Physik: eine Einführung für Ingenieure und Naturwissenschaftler
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Berlin
Springer Vieweg
[2017]
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| Edition: | 7., bearbeitete und aktualisierte Auflage |
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INHALTSVERZEICHNIS
1 G RU N D B E G RIFFE
.
1
1.1 PHYSIKALISCHE G ROE SS E N
.
2
1.1.1 PHYSIKALISCHE GROESSEN UND IHRE
EINHEITEN.
2
1.1.2 SL
EINHEITENSYSTEM.
4
1.1.3
DIMENSIONSKONTROLLE.
5
1.2 M
ENGENANGABEN.
6
1.2.1 MASSE UND
STOFFMENGE.
6
1.2.2 DICHTEN UND G
EHALTE.
7
1.3 STATISTIK UND
MESSUNSICHERHEIT.
8
1.3.1
MESSFEHLER.
8
1.3.2 MITTELWERT UND
STREUMASS.
9
1.3.3
MESSUNSICHERHEIT.
10
1.3.4
FEHLERFORTPFLANZUNG.
11
1.4 VEKTOREN UND S KA LA RE
.
12
1.5 WICHTIGE
FUNKTIONEN.
17
1.5.1
WINKELFUNKTIONEN.
17
1.5.2 EXPONENTIALFUNKTION UND
LOGARITHMUS.
18
1.5.3
POTENZFUNKTIONEN.
21
1.5.4 ALGEBRAISCHE
GLEICHUNGEN.
21
1.6 FRAGEN UND
UEBUNGEN.
24
2 M E C H A N IK S TA RRE R K OE R P E R
.
.
25
2.1 KINEMATIK
(BEWEGUNG).
27
2.1.1 FAHRSTRECKE UND
GESCHWINDIGKEIT.
27
2.1.2
BESCHLEUNIGUNG.
30
2.1.3 UEBERLAGERUNG VON
BEWEGUNGEN.
33
2.1.4 KINEMATIK DER
DREHBEWEGUNGEN.
36
2.1.5 RELATIV ODER
ABSOLUT?.
39
2.2 KRAFT, DREHMOMENT,
ENERGIE.
40
2.2.1
KRAFT.
40
2.2.2 GEWICHTSKRAFT UND
GRAVITATION.
43
2.2.3
REIBUNGSKRAFT.
44
2.2.4 ARBEIT UND
ENERGIE.
46
2.2.5 KINETISCHE
ENERGIE.
49
2.2.6 HEBEL UND
DREHMOMENT.
51
2.2.7 DIE GRUNDGLEICHUNGEN DER
STATIK.
54
2.2.8
GLEICHGEWICHTE.
55
2.3 DYNAMIK DER LINEAREN
BEWEGUNG.
58
2.3.1 DIE NEWTON'SEHEN
GESETZE.
58
2.3.2 KRAFT =
GEGENKRAFT.
61
2.3.3
BEWEGUNGSGLEICHUNG.
62
2.3.4
IMPULS.
63
IX
INHALTSVERZEICHNIS
2.4 DYNAMIK DER
ROTATION.
66
2.4.1 DAS 2. NEWTON'SEHE GESETZ IN NEUEM K
LEID.
66
2.4.2 DYNAMIK DER
KREISBEWEGUNG.
67
2.4.3 TRAEGHEITSMOMENT. 69
2.4.4 DIE
ROLLBEWEGUNG.
70
2.4.5
DREHIMPULSERHALTUNG.
72
2.5
TRAEGHEITSKRAEFTE.
74
2.5.1 LINEAR BESCHLEUNIGTE
BEZUGSSYSTEME.
74
2.5.2 ROTIERENDE
BEZUGSSYSTEME.
75
2.5.3 TRAEGHEITSKRAEFTE IN DER TECHNISCHEN
MECHANIK.
77
2.6 FRAGEN UND
UEBUNGEN.
