Verfügbarkeit: Physik für Techniker

Physik für Techniker: mit 486 Bildern, 203 Beispielen, 26 Tabellen und 328 Aufgaben mit Lösungen

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Hauptverfasser:	Zeitler, Jürgen (VerfasserIn), Simon, Günter (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	München Carl Hanser Verlag [2016]
Ausgabe:	8., aktualisierte Auflage
Schlagworte:	Ingenieur Physik Formelsammlung Lehrbuch Techniker technische Berufe Übungsbuch MANA2016 Einführung
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	mit 203 Beispielen und 328 Aufgaben mit Lösungen
Beschreibung:	400 Seiten Illustrationen, Diagramme 25 cm
ISBN:	3446449531 9783446449534

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS TECHNIK UND PHYSIK 1 PHYSIKALISCHE GROESSEN UND EINHEITEN 11 1.1 GROESSENARTEN UND GROESSEN ................. 11 1.2 EINHEITEN UND INTERNATIONALES EINHEITENSYSTEM (SI) ......................... 12 1.3 GROESSENGLEICHUNGEN ............................ 13 1.4 LAENGE, FLAECHE UND V O LU M E N ............ 14 1.5 ZEIT ..................................................... 15 MECHANIK 2 K IN EM ATIK ........................................... 16 2.1 KINEMATIK DER P UNKTM ASSE................ 17 2.1.1 BEWEGUNG AUF GERADER B A H N ............ 18 2.1.1.1 GESCHWINDIGKEIT UND BESCHLEUNI GUNG ..................................................... 18 2.1.1.2 GLEICHFOERMIGE BEWEGUNG ....... 22 2.1.1.3 GLEICHMAESSIG BESCHLEUNIGTE BEWEGUNG 24 2.1.1.4 FREIER F A L L ............................ ... . . . . 28 2.1.1.5 RELATIVITAET DER BEWEGUNG UND UEBER LAGERUNG VON BEWEGUNGEN ................ 29 2.1.2 BEWEGUNG AUF DER KREISBAHN .... 32 2.1.2.1 PERIODENDAUER UND F REQ U EN Z .............. 32 2.1.2.2 WINKELGESCHWINDIGKEIT UND WINKEL BESCHLEUNIGUNG .................................. 33 2.1.2.3 RADIALBESCHLEUNIGUNG ....................... 34 2.2 KINEMATIK DES STARREN KOERPERS .... 35 2.2.1 TRANSLATION UND R O TA TIO N ................... 36 2.2.2 KINEMATIK DER ROTATION ................... 37 2.2.3 DREHZAHLM ESSUNG ............................... 39 3 DYNAMIK DER P UNKTM ASSE................... 40 3.1 K R AE F T E .................................................. 40 3.1.1 WIRKUNGEN VON KRAEFTEN ................... 40 3.1.2 WECHSELWIRKUNG ............................... 41 3.1.3 K RAFTM ESSUNG ..................................... 42 3.1.4 ZUSAMMENSETZUNG UND ZERLEGUNG VON KRAEFTEN .............................................. 44 3.1.5 TRAEGHEIT DER K OE RP E R ............................ 46 3.1.6 GRUNDGESETZ DER D Y N A M IK ................ 47 3.1.7 SCHWERE DER K OE RP E R ............................ 50 3.1.8 R EIB U N G SK RAEFTE .................................. 51 3.1.9 ANWENDUNGEN DES GRUNDGESETZES DER DYNAMIK ........................................... 53 3.1.10 T RAEG H EITSK RAEFTE .................................. 56 3.1.11 RADIALKRAFT UND ZENTRIFUGALKRAFT . . 57 3.2 ARBEIT, ENERGIE UND L EISTUNG ............. 59 3.2.1 MECHANISCHE ARBEIT ......................... 59 3.2.1.1 BESCHLEUNIGUNGSARBEIT ....................... 60 3.2.1.2 H U B A RB E IT ............................................ 61 3.2.1.3 F EDERSPANNARBEIT ................................ 62 3.2.1.4 REIBUNGSARBEIT ................................... 