.1.6 EINIGES UEBER EIS.725
14.1.7 KRISTALLWACHSTUM .728
14.2 GITTERSCHWINGUNGEN .730
14.2.1 SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET .730
14.2.2 GITTERDYNAMIK.733
14.2.3 OPTIK DER IONENKRISTALLE .736
14.2.4 PHONONEN .738
14.2.5 WAERMELEITUNG IN ISOLATOREN.740
14.3 METALLE .741
14.3.1 DAS KLASSISCHE ELEKTRONENGAS.741
14.3.2 DAS FERMI-GAS .743
14.3.3 METALLOPTIK .745
14.3.4 ELEKTRISCHE UND WAERMELEITUNG.745
14.3.5 ENERGIEBAENDER.748
14.3.6 ELEKTRONEN UND LOECHER.750
14.4 HALBLEITER.752
14.4.1 REINE HALBLEITER.752
14.4.2 GESTOERTE HALBLEITER .754
14.4.3 HALBLEITER-ELEKTRONIK.756
14.4.4 AMORPHE HALBLEITER.760
14.5 GITTERFEHLER.761
14.5.1 IDEALKRISTALL UND REALKRISTALL.761
XXII
INHALTSVERZEICHNIS
14.5.2 THERMISCHE FEHLORDNUNG.
14.5.3 CHEMISCHE FEHLORDNUNG .
14.5.4 VERSETZUNGEN .
14.6 MAKROMOLEKULARE FESTKOERPER.
14.6.1 DEFINITION UND ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN
14.6.2 LAENGE EINES LINEAREN MAKROMOLEKUELS
14.6.3 GUMMIELASTIZITAET .
14.7 SUPRALEITUNG .
AUFGABEN ZU 14.1-14.7.
. . 762
. . 763
. . 765
. . 767
. . 767
. . . 768
. . . 769
. . . 771
776-780
15. RELATIVITAETSTHEORIE
15.1 BEZUGSSYSTEME .
15.1.1 GIBT ES YYABSOLUTE RUHE"? .
15.1.2 DER MICHELSON-VERSUCH.
15.1.3 DAS RELATIVITAETSPRINZIP.
15.1.4 PUNKTEREIGNISSE .
15.1.5 RUECKDATIERUNG.
15.2 RELATIVISTISCHE MECHANIK .
15.2.1 RELATIVITAET DER GLEICHZEITIGKEIT.
15.2.2 MASSSTABSVERGLEICH .
15.2.3 UHRENVERGLEICH .
15.2.4 ADDITION VON GESCHWINDIGKEITEN . . . .
15.2.5 MESSUNG VON BESCHLEUNIGUNGEN . . . .
15.2.6 DIE BEWEGTE MASSE .
15.2.7 DIE MASSE-ENERGIE-AEQUIVALENZ.
15.2.8 FLUGPLAN EINER INTERSTELLARRAKETE . . . .
15.2.9 ANTRIEBSPROBLEME DER PHOTONENRAKETE .
15.3 RELATIVISTISCHE PHYSIK .
15.3.1 DIE LORENTZ-TRANSFORMATION.
15.3.2 DIE STRUKTUR DER RAUMZEIT.
15.3.3 RELATIVISTISCHE ELEKTRODYNAMIK . . . .
15.3.4 MATERIEWELLEN .
15.3.5 SPEICHERRINGE UND TEILCHENSTRAHLWAFFEN
15.4 GRAVITATION UND KOSMOLOGIE .
15.4.1 ALLGEMEINE RELATIVITAET .
15.4.2 EINSTEINS GRAVITATIONSTHEORIE.
15.4.3 GRAVITATIONSWELLEN .
15.4.4 SCHWARZE LOECHER .
15.4.5 KOSMOLOGISCHE MODELLE .
15.4.6 DIE KOSMOLOGISCHE KRAFT.
15.4.7 GAB ES EINEN URKNALL? .
AUFGABEN ZU 15.1-15.4.