80
3 M E C H A N IK D E FO RM IE RB A RE R K OE R P E R
.
85
3.1 DIE A
GGREGATZUSTAENDE.
86
3.2
FESTKOERPER.
87
3.2.1 STRUKTUR DER
FESTKOERPER.
87
3.2.2 VERFORMUNG VON
FESTKOERPERN.
88
3.2.3
VISKOELASTIZITAET.
90
3.3 H
YDROSTATIK.
91
3.3.1
STEMPELDRUCK.
91
3.3.2
SCHWEREDRUCK.
93
3.3.3 A U FTRIEB
.
95
3.3.4
MANOMETER.
97
3.3.5
PUMPEN.
98
3.3.6
KOMPRESSIBILITAET.
98
3.4
GRENZFLAECHEN.
99
3.4.1
KOHAESION.
99
3.4.2
ADHAESION.
102
3.5 H YDRODYNAM
IK.
104
3.5.1 IDEALE STROEMUNG
.
104
3.5.2 ZAEHIGKEIT (VISKOSITAET)
.
106
3.5.3 REALE STROEMUNG DURCH
ROHRE.
108
3.5.4 UMSTROEMUNG VON HINDERNISSEN
.
.
.
111
3.6 FRAGEN UND
UEBUNGEN.
114
4 M EC H A N IS C H E S CH W IN G U N G E N UND W E LLE N
.
117
4.1 MECHANISCHE
SCHWINGUNGEN.
118
4.1.1 ALLES WAS
SCHWINGT.
118
4.1.2 HARMONISCHE
SCHWINGUNGEN.
118
4.1.3 GEDAEMPFTE
SCHWINGUNGEN.
122
4.1.4 ERZWUNGENE
SCHWINGUNGEN.
123
4.1.5 UEBERLAGERUNG VON
SCHWINGUNGEN.
125
4.2 W E LLE N
.
127
4.2.1
WELLENARTEN.
127
4.2.2 HARMONISCHE
SEILWELLEN.
128
4.2.3 INTENSITAET UND
ENERGIETRANSPORT.
132
4.2.4 STEHENDE W
ELLEN.
133
4.2.5
SCHALLWELLEN.
135
4.2.6
SCHALLWAHRNEHMUNG.
137
4.2.7
DOPPLEREFFEKT.
138
4.3 FRAGEN UND
UEBUNGEN.
142
5 W AE R M E LE H R E
.
145
5.1 DIE GRUNDLEGENDEN
GROESSEN.
147
5.1.1
WAERME.
147
5.1.2
TEMPERATUR.
148
5.1.3
TEMPERATURMESSUNG.
149
5.1.4 WAHRSCHEINLICHKEIT UND O
RDNUNG.
151
5.1.5 DIE
ENTROPIE.
151
5.1.6
WAERMEKAPAZITAET.
152
5.2 DAS IDEALE
GAS.
155
5.2.1 DIE
ZUSTANDSGLEICHUNG.
155
5.2.2
PARTIALDRUCK.
157
5.2.3 DIE ENERGIE IM G
AS.
158
5.3
TRANSPORTPHAENOMENE.
159
5.3.1
WAERMELEITUNG.
159
5.3.2
KONVEKTION.
160
5.3.3
WAERMESTRAHLUNG.
161
5.3.4
DIFFUSION.
163
5.3.5
OSMOSE.
165
5.4
PHASENUMWANDLUNGEN.
167
5.4.1
UMWANDLUNGSWAERMEN.
167
5.4.2 SCHMELZEN ODER
AUFWEICHEN?.
169
5.4.3 SCHMELZEN UND
GEFRIEREN.
169
5.4.4 LOESUNGS- UND
SOLVATATIONSWAERME.
171
5.4.5 VERDAMPFEN UND
KONDENSIEREN.
172
5.4.6
LUFTFEUCHTIGKEIT.