63 3.2.2 ENERGIE ............................................... 64 3.2.2.1 KINETISCHE ENERGIE ............................. 64 3.2.2.2 POTENZIELLE ENERGIE ............................. 65 3.2.3 ENERGIEERHALTUNGSSATZ ...................... 66 3.2.4 LEISTUNG UND W IRK U N G SG RAD ............ 70 3.2.4.1 L E ISTU N G ............................................... 70 3.2.4.2 W IRKUNGSGRAD ..................................... 71 3.3 IM P U LS .................................................. 74 3.3.1 KRAFTSTOSS UND IMPULS ...................... 74 3.3.2 IM PULSERHALTUNGSSATZ ......................... 75 3.3.3 S TOSSVORGAENGE ..................................... 76 3.3.3.1 ELASTISCHER S T O SS ................................... 76 3.3.3.2 UNELASTISCHER STOSS ............................. 78 3.3.4 R AK ETEN AN TRIEB .................................. 79 4 DYNAMIK DER ROTATION ...................... 81 4.1 D RE H M O M E N T ..................................... 82 4.2 ROTATIONSENERGIE UND MASSEN TRAEGHEITSMOMENT ............................... 86 4.2.1 ROTATIONSENERGIE ............................... 86 4.2.2 M ASSENTRAEGHEITSM OM ENT................... 86 4.3 ANALOGIE ZWISCHEN TRANSLATION UND R O TA TIO N .............................................. 89 4.4 GRUNDGESETZ DER DYNAMIK DER R O TA TIO N .............................................. 89 4.5 ARBEIT UND LEISTUNG BEI DER ROTATION 91 4.6 DREHIM PULSERHALTUNGSSATZ................ 92 5 STATIK UND VERFORMUNG ............ 95 5.1 GLEICHGEWICHT STARRER KOERPER .... 95 5.1.1 GLEICHGEWICHTSBEDINGUNGEN ............ 95 5.1.2 GLEICHGEWICHTSARTEN ......................... 96 5.1.3 SCHWERPUNKT ..................................... 96 5.2 EBENE KRAFTSYSTEME ......................... 97 5.2.1 KRAEFTE MIT GEMEINSAMEM ANGRIFFS PUNKT ................................................. 97 5.2.2 KRAEFTE MIT VERSCHIEDENEN ANGRIFFS PUNKTEN .............................................. 98 5.2.3 S TANDSICHERHEIT.................................. 101 5.3 VERFORMUNG UND F ESTIG K EIT ............... 103 6 MECHANIK DER FLUESSIGKEITEN UND GASE 106 6.1 D R U C K ................................................. 106 6.2 EINIGE EIGENSCHAFTEN VON FLUESSIG KEITEN UND GASEN ............................... 108 6.2.1 KOMPRESSIBILITAET ............................... 108 6.2.2 FLUESSIGKEITSOBERFLAECHEN ................... 109 6.2.3 GRENZFLAECHENERSCHEINUNGEN UND K A P ILLA RITAE T........................................ 110 6.3 MECHANIK RUHENDER FLUESSIGKEITEN UND G A S E .................................................... 111 6.3.1 KOLBENDRUCK ..................................... 112 6.3.2 SCHW EREDRUCK..................................... 113 6.3.2.1 SCHWEREDRUCK IN FLUESSIGKEITEN .... 113 6.3.2.2 SCHWEREDRUCK IN GASEN UND LUFTDRUCK 115 6.3.2.3 V A K U U M .............................................. 116 6.3.3 DRUCKMESSUNG .................................. 117 6.3.3.1 DRUCKSKALEN ...................................... 117 6.3.3.2 D RUCKM ESSGERAETE ............................... 118 6.3.4 A U FTRIE B .............................................. 119 6.3.4.1 AUFTRIEB IN F LUESSIGKEITEN ................... 119 6.3A2 SCHW IM M EN......................................... 121 6.3.4.3 AUFTRIEB IN G A S E N ............................... 