Kurzes Lehrbuch der Physik: mit 22 Tabellen, 235 Aufgaben und ausführlichen Lösungen
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2009
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| Ausgabe: | 19., aktualisierte Aufl. |
| Schriftenreihe: | Springer-Lehrbuch
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XIII, 334 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783540890454 9783540890461 |
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|---|---|
| adam_text | 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 7
2.1 Messen und Maßeinheiten ...................... 7
2.1.1 Basisgrößen.......................... 7
2.1.2 Längen-und Winkelmessung................. 7
2.1.3 Basiseinheit von Zeit und Masse............... 9
Aufgaben............................... 10
2.2 Bewegungslehre (Kinematik)..................... 10
2.2.1 Geschwindigkeit....................... 10
2.2.2 Beschleunigung........................ 12
Aufgaben............................... 13
2.3 Bewegung unter dem Einfluss von Kräften (Dynamik)........ 14
2.3.1 Träge Masse und Kraft.................... 14
2.3.2 Schwere Masse und Gewicht................. 15
2.3.3 Wechselwirkungssatz, Impuls................ 16
2.3.4 Trägheitskräfte........................ 17
2.3.5 Arbeit und Leistung ..................... 18
2.3.6 Mechanische Energie..................... 19
Aufgaben............................... 21
2.4 Einige besondere Bewegungsformen................. 21
2.4.1 Wurfbewegung........................ 21
2.4.2 Gleichförmige Bewegung auf der Kreisbahn......... 22
2.4.3 Stoßvorgänge......................... 23
Aufgaben............................... 25
2.5 Kräfte am starren Körper (Statik)................... 25
2.5.1 Zusammensetzung und Zerlegung von Kräften....... 25
2.5.2 Hebel, Drehmoment..................... 26
2.5.3 Parallele Kräfte, Kräftepaar................. 27
2.5.4 Schwerpunkt......................... 27
2.5.5 Gleichgewichtslagen..................... 28
2.5.6 Die Waage.......................... 28
Aufgaben............................... 29
VIH
Inhaltsvereeichnis
2.6 Drehbewegung eines starren Körpers................. 29
2.6.1 Winkelbeschleunigung, Trägheitsmoment.......... 29
2.6.2 Dynamisches Grundgesetz der Drehbewegung ....... 30
2.6.3 Satz von der Erhaltung des Drehimpulses.......... 31
2.6.4 Freie Drehachsen....................... 32
2.6.5 DerKreisel.......................... 32
Aufgaben............................... 34
2.7 Allgemeine Gravitation........................ 34
2.7.1 Gravitationsgesetz...................... 34
2.7.2 Planetenbewegung...................... 36
Aufgaben............................... 36
3 Die mechanischen Eigenschaften der Stoffe
und ihre molekulare Struktur 37
3.1 Der molekulare Aufbau der Stoffe und die molekularen Kräfte ... 37
3.1.1 Vorbemerkung........................ 37
3.1.2 Allgemeines über Moleküle, Stoffmengen.......... 37
3.1.3 Größe, Form und Kerngerüst der Moleküle......... 38
3.1.4 Einiges über die zwischenmolekularen Kräfte........ 40
3.1.5 Volumenbezogene Materiemengen.............. 40
Aufgaben............................... 42
3.2 Festkörper............................... 42
3.2.1 Molekularer Bau, Kristallgitter................ 42
3.2.2 Elastische und plastische Körper............... 43
3.2.3 Hooke sches Gesetz ..................... 43
3.2.4 Überelastische Beanspruchung................ 45
Aufgaben .... . .
v
; ·. ; .
