Taschenbuch der Physik

Horst Kuchling, Thomas Kuchling

Taschenbuch der Physik

2022

722 Seiten

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ISBN: 9783446473645

 

Vorwort

10

Vorwort zur 22. Auflage

12

Benutzungshinweise

13

Inhaltsverzeichnis

16

G Größen und Einheiten

33

1 Physikalische Größen

33

1.1 Basisgrößenarten

33

1.2 Abgeleitete Größenarten

33

1.3 Formelzeichen

34

1.4 Dimension

35

1.5 Skalare Größen

35

1.6 Vektorielle Größen

36

1.7 Rechnen mit vektoriellen Größen

37

1.7.1 Summe vektorieller Größen

37

1.7.2 Differenz vektorieller Größen

37

1.7.3 Produkt einer vektoriellen mit einer skalaren Größe

38

1.7.4 Skalarprodukt zweier vektorieller Größen

38

1.7.5 Vektorprodukt zweier vektorieller Größen

39

1.7.6 Komponentendarstellung vektorieller Größen

40

2 Gleichungen physikalischer Größen

41

2.1 Größengleichungen

41

2.2 Zugeschnittene Größengleichungen

41

2.2.1 Tabellen

42

2.2.2 Koordinatenachsen

43

2.3 Zahlenwertgleichungen

43

3 Internationales Einheitensystem (SI)

44

3.1 Basiseinheiten des SI

44

3.2 Abgeleitete SI-Einheiten

45

3.3 Dezimale Vielfache und Teile der SI-Einheiten

46

3.4 Einheiten außerhalb des SI (SI-fremde Einheiten)

46

3.5 Gesetzliche Einheiten

47

3.6 Physikalische Größenarten und ihre Einheiten

47

M Mechanik

58

4 Basiseinheiten der Mechanik

58

4.1 Einheit der Länge

58

4.1.1 Fläche

59

4.1.2 Volumen

60

4.1.3 Winkel

60

4.2 Zeiteinheit

61

4.3 Masseneinheit

62

5 Statik des starren Körpers

63

5.1 Zusammensetzen von Kräften

63

5.1.1 Kräfte mit gleicher Wirkungslinie

63

5.1.2 Kräfte mit gleichem Angriffspunkt

64

5.1.3 Kräfte mit verschiedenen Angriffspunkten

65

5.1.4 Parallele Kräfte

65

5.2 Zerlegen von Kräften

66

5.3 Drehmoment

67

5.4 Gleichgewichtsbedingungen

68

5.5 Einfache Maschinen

69

5.5.1 Hebel

69

5.5.2 Feste Rolle

70

5.5.3 Lose Rolle

70

5.5.4 Flaschenzug

70

5.5.5 Differenzialflaschenzug

71

5.5.6 Geneigte Ebene

71

5.5.7 Keil

72

5.5.8 Schraube

72

5.6 Gleichgewicht

73

5.6.1 Schwerpunkt (Massenmittelpunkt)

73

5.6.2 Gleichgewichtsarten

75

5.6.3 Standfestigkeit

75

6 Kinematik

76

6.1 Translation

76

6.1.1 Gleichförmige Translation

77

6.1.2 Gleichmäßig beschleunigte Translation

78

6.1.3 Ungleichmäßig beschleunigte Translation

82

6.2 Fall und Wurf

85

6.2.1 Freier Fall

85

6.2.2 Senkrechter Wurf

86

6.2.3 Zusammengesetzte Bewegung

87

6.2.4 Waagerechter Wurf

88

6.2.5 Schräger Wurf

90

6.3 Rotation

92

6.3.1 Gleichförmige Rotation

95

6.3.2 Gleichmäßig beschleunigte Rotation

95

6.3.3 Ungleichmäßig beschleunigte Rotation

99

6.3.4 Bewegung auf der Kreisbahn (Umfangsbewegung)

102

6.3.5 Größen der Rotation als Vektoren