123 6.4 MECHANIK STROEMENDER FLUESSIGKEITEN UND GASE ........................................... 124 6.4.1 STROEMUNGSGESCHWINDIGKEIT UND STROM - LINIEN; V OLUM ENSTROM ......................... 124 6.4.2 STROEMUNG IDEALER FLUESSIGKEITEN UND G A S E .................................................... 125 6.4.2.1 KONTINUITAETSGLEICHUNG ...................... 125 6.4.2.2 BERNOULLISCHE G LE IC H U N G ............... 126 6.4.2.3 ANWENDUNGEN DER BERNOULLISCHEN G LEICH U N G ........................................... 128 6.4.3 STROEMUNG REALER FLUESSIGKEITEN UND G A S E .................................................... 130 6.4.3.1 INNERE REIBUNG UND VISKOSITAET .... 130 6.4.3.2 LAMINARE UND TURBULENTE STROEMUNGEN 131 6.4.3.3 STROEM UNGSWIDERSTAENDE...................... 132 6.4.3.4 DRUCKVERLUST IN ROHRLEITUNGEN .... 134 6.4.3.5 VISKOSITAETSBESTIMMUNGEN ................ 134 THERMODYNAMIK 7 WAERME UND INNERE ENERGIE ................ 136 7.1 THERMODYNAMISCHE PROZESSE ............. 136 7.2 W AERM EBEW EGUNG ..................... 137 7.3 T E M P E RA TU R............................... 137 7.4 THERMISCHE AUSDEHNUNG FESTER UND . FLUESSIGER K OE RP E R......................... 139 7.5 TEMPERATURMESSUNG ......................... 141 7.6 1. HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK . . 143 7.7 WAERME UND TEMPERATUR .................. 144 7.8 SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET VON G A S E N ........................................ 146 7.9 AENDERUNG DES AGGREGATZUSTANDES . . 147 7.10 WAERMEBILANZEN BEI TEMPERATURAUS GLEICH ................................................. 150 7.11 ENERGIEUMWANDLUNGEN ............ 153 8 ZUSTANDSAENDERUNGEN VON GASEN .... 156 8.1 THERMISCHER ZUSTAND DES IDEALEN GASES .................. 156 8.1.1 IDEALES GAS ........................................ 156 8.1.2 THERMISCHE ZUSTANDSGLEICHUNG DES IDEALEN G A S E S ............................ 156 8.1.3 QUASISTATISCHE ZUSTANDSAENDERUNGEN . 157 8.2 VOLUMENAENDERUNGSARBEIT ......... 158 8.3 SPEZIELLE ZUSTANDSAENDERUNGEN .... 159 8.3.1 ISOTHERME ZUSTANDSAENDERUNGEN . . . 159 8.3.2 ISOCHORE ZUSTANDSAENDERUNGEN .... 160 8.3.3 ISOBARE ZUSTANDSAENDERUNGEN .... 161 8.3.4 ADIABATISCHE ZUSTANDSAENDERUNGEN . 162 8.4 K REISPROZESSE............................ 163 8.4.1 PRINZIP DER WAERMEKRAFTMASCHINE . . 163 8.4.2 WAERMEPUMPE UND KAELTEMASCHINE . . 164 8.4.3 CARNOT-PROZESS ............................... 165 8.5 2. HAUPTSATZ DER THERMODYNAMIK . . 166 8.5.1 THERMODYNAMISCHER WIRKUNGSGRAD REVERSIBLER K REISPROZESSE ............. 166 8.5.2 IRREVERSIBLE PROZESSE ......................... 167 8.5.3 E N TRO P IE ......................................... 167 8.6 REALE GASE UND D AE M P F E ............. 168 8.6.1 ISOTHERMEN EINES REALEN GASES .... 168 8.6.2 D AE M P F E ......................................... 169 8.6.3 L U FTFE U C H TE ................................... 170 9 WAERMETRANSPORT .............................. 171 9.1 W AERM ETRANSPORTPROZESSE ............. 171 9.2 W AERM EDURCHGANG.......................... 172 9.3 T EM PERATURSTRAHLUNG ................... 175 ELEKTRIK 10 GLEICHSTROM ......................................... 178 10.1 ELEKTRISCHE LADUNGEN UND STROEME . . 