174
5.4.7
ZUSTANDSDIAGRAMME.
174
5.4.8 ABSORPTION UND
ADSORPTION.
177
5.5 W AERM ENU TZU N G
.
178
5.5.1 WARUM KOSTET
ENERGIE?.
178
5.5.2
ZUSTANDSAENDERUNGEN.
178
5.5.3 DER OTTOM
OTOR.
182
5.5.4 *ECHTE"
WAERMEKRAFTMASCHINEN.
184
5.5.5 WAERME- UND ENTROPIEHAUSHALT DER
ERDE.
185
5.6 FRAGEN UND
UEBUNGEN.
189
6 E LE K TR IZ ITAE TS LE H R E
.
193
6.1 G
RUNDLAGEN.
195
6.1.1 LADUNG UND S TROM
.
195
6.1.2 KRAEFTE ZWISCHEN
LADUNGEN.
196
6.1.3 ELEKTRISCHES F E LD
.
198
6.1.4 FELD UND
SPANNUNG.
200
6.1.5 DAS ELEKTRISCHE
POTENTIAL.
201
6.2 MATERIE IM ELEKTRISCHEN F E LD
.
203
6.2.1 INFLUENZ UND ELEKTRISCHE
ABSCHIRMUNG.
203
XI
INHALTSVERZEICHNIS
6.2.2 DER ELEKTRISCHE
STROM.
205
6.2.3 LEITFAEHIGKEIT UND
RESISTIVITAET.
206
6.2.4 DIE PERMITTIVITAET (DIELEKTRIZITAETSKONSTANTE)
.
207
6.2.5
GASENTLADUNG.
209
6.3 DER
STROMKREIS.
209
6.3.1 STROM UND SPANNUNG
MESSEN.
209
6.3.2 LEISTUNG UND
ENERGIE.
211
6.3.3 ELEKTRISCHER
WIDERSTAND.
212
6.3.4 WAERME BEI
STROMDURCHGANG.
213
6.3.5
KONDENSATOR.
214
6.3.6 FELD IM
KONDENSATOR.
215
6.3.7 ENERGIE DES GELADENEN
KONDENSATORS.
216
6.3.8 ENERGIE DES ELEKTRISCHEN
FELDES.
217
6.4
WECHSELSPANNUNG.
218
6.4.1
EFFEKTIVWERTE.
218
6.4.2 KAPAZITIVER
WIDERSTAND.
220
6.5 ELEKTRISCHE
NETZWERKE.
221
6.5.1 WIDERSTAENDE IN REIHE UND
PARALLEL.
221
6.5.2
SPANNUNGSTEILER.
223
6.5.3
INNENWIDERSTAENDE.
225
6.5.4 HOCH- UND
TIEFPASS.
226
6.5.5 KONDENSATORENTLADUNG UND E-FUNKTION
.
227
6.6
ELEKTROCHEMIE.
229
6.6.1
DISSOZIATION.
229
6.6.2
ELEKTROLYTE.
230
6.7
GRENZFLAECHEN.
233
6.7.1
MEMBRANSPANNUNG.
233
6.7.2
GALVANI-SPANNUNG.
234
6.7.3
THERMOSPANNUNG.
235
6.7.4
HALBLEITER.
236
6.8 ELEKTRISCHE U N FAE LLE
.
240
6.9 MAGNETISCHE F ELD E
R.
242
6.9.1
EINFUEHRUNG.
242
6.9.2 KRAEFTE IM
MAGNETFELD.
245
6.9.3 ERZEUGUNG VON
MAGNETFELDERN.
247
6.9.4 MATERIE IM M
AGNETFELD.
248
6.9.5 DIE FELDGROESSEN
H
UND
D .
.
250
6.10 IN D U K TIO N
.
250
6.10.1
EINFUEHRUNG.
250
6.10.2
TRANSFORMATOREN.
253
6.10.3
SELBSTINDUKTION.