103

6.4 Krummlinige Bewegung

103

7 Dynamik

106

7.1 Kräfte bei der Translation

106

7.1.1 Masse und Kraft

106

7.1.2 Dichte

109

7.1.3 Federkraft

111

7.1.4 Reibungskraft

112

7.1.5 Trägheitskräfte bei der Translation

113

7.2 Arbeit, Energie und Leistung

114

7.2.1 Arbeit

114

7.2.2 Energie

119

7.2.3 Gesetz von der Erhaltung der Energie

121

7.2.4 Leistung

122

7.2.5 Wirkungsgrad

124

7.3 Impuls und Stoß

125

7.3.1 Impuls

125

7.3.2 Kraftstoß

125

7.3.3 Impulssatz

127

7.3.4 Elastischer Stoß

127

7.3.5 Unelastischer Stoß

129

7.3.6 Teilelastischer Stoß

130

7.4 Dynamik der Drehbewegung (Dynamik starrer Körper)

132

7.4.1 Zentripetalkraft

132

7.4.2 Trägheitskräfte bei der Rotation

133

7.4.3 Dynamisches Grundgesetz der Rotation

134

7.4.4 Trägheitsmoment

136

7.4.5 Arbeit bei der Rotation

143

7.4.6 Leistung bei der Rotation

144

7.4.7 Rotationsenergie

145

7.4.8 Drehimpuls (Drall)

146

7.5 Gravitation

148

7.5.1 Gravitationsgesetz

149

7.5.2 Fallbeschleunigung

150

7.5.3 Gravitationsfeld

151

7.5.4 Arbeit im Gravitationsfeld

152

7.5.5 Astronautische Geschwindigkeiten

152

7.5.6 Kepler'sche Gesetze

155

7.5.7 Daten des Sonnensystems

156

8 Ruhende Flüssigkeiten

158

8.1 Druck in Flüssigkeiten

159

8.1.1 Kolbendruck

159

8.1.2 Schweredruck

160

8.2 Kompressibilität

161

8.3 Auftrieb

161

8.3.1 Bestimmung der Dichte fester Körper

162

8.3.2 Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten

163

9 Ruhende Gase

164

9.1 Druck und Volumen eines Gases

164

9.1.1 Überdruck

165

9.1.2 Messung des Gasdrucks

165

9.2 Luftdruck

165

9.2.1 Luftdruckmessung

167

9.2.2 Wirkung des Luftdrucks

168

9.2.3 Auftrieb in Gasen

168

10 Strömungen

169

10.1 Reibungsfreie Strömung

169

10.1.1 Ausfluss aus Gefäßen

169

10.1.2 Durchfluss durch Röhren

170

10.1.3 Druck in Strömungen

171

10.1.4 Druckmessung in Strömungen

173

10.2 Laminare Strömung

175

10.2.1 Dynamische Viskosität (Zähigkeit)

176

10.2.2 Laminare Strömung durch ein Rohr

177

10.2.3 Laminare Strömung um eine Kugel

180

10.3 Turbulente Strömung

181

10.3.1 Strömungswiderstand

181

10.3.2 Strömungsleistung

182

10.3.3 Reynolds'sches Ähnlichkeitsgesetz

182

11 Moleküle

184

11.1 Molekularkräfte

184

11.1.1 Kohäsion und Adhäsion

184

11.1.2 Oberflächenspannung

185

11.1.3 Kapillarität

187

11.2 Molekularbewegung

188

11.2.1 Diffusion

189

11.2.2 Osmose

189

11.3 Lösungen

189

11.3.1 Molekulardisperse Systeme (echte Lösungen)

189

11.3.2 Kolloiddisperse Systeme (kolloide Lösungen)

190

11.3.3 Korpuskulardisperse Systeme

190

12 Elastizität fester Körper

192

12.1 Dehnung

192

12.2 Kompression

195

12.3 Scherung

196

12.4 Torsion (Drillung)

197

12.5 Härte