v
i v . . . :............ 46
3.3 Ruhende Flüssigkeiten (Hydrostatik)................. 47
3.3.1 Allgemeines, Ordnungszustand der Moleküle
in Flüssigkeiten........................ 47
3.3.2 Einstellung der Flüssigkeitsoberfläche............ 47
3.3.3 Der Druck in Flüssigkeiten.................. 48
3.3.4 Auftrieb, Schwimmen.................... 50
3.3.5 Oberflächenspannung..................... 51
3.3.6 Benetzung, Kapillarität.................... 52
Aufgaben............................... 54
3.4 Ruhende Gase............................. 54
3.4.1 Dichte, Druck und Volumen................. 54
3.4.2 Die Lufthülle der Erde und der Luftdruck.......... 55
Aufgaben............................... 57
3.5 Bewegungen in Flüssigkeiten und Gasen
(Hydro-
und Aerodynamik)...................... 57
3.5.1 Stromfäden, laminare Strömung............... 57
3.5.2 Zähe Flüssigkeit, innere Reibung............... 58
3.5.3 Strömung von zähen Flüssigkeiten durch Rohre, Kugelfall . 59
3.5.4 Geschwindigkeit und Druck in idealen Flüssigkeiten .... 61
3.5.5 Reale Flüssigkeiten, turbulente Strömung.......... 63
Aufgaben............................... 65
Inhaltsverzeichnis
IX
4 Schwingungs- und Wellenlehre, Akustik 67
4.1 Mechanische Schwingungen..................... 67
4.1.1 Freie harmonische Schwingung, Pendel........... 67
4.1.2 Überlagerung von Schwingungen.............. 69
4.1.3 Erzwungene Schwingungen, Resonanz........... 71
Aufgaben............................... 72
4.2 Mechanische Wellen......................... 72
4.2.1 Fortschreitende Wellen.................... 72
4.2.2 Interferenz von Wellen.................... 74
4.2.3 Stehende Wellen, Eigenschwingungen von Seilen
und Luftsäulen........................ 75
4.2.4 Interferenz und Beugung von Oberflächenwellen...... 78
4.2.5 Kugelwellen im Raum.................... 80
Aufgaben............................... 80
4.3 Akustik................................ 81
4.3.1 Schallstärke, Schalldruck................... 81
4.3.2 Gehörempfindungen..................... 82
4.3.3 Ausbreitung von Schallwellen................ 83
4.3.4 Ultraschall.......................... 86
Aufgaben............................... 86
5 Wärmelehre 87
5.1 Thermometrie, Wärmeausdehnung, ideales Gas...........87
5.1.1 Temperaturskala.......................87
5.1.2 Praktische Temperaturmessung................88
5.1.3 Wärmeausdehnung......................89
5.1.4 Thermische Zustandsgieichung des idealen Gases......90
Aufgaben...............................92
5.2 Wärme und Arbeit ..........................92
5.2.1 Wärmemenge, erster Hauptsatz der Wärmelehre ......92
5.2.2 Wärmekapazität,
Kalorimetrie
................93
5.2.3 Spezifische Wärmekapazitäten und Energieinhalt
von Gasen...........................95
5.2.4 Isotherme und adiabatische Kompression von Gasen .... 96
5.2.5 Carnot scher Kreisprozess..................96
5.2.6 Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre, Entropie........98
Aufgaben...............................99
5.3 Wärme als ungeordnete Molekularbewegung.............100
5.3.1 Ideale Gase, Druckformel, Boltzmann-Beziehung......100
5.3.2 Kinetische Wärmetheorie...................101
5.3.3
Brown
sehe Bewegung....................103
5.3.4 Maxwell sche Geschwindigkeitsverteilung .........104
5.3.5 Diffusion...........................105
5.3.6 Osmotischer Druck......................106
Aufgaben...............................107
5.4 Änderungen des Aggregatzustandes.................107
5.4.1 Schmelzen, Schmelzpunkt, Schmelzwärme.........107
5.4.2 Flüssige Mischungen und Lösungen.............108
χ
Inhaltsverzeichnis
5.4.3 Verdampfung, Sättigungsdruck, Sieden...........109
5.4.4 Sublimation, Tripelpunkt...................112
5.4.5 Feuchtigkeit der Luft, Absorption von Luft in Wasser . . . .112
5.4.6 Isotherme Verflüssigung von realen Gasen..........113
5.4.7 Tiefe Temperaturen......................115
Aufgaben...............................116
5.5 Wärmeübertragung..........................117
5.5.1 Wärmeleitung.........................117
5.5.2
Konvektion
..........................118
5.5.3 Wärmestrahlung.......................119
Aufgaben...............................119
6 Elektrizitätslehre 121
6.1 Elektrische Gleichströme.......................121
6.1.1 Elektrische Spannung und Stromstärke ...........121
6.1.2 Ohm sches Gesetz......................123
6.1.3 Stromverzweigung......................124
6.1.4 Schaltungen und Messmethoden...............125