254
6.10.4 INDUKTIVER
WIDERSTAND.
256
6.11 ELEKTRISCHE SCHWINGUNGEN
.
257
6.11.1 DER
SCHWINGKREIS.
257
6.11.2 GESCHLOSSENE ELEKTRISCHE
FELDLINIEN.
261
6.11.3 DER SCHWINGENDE ELEKTRISCHE
DIPOL.
262
6.12 FRAGEN UND
UEBUNGEN.
267
7 O P T IK
.
273
7.1 ELEKTROMAGNETISCHE W E LLE N
.
275
7.1.1 DER STRAHLENDE D IP O
L.
275
7.1.2
SPEKTRALBEREICHE.
276
7.1.3
WELLENAUSBREITUNG.
278
7.2 GEOMETRISCHE O P TIK
.
280
7.2.1
LICHTBUENDEL.
280
7.2.2
SPIEGELUNG.
282
7.2.3
BRECHUNG.
285
7.2.4
DISPERSION.
288
7.2.5
LINSEN.
289
7.2.6 ABBILDUNG DURCH
LINSEN.
291
7.2.7
ABBILDUNGSGLEICHUNGEN.
293
7.2.8 DICKE LINSEN UND
OBJEKTIVE.
294
7.2.9 DAS A U G E
.
296
7.2.10 OPTISCHE
INSTRUMENTE.
297
7.3 INTENSITAET UND
FARBE.
300
7.3.1 STRAHLUNGS- UND
LICHTMESSGROESSEN.
300
7.3.2 OPTISCHE
ABSORPTION.
302
7.3.3
FARBSEHEN.
304
7.4 W
ELLENOPTIK.
306
7.4.1 POLARISIERTES LICH
T.
306
7.4.2
INTERFERENZ.
309
7.4.3
KOHAERENZ.
311
7.4.4 DUENNE SCHICHTEN UND
BEUGUNGSGITTER.
312
7.4.5
BEUGUNGSFIGUREN.
315
7.5 Q
UANTENOPTIK.
317
7.5.1 DAS
LICHTQUANT.
317
7.5.2 ENERGIEZUSTAENDE UND
SPEKTREN.
319
7.5.3
LASER.
322
7.5.4
ROENTGENSTRAHLEN.
324
7.6
ELEKTRONENOPTIK.
326
7.6.1
ELEKTRONENBEUGUNG.
326
7.6.2
ELEKTRONENMIKROSKOPE.
327
7.6.3 DIE
UNSCHAERFERELATION.
329
7.7 FRAGEN UND
UEBUNGEN.
332
8 A TO M - U N D K E RN P H Y S IK
.
335
8.1 AUFBAU DES
ATOMS.
336
8.1.1 DAS BOHR'SCHE ATOMMODELL
.
336
8.1.2
ELEKTRONENWOLKEN.
337
8.1.3 DAS
PAULI-PRINZIP.
338
8.1.4 CHARAKTERISTISCHE
ROENTGENSTRAHLUNG.
339
8.2 AUFBAU DES ATOM
KERNS.
339
8.2.1 NUKLEONEN UND N
UKLIDE.
339
8.2.2 DER
MASSENDEFEKT.
341
8.2.3
RADIOAKTIVITAET.
341
8.2.4 NACHWEIS RADIOAKTIVER
STRAHLUNG.
343
XIII
INHALTSVERZEICHNIS
8.2.5
ZERFALLSGESETZ.
346
8.2.6 KERNSPALTUNG UND KUENSTLICHE
RADIOAKTIVITAET.
348
8.2.7
ANTIMATERIE.
349
8.2.8 STRAHLENNUTZEN, STRAHLENSCHADEN, STRAHLENSCHUTZ
.
350
8.3 FRAGEN UND UEBUNGEN
.
352
S E R V IC E TE
IL.
355
ANHANG.
356
STICHWORTVERZEICHNIS.
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