Zu Hanser-Fachbuch.de
Warenkorb
Johannes Rybach
Physik für Bachelors
Inhaltsverzeichnis
9
1 EINSTIEG
13
1.1 Motivation
13
1.2 Physikalische Größen
13
1.3 Maßsystem und Standards
14
1.4 Größenordnungen
17
1.5 Messgenauigkeit
18
1.6 Vektoren und Koordinaten
20
Zusammenfassung: Einstieg
22
Testfragen und Übungsaufgaben
22
2 MECHANIK
24
2.1 Kinematik
24
2.1.1 Eindimensionale Bewegungen
24
2.1.1.1 Geschwindigkeit
24
2.1.1.2 Beschleunigung
26
2.1.1.3 Bewegungsgleichung
26
2.1.1.4 Der freie Fall
27
2.1.2 Bewegungen in zwei und drei Dimensionen
29
2.1.2.1 Überlagerung eindimensionaler Bewegungen
29
2.1.2.2 Bezugssysteme und Transformationen
30
Zusammenfassung: Kinematik
31
2.2 Dynamik
32
2.2.1 Newtonsche Axiome
32
2.2.1.1 Trägheitsgesetz
32
2.2.1.2 Aktionsgesetz
33
2.2.1.3 Reaktionsgesetz
33
2.2.2. Folgerungen aus den Newtonschen Axiomen
33
2.2.2.1 Kraft und Impuls
33
2.2.2.2 Abgeschlossenes System und Impulserhaltungssatz
34
2.2.3 Mechanische Kräfte
35
2.2.3.1 Trägheitskraft
35
2.2.3.2 Gewichtskraft
35
2.2.3.3 Federkraft und Hookesches Gesetz
37
2.2.3.4 Reibungskraft
37
Zusammenfassung: Dynamik
38
2.3 Arbeit, Energie und Leistung
38
2.3.1 Mechanische Arbeit
39
2.3.2 Potenzielle Energie
39
2.3.3 Kinetische Energie
40
2.3.4 Energieerhaltungssatz der Mechanik
40
2.3.5 Stoßgesetze
41
2.3.6 Leistung und Wirkungsgrad
42
Zusammenfassung: Arbeit, Energie und Leistung
44
2.4 Kinematik und Dynamik der Kreisbewegung
44
2.4.1 Grundbegriffe der Kreisbewegung
44
2.4.2 Radialbeschleunigung
45
2.4.3 Radialkräfte
47
2.4.4 Coriolis-Beschleunigung und -Kraft
47
Zusammenfassung: Kreisbewegung
49
2.5 Rotation starrer Körper
50
2.5.1 Drehmoment
50
2.5.2 Schwerpunkt, Gleichgewicht und Statik
51
2.5.3 Trägheitsmoment
52
2.5.4 Rotationsenergie und Drehimpuls
54
Zusammenfassung: Rotation starrer Körper
55
2.6 Schwingungen und Wellen
56
2.6.1 Freie ungedämpfte Schwingungen
56
2.6.2 Freie gedämpfte Schwingungen
59
2.6.3 Erzwungene Schwingungen
59
2.6.4 Überlagerung von Schwingungen
61
2.6.4.1 Räumliche Überlagerung
61
2.6.4.2 Zeitliche Überlagerung
62
2.6.4.3 Gekoppelte Schwingungen
62
2.6.5 Harmonische Wellen
63
Zusammenfassung: Schwingungen und Wellen
65
2.7 Gravitation und Himmelsmechanik
65
2.7.1 Keplersche Gesetze
65
2.7.2 Newtonsches Gravitationsgesetz
66
2.7.3 Gravitationsfeld
68
2.7.4 Ergebnisse der Einsteinschen Relativitätstheorien
69
2.7.4.1 Spezielle Relativitätstheorie
69
2.7.4.2 Allgemeine Relativitätstheorie
72
Zusammenfassung: Gravitation und Himmelsmechanik
73
2.8 Flüssigkeiten und Gase
74
2.8.1 Druck
74
2.8.1.1 Kolbendruck
74
2.8.1.2 Schweredruck
74
2.8.1.3 Luftdruck
75
2.8.1.4 Auftrieb
76
2.8.2 Oberflächenspannung
77
2.8.3 Strömungen
78
2.8.3.1 Reibungsfreie Strömungen
78
2.8.3.2 Viskose Strömungen
79
Zusammenfassung: Flüssigkeiten und Gase
81
Testfragen und Übungsaufgaben zur Mechanik
82
3 THERMODYNAMIK
86
3.1 Temperatur
86
3.1.1 Skalen und Fixpunkte
86
3.1.2 Thermische Ausdehnung
87
3.1.3 Temperaturmessung
89
Zusammenfassung: Temperatur
90
3.2 Wärme
91
3.2.1 Wärmekapazität
91
3.2.2 Aggregatzustände
92