178 10.2 ELEKTRISCHE SPANNUNG ...................... 180 10.3 OHMSCHES G E S E T Z ............................... 183 10.4 ELEKTRISCHER WIDERSTAND ................... 184 10.5 SCHALTUNG VON W IDERSTAENDEN ............ 187 10.5.1 P ARALLELSCHALTUNG ............................... 187 10.5.2 REIHENSCHALTUNG ............................... 189 10.6 ELEKTRISCHE ENERGIE UND LEISTUNG . . 193 10.7 REALE STROM KREISE ............................... 194 10.7.1 VERHALTEN REALER SPANNUNGSQUELLEN . 194 10.7.2 SCHALTUNG VON SPANNUNGSQUELLEN . . 196 10.7.3 EINFLUSS VON LEITUNGSWIDERSTAENDEN . 197 10.7.4 KNOTEN- UND MASCHENSATZ ZUR BERECHNUNG ELEKTRISCHER NETZE .... 198 10.8 MESSUNG ELEKTRISCHER GROESSEN .... 198 10.8.1 STROM- UND SPANNUNGSMESSUNG . . . 199 10.8.2 DIGITALE M ESSVERFAHREN............. 199 10.8.3 SPANNUNGSKOMPENSATION ......... 200 10.8.4 MESSBRUECKEN ..................................... 201 11 ELEKTRISCHE UND MAGNETISCHE FELDER . . 202 11.1 ELEKTRISCHE F E LD E R ............................... 203 11.1.1 KRAEFTE ZWISCHEN ELEKTRISCHEN LADUNGEN 203 11.1.2 ELEKTRISCHE FELDER IM VAKUUM .... 204 11.1.2.1 ELEKTRISCHE FLUSSDICHTE UND ELEKTRISCHE F ELDSTAERKE......................... 204 11.1.2.2 K A P A Z ITAE T ........................................... 204 11.1.2.3 ELEKTRISCHE F ELDENERGIE...................... 205 11.1.3 STOFFE IM ELEKTRISCHEN F E L D ............... 206 11.1.3.1 I N F LU E N Z .............................................. 206 11.1.3.2 DIELEKTRISCHE POLARISATION ............... 206 11.1.4 K O N D EN SATO REN .................................. 208 11.2 MAGNETISCHE F E LD E R ............................ 209 11.2.1 MAGNETISCHE FELDER STROMDURCH FLOSSENER L E I T E R .................................. 209 11.2.2 MAGNETISCHE FELDER IM VAKUUM . . . 210 11.2.2.1 MAGNETISCHE FELDSTAERKE UND MAGNETISCHE FLUSSDICHTE ................... 210 11.2.2.2 INDUKTIVITAET UND MAGNETISCHE FELDENERGIE ........................................ 211 11.2.3 STOFFE IM MAGNETISCHEN F E L D ............ 211 11.2.4 KRAFTWIRKUNGEN AUF STROMDURCH FLOSSENE LEITER IM MAGNETISCHEN FELD 213 11.3 BEWEGUNG VON ELEKTRONEN IN ELEK TRISCHEN UND MAGNETISCHEN FELDERN . 215 11.3.1 ERZEUGUNG VON ELEKTRONENSTRAHLEN . 215 11.3.2 ABLENKUNG VON ELEKTRONEN IM ELEK TRISCHEN Q U E RFE LD .......................... 216 11.3.3 ELEKTRONEN IN MAGNETISCHEN FELDERN . 217 11.3.4 GASENTLADUNGEN ............................... 218 11.4 ELEKTROMAGNETISCHE INDUKTION .... 220 11.4.1 INDUKTIONSGESETZ ............................... 221 11.4.2 TRANSFORMATOR- UND GENERATORPRINZIP 222 11.4.2.1 TRANSFORMATORPRINZIP ...................... 223 11.4.2.2 G ENERATORPRINZIP .......................... 223 11.4.2.3 ELEKTRISCHE M A SC H IN E N ................. 224 11.4.3 W IRB ELSTROE M E ............................. .... . 225 11.4.4 S ELBSTINDUKTION ............................. 225 12 WECHSELSTROM................................. 228 12.1 WECHSELSPANNUNGEN UND WECHSEL STROEME ................................................. 228 12.1.1 BESTIMMUNGSGROESSEN ......................... 228 12.1.2 ELEKTRONISCHE MESSUNG DER BESTIMMUNGSGROESSEN ......................... 229 12.2 EINFACHE WECHSELSTROMKREISE ........ 231 12.2.1 W IRKW IDERSTAENDE .......................... 