Aufgaben...............................127
6.2 Das elektrische Feld..........................128
6.2.1 Elektrometer.........................128
6.2.2 Ladung und Spannung, Influenz...............128
6.2.3 Elektrische Feldstärke....................130
6.2.4 Elektrische Verschiebung...................132
6.2.5 Kapazität eines Kondensators ................133
6.2.6 Kugelkondensator, Coulomb sches Gesetz..........135
6.2.7 Elektrische Ladungen in der Materie.............136
6.2.8 Materie im elektrischen Felde, dielektrische Eigenschaften
derMoleküle.........................137
Aufgaben...............................139
6.3 Elektrische Leitungsvorgänge in Flüssigkeiten und Festkörpern . . .140
6.3.1 Elektrische Energie und Stromwärme............140
6.3.2 Elektrolytische Dissoziation, Ionenleitung..........141
6.3.3 Faraday sche Gesetze der Elektrolyse............143
6.3.4 Ionen Wanderung und Ohm sches Gesetz...........143
6.3.5 Elektronenleitung der Metalle................144
6.3.6 Halbleiter...........................145
6.3.7 Transistor...........................147
Aufgaben...............................147
6.4 Herstellung elektrischer Spannungen durch Ladungstrennung .... 148
6.4.1 Prinzipielles..........................148
6.4.2 Lösungsdruck, Galvanische Elemente............148
6.4.3 Elektrolytische Polarisation, Akkumulator..........150
6.4.4 Diffusions-und Membranspannungen............151
6.4.5 Kontaktspannungen......................152
6.4.6 Elektrokinetische Vorgänge .................153
6.4.7 Thermospannungen......................154
Aufgaben...............................155
Inhaltsverzeichnis
XI
6.5 Elektrizitätsleitung in Gasen und im Vakuum ............155
6.5.1 Unselbstständige Leitung...................155
6.5.2 Elektronenaustritt aus Metallen ...............156
6.5.3 Triode.............................157
6.5.4 Elektronenstrahlen, Braun sehe Röhre, Oszillograph .... 158
6.5.5 Glimmentladung.......................160
6.5.6 Elektrizitätsleitung bei höheren Drücken...........162
Aufgaben...............................163
6.6 Das magnetische Feld.........................164
6.6.1 Magnetische Grundeigenschaften..............164
6.6.2 Magnetfeld eines Stromes..................165
6.6.3 Kraftwirkungen auf Ströme im Magnetfeld.........167
6.6.4 Anwendung der magnetischen Kraft
bei Messinstrumenten ....................170
6.6.5 Grundtatsachen der elektromagnetischen Induktion.....171
6.6.6 Das Induktionsgesetz.....................172
6.6.7 Induktionsströme, Wirbelströme...............174
6.6.8 Gegenseitige Induktion und Selbstinduktion.........175
6.6.9 Magnetische Eigenschaften der Stoffe............176
Aufgaben...............................179
6.7 Wechselspannungen und Wechselströme...............179
6.7.1 Wechselstromkreis mit Ohm schem Widerstand.......179
6.7.2 Induktiver und kapazitiver Widerstand............181
6.7.3 Transformator.........................183
6.7.4 Starkstrommaschinen.....................184
6.7.5 Elektroakustische Geräte...................186
Aufgaben...............................187
6.8 Hochfrequente Schwingungen und Wellen..............188
6.8.1 Elektrischer Schwingkreis..................188
6.8.2 Erzeugung von hochfrequenten Schwingungen.......189
6.8.3 Wellen auf Leitungen.....................190
6.8.4 Elektromagnetische Wellen im freien Raum.........191
6.8.5 Elektrischer Strahlungsdipol.................194
6.8.6 Anwendung elektromagnetischer Schwingungen
und Wellen..........................194
Aufgaben ............................... 196
7 Optik und allgemeine Strahlungslehre 197
7.1 Die Natur des Lichtes und die Grundgesetze der Lichtausbreitung . . 197
7.1.1 Die Natur des Lichtes.....................197
7.1.2 Grundlagen der geometrischen Optik ............197
7.1.3 Lichtgeschwindigkeit.....................199
7.1.4 Reflexion des Lichtes.....................200
7.1.5 Brechung des Lichtes.....................201
7.1.6 Totalreflexion.........................202
7.1.7 Dispersion ..........................203
7.1.8 Farben ............................204
Aufgaben...............................205
Inhaltsverzeichnis
7.2 Optische Abbildungen ........................205
7.2.1 Sphärische Spiegel......................205
7.2.2 Abbildung durch dünne Linsen................207
7.2.3 Brechkraft von Linsen und Linsensystemen.........210
7.2.4 Dicke Linsen.........................211
7.2.5 Abbildung durch eine einzige Kugelfläche..........212