3.2.3 Wärmetransport
95
3.2.3.1 Konvektion
96
3.2.3.2 Wärmeleitung
96
3.2.3.3 Wärmestrahlung
98
Zusammenfassung: Wärme
101
3.3 Ideale Gase
101
3.3.1 Molare Größen
101
3.3.2 Zustandsgleichung
102
3.3.3 Kinetische Gastheorie
104
3.3.3.1 Druck
104
3.3.3.2 Temperatur und Energie
105
3.3.3.3 Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung und Boltzmann-Faktor
106
Zusammenfassung: Ideale Gase
107
3.4 Zustandsänderungen und erster Hauptsatz
107
3.4.1 Volumenänderungsarbeit
107
3.4.2 Erster Hauptsatz
108
3.4.3 Zustandsänderungen
109
3.4.3.1 Isotherme Zustandsänderung
109
3.4.3.2 Isochore Zustandsänderung
110
3.4.3.3 Isobare Zustandsänderung
110
3.4.3.4 Adiabatische Zustandsänderung
111
Zusammenfassung: Zustandsänderungen und erster Hauptsatz
113
3.5 Kreisprozesse und zweiter Hauptsatz
113
3.5.1 Kreisprozess von Carnot
113
3.5.2 Reversibilität und Wirkungsgrad
115
3.5.3 Kreisprozesse bei Motoren
117
3.5.4 Zweiter Hauptsatz
117
3.5.5 Entropie
119
Zusammenfassung: Kreisprozesse und zweiter Hauptsatz
122
Testfragen und Übungsaufgaben zur Thermodynamik
122
4 ELEKTRIZITÄT UND MAGNETISMUS
125
4.1 Elektrostatik
125
4.1.1 Elektrische Ladungen und die Coulomb-Kraft
125
4.1.2 Elektrisches Feld
127
4.1.3 Potenzial und Spannung
129
4.1.4 Kondensator und Kapazität
131
4.1.4.1 Plattenkondensator
131
4.1.4.2 Dielektrikum im Kondensator
132
4.1.4.3 Kondensator als Energiespeicher
134
Zusammenfassung: Elektrostatik
135
4.2 Strom und Widerstand
135
4.2.1 Stromstärke und Stromdichte
136
4.2.2 Widerstand
137
4.2.3 Stromkreise und Stromverzweigungen
140
Zusammenfassung: Strom und Widerstand
143
4.3 Magnetfeld
144
4.3.1 Magnetische Phänomene
144
4.3.2 Strom und Magnetfeld
145
4.3.3 Materie im Magnetfeld
147
4.3.4 Strom und magnetische Kraft
149
4.3.5 Lorentz-Kraft
150
Zusammenfassung: Magnetfeld
153
4.4 Elektromagnetische Induktion
153
4.4.1 Induktion durch Bewegung
153
4.4.2 Induktionsgesetz
154
4.4.3 Lenzsche Regel
155
4.4.4 Selbstinduktion
156
4.4.5 Energie des Magnetfeldes
158
Zusammenfassung: Elektromagnetische Induktion
158
4.5 Wechselstrom
159
4.5.1 Generator und Transformator
159
4.5.2 Wechselstromwiderstand
161
4.5.3 Phasenbeziehungen im Wechselstromkreis
162
Zusammenfassung: Wechselstrom
164
4.6 Elektromagnetische Schwingungen und Wellen
164
4.6.1 Schwingkreis
165
4.6.2 Maxwellsche Gleichungen
166
4.6.3 Elektromagnetische Wellen
168
4.6.3.1 Abstrahlung
168
4.6.3.2 Ausbreitung
168
4.6.3.3 Eigenschaften
170
Zusammenfassung: Elektromagnetische Schwingungen und Wellen
172
4.7 Grundlagen der Elektronik
172
4.7.1 Elektronen im Vakuum
172
4.7.1.1 Glühelektrischer Effekt
172
4.7.1.2 Beschleunigung im elektrischen Feld
173
4.7.1.3 Ablenkung im magnetischen Feld
175
4.7.2 Elektronen in Gasen
175
4.7.3 Ladungen in Flüssigkeiten
176
4.7.4 Elektronen in Metallen
178
4.7.5 Ladungsträger in Halbleitern
179
4.7.5.1 Eigenleitung
179
4.7.5.2 Störstellenleitung
179
4.7.5.3 pn-Übergang
180
4.7.5.4 Halbleiterdioden
180
4.7.5.5 Transistoren
181
Zusammenfassung: Grundlagen der Elektronik
182
Testfragen und Übungsaufgaben zu Elektrizität und Magnetismus