. . . 781
. . . 781
. . . 781
. 782
. 783
. 784
. 785
. 785
. 786
. 787
. 788
. 789
. 790
. 791
. 792
. 794
. 795
. 795
. 796
. 797
. 799
. 801
. . 801
. . 801
. . 803
. . 806
. . 807
. . 808
. . 810
. . 812
. 814-824
16. NICHTLINEARE DYNAMIK
16.0 VORHERBESTIMMTHEIT UND VORHERSAGBARKEIT
16.1 STABILITAET .
16.1.1 DYNAMISCHE SYSTEME.
825
826
826
INHALTSVERZEICHNIS
XXIII
16.1.2 STABILITAET VON FIXPUNKTEN .828
16.1.3 DER PHASENRAUM DETERMINISTISCHER SYSTEME.829
16.2 NICHTLINEARE SCHWINGUNGEN .833
16.2.1 PENDEL MIT GROSSER AMPLITUDE.833
16.2.2 ERZWUNGENE SCHWINGUNGEN
MIT NICHTLINEARER RUECKSTELLKRAFT .834
16.2.3 SELBSTERREGTE SCHWINGUNGEN .838
16.2.4 PARAMETRISCHE SCHWINGUNGSERREGUNG.842
16.3 BIOLOGISCHE UND CHEMISCHE SYSTEME.842
16.3.1 POPULATIONSDYNAMIK .842
16.3.2 EINFACHE OEKOLOGISCHE MODELLE .848
16.3.3 KINETISCHE PROBLEME .851
16.4 CHAOS UND ORDNUNG.855
16.4.1 EINFACHE WEGE INS CHAOS.855
16.4.2 CHAOS UND FRAKTALE. 856
16.4.3 ITERATIVES GLEICHUNGSLOESEN .861
16.4.4 CHAOS IM KOCH TOPF.863
16.4.5 AUSBLICK.865
AUFGABEN ZU 16.1-16.4 . 866-870
17. STATISTISCHE PHYSIK
17.1 STATISTIK DER ENSEMBLES .871
17.1.1 ZUFALLSTEXTE .871
17.1.2 WAHRSCHEINLICHKEIT EINER KOMPOSITION .872
17.1.3 DIE WAHRSCHEINLICHSTE KOMPOSITION.873
17.1.4 SCHWANKUNGSERSCHEINUNGEN .875
17.1.5 DIE KANONISCHE VERTEILUNG .876
17.1.6 BEISPIEL: YYHARMONISCHER OSZILLATOR".878
17.1.7 MISCHUNGSENTROPIE .879
17.1.8 DAS KANONISCHE ENSEMBLE (ENSEMBLE VON GIBBS).879
17.1.9 ARBEIT UND WAERME .880
17.2 PHYSIKALISCHE ENSEMBLES.881
17.2.1 PHYSIKALISCHE DEUTUNG .881
17.2.2 ZUSTANDSAENDERUNGEN .881
17.2.3 VERTEILUNGSMODUL UND TEMPERATUR.882
17.2.4 WAHRSCHEINLICHKEIT UND ENTROPIE .883
17.2.5 DIE FREIE ENERGIE; GLEICHGEWICHTSBEDINGUNGEN .883
17.2.6 STATISTISCHE GEWICHTE .884
17.2.7 DER PHASENRAUM .885
17.2.8 DAS IDEALE GAS .886
17.2.9 ABSOLUTE REAKTIONSRATEN.887
17.3 QUANTENSTATISTIK .888
17.3.1 ABZAEHLUNG VON QUANTENTEILCHEN.888
17.3.2 FERMI-DIRAC- UND BOSE-EINSTEIN-STATISTIK.889
17.3.3 DAS FERMI-GAS .891
17.3.4 STOSSVORGAENGE BEI HOECHSTEN ENERGIEN.893
17.3.5 EXTREME ZUSTAENDE DER MATERIE.895
17.3.6 BIOGRAPHIE EINES SCHWARZEN LOCHES .896
AUFGABEN ZU 17.1-17.3 . 897-901
XXIV
I NHALTS VERZEICHN I S
ANHANG
A.L AUFGABEN ZUR QUANTENMECHANIK.903
A.L.L MATHEMATISCHES HANDWERKSZEUG.903
A.L.2 GRUNDZUEGE DER QUANTENMECHANIK.903
A.L.3 TEILCHEN IN POTENTIALTOEPFEN.904
A.1.4 ATOME UND MOLEKUELE.905
ABBILDUNGSNACHWEIS .909
SACH-UND NAMENVERZEICHNIS.911
UMRECHNUNG VON ENERGIEMABEN UND -AEQUIVALENTEN.941
EINIGE EIGENSCHAFTEN FESTER ELEMENTE.942
PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE .943
WICHTIGE PHYSIKALISCHE KONSTANTEN .944
FARBTAFELN 1-8 .945 |
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| author | Gerthsen, Christian Vogel, Helmut |
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