7.2.6 Abbildungsfehler.......................213
Aufgaben...............................214
7.3 Optischeinstramente.........................215
7.3.1 Vorbemerkung über den Einfluss der Beugung
und über die Bündelbegrenzung durch Blenden.......215
7.3.2 Photoapparat.........................216
7.3.3 Projektor...........................217
7.3.4 Das Auge als optisches System................217
7.3.5 Die Lupe...........................219
7.3.6 Das Mikroskop........................220
7.3.7 Das Fernrohr.........................224
7.3.8
Spektrometer
.........................226
Aufgaben...............................226
7.4 Wellenoptik..............................226
7.4.1 Interferenzversuche mit kohärentem Licht..........226
7.4.2 Farben dünner Blättchen, Newton sehe Ringe........228
7.4.3 Beugung am Gitter......................229
7.4.4 Beugung an kleinen Öffnungen und Hindernissen......231
7.4.5 Linear polarisiertes Licht...................235
7.4.6 Polarisation durch Reflexion und Streuung..........236
7.4.7 Doppelbrechung.......................238
7.4.8 Drehung der Polarisationsebene, optische Aktivität.....240
7.4.9 Elliptisch polarisiertes Licht.................241
Aufgaben...............................242
7.5 Elektromagnetisches Spektrum....................242
7.5.1 Übersicht über das gesamte Spektrum............242
7.5.2 Infrarotes Licht
(IR)
.....................244
7.5.3 Gesetze der Temperaturstrahlung...............244
7.5.4 Strahlungsleistung, Photometrie...............246
7.5.5 Fluoreszenz und Phosphoreszenz ..............248
7.5.6 Ultraviolettes Licht (UV)...................249
7.5.7 Röntgenstrahlung.......................250
7.5.8 Röntgeninterferenzen an Kristallen .............253
Aufgaben...............................255
7.6 Korpuskulareigenschaften des Lichtes................255
7.6.1 Der lichtelektrische Effekt, Photoeffekt...........255
7.6.2 Das Photon..........................256
7.6.3 Ionisation durch Röntgenstrahlen, Strahlungsdosis.....258
7.6.4 Laser.............................260
7.6.5 Dualismus von Korpuskel und Welle.............261
Aufgaben...............................263
Inhaltsverzeichnis
ХШ
8 Grundzüge der Atom- und Molekülphysik 265
8.1 Die Spektren und die Elektronenhülle der Atome..........265
8.1.1
Emissions-
und Absorptionsspektren.............265
8.1.2 Linienspektren der Atome..................266
8.1.3 Atombau und periodisches System der Elemente......268
8.1.4 Röntgenspektren.......................269
8.1.5 Das Atom in wellenmechanischer Darstellung........271
Aufgaben...............................272
8.2 Molekülspektren ...........................272
8.2.1 Rotationsspektren.......................273
8.2.2 Molekülschwingungen....................276
8.2.3 Rotationsschwingungsspektren................278
8.2.4 Elektronenübergänge, Bandenspektren............279
8.2.5 Raman-Streuung.......................281
Aufgaben...............................282
8.3 Der Atomkern und seine Umwandlungen...............282
8.3.1 Aufbau der Atomkerne....................282
8.3.2 Natürliche Radioaktivität, Nebelkammer, Zählrohr.....284
8.3.3 Der radioaktive Zerfall....................286
8.3.4 Paarbildung, Massendefekt der Kerne............288
8.3.5 Kernreaktionen und künstliche Radioaktivität........290
8.3.6 Kernspaltung, Transurane ..................293
8.3.7 Kernreaktor, Neutronen....................295
8.3.8 Teilchenbeschleuniger....................297
8.3.9 Elementarteilchen ......................298
Aufgaben...............................301
8.4 Einiges zur Relativitätstheorie ....................301
8.4.1 Das Relativitätsprinzip....................301
8.4.2 Raum und Zeit........................303
8.4.3 Masse und Energie......................306
8.4.4 Photon im homogenen Schwerefeld.............307
8.4.5 Zur allgemeinen Relativitätstheorie.............309
Aufgaben...............................310
Anhang 313
Wichtige Konstanten der Physik......................313
Basisgrößen und -einheiten des Internationalen Einheitensystems
(SI: Système
international
d unités).....................
314
Ergänzende SI-Einheiten..........................314
Abgeleitete SI-Einheiten,
für die besondere Bezeichnungen eingeführt worden sind.........314
Periodisches System der Elemente.....................315
Lösungen der Aufgaben...........................316
Sachverzeichnis 325
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