231 12.2.2 B LINDW IDERSTAENDE.......................... 232 12.2.2.1 INDUKTIVER BLINDWIDERSTAND ............ 232 12.2.2.2 KAPAZITIVER B LINDW IDERSTAND ....... 233 12.3 ZUSAMMENGESETZTE WECHSELSTROM KREISE ................................................. 235 12.3.1 REIHENSCHALTUNG VON R UND L .... 236 12.3.2 REIHENSCHALTUNG VON R, L UND C . . . 237 12.3.3 PARALLELSCHALTUNG VON R, L UND C . . 239 12.4 LEISTUNG DES WECHSELSTROMS ................. 240 12.4.1 MOMENTANLEISTUNG UND WIRKLEISTUNG 240 12.4.2 MESSUNG VON ENERGIEUMSATZ UND WIRKLEISTUNG ..................................... 240 12.4.3 WIRK-, BLIND-UND SCHEINLEISTUNG . . 241 12.4.4 BLINDLEISTUNGSKOMPENSATION ....... 242 12.5 TRANSFORMATOREN ............................... 243 12.6 DREIPHASENWECHSELSTROM (DREHSTROM) 246 12.7 SCHUTZ VOR ELEKTRISCHEN UNFAELLEN . . . 249 13 H ALBLEITER....................................... 251 13.1 LEITUNGSMECHANISMEN IN HALBLEITERN 251 13.1.1 EIGENLEITUNG ................................... 251 13.1.2 STOERSTELLENLEITUNG.......................... 253 13.1.2.1 N -L E ITU N G ...................................... 253 13.1.2.2 P -L E ITU N G ...................................... 254 13.2 PN-UEBERGANG ..................................... 254 13.3 HALBLEITERDIODEN ............................... 256 13.4 T RANSISTOREN................................... 258 13.4.1 B IPOLARTRANSISTOREN....................... 258 13.4.2 ELEMENTARER SPANNUNGSVERSTAERKER . . 259 13.4.3 FELDEFFEKTTRANSISTOREN ..................... 261 13.4.4 INTEGRIERTE S CHALTKREISE ................ 262 SCHWINGUNGEN UND WELLEN 14 SCHWINGUNGEN .................................. 263 14.1 MECHANISCHE SCHW INGUNGEN ........... 263 14.1.1 FREIE UNGEDAEMPFTE SCHWINGUNGEN . . 263 14.1.1.1 KINEMATIK DER SINUSSCHWINGUNG . . . 264 14.1.1.2 DYNAMIK DER SINUSSCHWINGUNG . . . 266 14.1.1.3 DREH-UND PENDELSCHWINGUNGEN . . . 268 14.1.2 FREIE GEDAEMPFTE SCHWINGUNGEN . . . 270 14.1.3 ERZWUNGENE SCHWINGUNGEN ............ 272 14.2 ELEKTRISCHE SCHW INGUNGEN............ 273 14.2.1 ELEKTRISCHER SCHWINGKREIS ............... 273 14.2.2 ANALOGIE ZWISCHEN MECHANISCHEN UND ELEKTRISCHEN SCHWINGUNGEN .......... 274 14.2.3 ERZWUNGENE ELEKTRISCHE SCHWINGUNGEN 275 14.2.3.1 R EIHENRESONANZ............................. 275 14.2.3.2 PARALLELRESONANZ ............................... 276 14.3 UEBERLAGERUNG VON SCHWINGUNGEN . . 276 14.3.1 UEBERLAGERUNG IN GLEICHER RICHTUNG . 277 14.3.1.1 SCHWINGUNGEN GLEICHER FREQUENZ . . 277 14.3.1.2 S CHW EBUNGEN................................ 278 14.3.2 UEBERLAGERUNG SENKRECHT ZUEINANDER . 279 14.3.3 ANHARMONISCHE SCHWINGUNGEN . . . 279 15 W E LLE N ............................................. 281 15.1 WELLENAUSBREITUNG ............................ 281 15.1.1 ARTEN VON W E LLE N .......................... 281 15.1.2 FREQUENZ UND DOPPLER-EFFEKT .... 283 15.1.3 WELLENLAENGE UND PHASENGESCHWINDIG KEIT .................................................... 283 15.1.4 ENERGIESTROM UND AMPLITUDE .... 284 15.1.5 HUYGENSSCHES PRINZIP ...................... 284 15.2 REFLEXION UND BRECHUNG .................... 285 15.2.1 REFLEXION ........................................... 285 15.2.2 BRECHUNG ........................................... 286 15.2.3 TOTALREFLEXION................................ 