183
5 OPTIK
187
5.1 Grundlagen der Strahlenoptik
187
5.1.1 Lichtausbreitung
187
5.1.2 Reflexion
189
5.1.3 Brechung und Totalreflexion
190
Zusammenfassung: Grundlagen der Strahlenoptik
193
5.2 Strahlenoptische Abbildungen
194
5.2.1 Eigenschaften von Linsen
194
5.2.2 Abbildungen mit Linsen
195
5.2.3 Linsensysteme und Abbildungsfehler
197
Zusammenfassung: Strahlenoptische Abbildungen
198
5.3 Strahlenoptische Instrumente
198
5.3.1 Kamera und Auge
198
5.3.2 Fernrohre
200
5.3.3 Mikroskop
202
Zusammenfassung: Strahlenoptische Instrumente
203
5.4 Grundlagen der Wellenoptik
203
5.4.1 Interferenz und Kohärenz
204
5.4.2 Wellenausbreitung
206
5.4.3 Beugung
207
Zusammenfassung: Grundlagen der Wellenoptik
208
5.5 Anwendungen der Wellenoptik
209
5.5.1 Beugungsbegrenztes Auflösungsvermögen
209
5.5.2 Beugungsgitter
210
5.5.3 Holografie
212
5.5.4 Interferometrie
213
Zusammenfassung: Anwendungen der Wellenoptik
215
5.6 Polarisationsoptik
215
5.6.1 Grundbegriffe
215
5.6.2 Erzeugung polarisierten Lichtes
216
5.6.3 Anwendungen polarisierten Lichtes
218
Zusammenfassung: Polarisationsoptik
219
Testfragen und Übungsaufgaben zur Optik
219
6 QUANTEN UND ATOME
222
6.1 Welle-Teilchen-Dualismus
222
6.1.1 Quantenoptik
222
6.1.1.1 Fotoeffekt
222
6.1.1.2 Eigenschaften von Photonen
225
6.1.1.3 Compton-Effekt
225
6.1.2 Materiewellen
226
6.1.3 Heisenbergsche Unschärferelation
227
Zusammenfassung: Welle-Teilchen-Dualismus
229
6.2 Atomhülle
230
6.2.1 Rutherfordsches Planetenmodell
230
6.2.2 Bohrsches Atommodell
230
6.2.3 Quantenzahlen und das Pauli-Prinzip
232
6.2.4 Wellenmodell und Quantenmechanik
234
Zusammenfassung: Atomhülle
238
6.3 Quanten-Emission und -Absorption
238
6.3.1 Atomspektren
238
6.3.2 Laser
241
6.3.2.1 Stimulierte Emission
241
6.3.2.2 Besetzungsumkehr
241
6.3.2.3 Resonator
242
6.3.2.4 Rubin- und Helium-Neon-Laser
242
6.3.2.5 Eigenschaften und Anwendungen
243
6.3.3 Röntgenstrahlung
245
6.3.3.1 Bremsspektrum
245
6.3.3.2 Charakteristisches Röntgenspektrum
245
6.3.3.3 Anwendungen
246
Zusammenfassung: Quanten-Emission und -Absorption
247
6.4 Festkörper
247
6.4.1 Bindung und Struktur
247
6.4.2 Bändermodell
249
6.4.3 Fermi-Energie
249
6.4.4 Elektronen- und Löcherleitung
250
6.4.5 Halbleiter-Bauelemente
252
Zusammenfassung: Festkörper
253
6.5 Atomkern
253
6.5.1 Nukleonen
253
6.5.2 Masse und Massendefekt
255
6.5.3 Radioaktivität
257
6.5.3.1 Strahlungen
257
6.5.3.2 Kernumwandlungen
258
6.5.3.3 Aktivität und Dosis
260
6.5.3.4 Strahlungsnachweis
262
6.5.4 Kernenergie
263
6.5.4.1 Kernspaltung
263
6.5.4.2 Kernfusion
265
Zusammenfassung: Atomkern
267
Testfragen und Übungsaufgaben zu Quanten und Atome
268
Anhang
271
Antworten zu den Testfragen und Musterlösungen zu den Übungsaufgaben
271
Kapitel 1
271
Kapitel 2
273
Kapitel 3
286
Kapitel 4
291
Kapitel 5
299
Kapitel 6
305
Nützliche mathematische Beziehungen
311
1. Algebra
311
2. Geometrie
312
3. Trigonometrie
312
4. Infinitesimalrechnung
313
Quellen- und Literaturverzeichnis
314
Verzeichnis der Bildquellen und Bildautoren
316
Sachwortverzeichnis
317
© 2009-2024 ciando GmbH