287 15.3 BEUGUNG UND IN TERFEREN Z ............. 288 15.3.1 B EUGUNG......................................... 288 15.3.2 INTERFERENZ ........................................ 289 15.3.3 STEHENDE WELLEN ............................... 291 15.3.4 BEUGUNG UND INTERFERENZ AM DOPPEL SPALT .................................................... 292 15.4 P O LARISATIO N ................................... 294 15.5 OPTISCHE ABBILDUNG ......................... 295 15.5.1 B ILDKONSTRUKTION ......................... 296 15.5.2 BILDENTSTEHUNG AN GEKRUEMMTEN SPIEGELN UND LINSEN ......................... 297 15.5.3 ABBILDUNGSGLEICHUNG UND ABBILDUNGS MASSSTAB .............................................. 299 15.5.4 VERGROESSERUNG DURCH FERNROHR UND MIKROSKOP ........................................ 300 15.6 ENERGIEUEBERTRAGUNG DURCH WELLEN . . 302 15.6.1 PHYSIKALISCHE STRAHLUNGSGROESSEN . . . 302 15.6.2 PHYSIOLOGISCHE SCHALL- UND LICHT EMPFINDUNGEN ..................................... 304 15.6.2.1 SCHALLSTAERKE UND LAUTSTAERKE ............ 304 15.6.2.2 LICHTTECHNISCHE GROESSEN ................... 306 15.7 ELEKTROMAGNETISCHE STRAHLUNG .... 308 15.7.1 HERTZSCHE W ELLEN ............................ 309 15.7.2 M IKROWELLEN................................... 309 QUANTEN UND ATOME 16 ATOM- UND KERNPHYSIK ...................... 313 16.1 Q U A N TE N .............................................. 314 16.1.1 E NERGIEQUANTELUNG ............................ 314 16.1.2 WELLE-TEILCHEN-DUALISMUS ................ 315 16.1.3 AEUSSERER F O TO E FFE K T ............................ 315 16.1.4 HEISENBERGSCHE U NSCHAERFERELATION . 316 16.1.5 MASSE UND E N E R G IE ............................ 317 16.2 PHOTONEN ............................................ 318 16.2.1 BOHRSCHES A TO M M O D ELL ....... 318 16.2.2 ABSORPTION UND EMISSION VON PHOTONEN ........................................... 319 16.2.3 L A S E R .............................................. 321 16.2.4 ROENTGENSTRAHLEN ............................... 323 16.3 A TO M K E RN .......................................... 325 16.3.1 AUFBAU DES A TO M K ERN S...................... 325 16.3.2 RADIOAKTIVITAET .................................. 327 16.3.2.1 A-U M W ANDLUNG .................................. 327 16.3.2.2 ^-U M W ANDLUNG .................................. 328 16.3.2.3 Y -S TRA H LU N G ........................................ 329 16.3.2.4 GESETZ DER RADIOAKTIVEN UMWANDLUNG 329 16.3.2.5 ABSORPTION VON IONISIERENDER S TR A H LU N G ........................................... 331 16.3.2.6 NACHWEIS VON KERNSTRAHLUNG .... 333 16.3.2.7 BIOLOGISCHE WIRKUNGEN UND STRAHLEN SCHUTZ ................................................. 335 16.3.3 K ERNENERGIE ....................................... 336 16.3.3.1 K E RN SP ALTU N G ..................................... 337 16.3.3.2 K E RN SY N TH ESE ..................................... 339 AUFGABEN ........................................................... 341 LOESUNGEN ........................................................... 364 BILDQUELLENVERZEICHNIS ........................................ 394 SACHWORTVERZEICHNIS ........................................... 395
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