198

13 Mechanische harmonische Schwingungen

200

13.1 Ungedämpfte harmonische Schwingung

201

13.1.1 Phasenwinkel

201

13.1.2 Elongation

202

13.1.3 Geschwindigkeit

203

13.1.4 Beschleunigung

203

13.1.5 Rückstellkraft

204

13.2 Eigenfrequenz der ungedämpften harmonischen Schwingung

205

13.2.1 Schwingungsgleichung

205

13.2.2 Lineare Federschwingung

206

13.2.3 Drehschwingung

207

13.2.4 Pendelschwingungen

208

13.2.5 Flüssigkeitsschwingungen

211

13.2.6 Schwingungsenergie

211

13.3 Freie gedämpfte Schwingung

213

13.3.1 Schwingungsgleichung

214

13.3.2 Elongation

215

13.3.3 Eigenfrequenz

217

13.3.4 Aperiodische Bewegung

218

13.4 Erzwungene Schwingung

221

13.4.1 Schwingungsgleichung

221

13.4.2 Elongation

222

13.4.3 Resonanz

223

13.5 Überlagerung von Schwingungen

226

13.5.1 Schwingungen gleicher Richtung und Frequenz

226

13.5.2 Schwingungen gleicher Richtung und ungleicher Frequenz

228

13.5.3 Schwingungen ungleicher Richtung

230

13.6 Gekoppelte Schwingungen

234

14 Mechanische Wellen

237

14.1 Wellenausbreitung

237

14.1.1 Huygens'sches Prinzip

237

14.1.2 Wellenarten

237

14.2 Lineare Sinuswelle

239

14.2.1 Wellengleichung

239

14.2.2 Elongation

239

14.2.3 Phasengeschwindigkeit

240

14.2.4 Phasensprung

241

14.2.5 Stehende Wellen

241

14.3 Wellen in ausgedehnten Medien

243

14.3.1 Überlagerung

243

14.3.2 Reflexion

244

14.3.3 Brechung

244

14.3.4 Beugung

245

14.4 Größen des Wellenfeldes

246

14.4.1 Energiedichte

246

14.4.2 Energiestrom

246

14.4.3 Leistung

247

14.4.4 Intensität

247

14.4.5 Wellenwiderstand

248

W Wärmelehre

249

15 Temperatur

249

15.1 Temperaturmessung

250

15.1.1 Temperaturskalen

250

15.1.2 Thermometer

251

15.2 Ausdehnung fester Körper

252

15.2.1 Längenänderung

252

15.2.2 Flächenänderung

253

15.2.3 Volumenänderung

254

15.3 Ausdehnung von Flüssigkeiten

255

15.3.1 Volumenänderung

255

15.3.2 Dichteänderung

256

15.4 Ausdehnung der Gase

256

15.4.1 Volumenänderung

256

15.4.2 Druckänderung

258

15.5 Gasgesetze

260

15.5.1 Zustandsgleichung des idealen Gases

260

15.5.2 Gasdichte

261

15.5.3 Normvolumen

263

15.5.4 Gasgemische

263

15.5.5 Molare Größen

264

16 Wärmeenergie

267

16.1 Wärmemenge

267

16.1.1 Wärmeinhalt

268

16.1.2 Wärmekapazität

268

16.1.3 Wasserwert

269

16.2 Spezifische Wärmekapazität

270

16.3 Wärmemischung

272

16.4 Wärmequellen

273

16.4.1 Sonnenenergie

273

16.4.2 Verbrennungsenergie

274

16.4.3 Elektrische Energie

275

16.4.4 Mechanische Energie

275

17 Aggregatzustände

277

17.1 Schmelzen und Erstarren

277

17.1.1 Schmelzpunkt

278

17.1.2 Erstarrungspunkt von Lösungen

278

17.1.3 Volumenänderung

279

17.1.4 Schmelzwärme

279

17.1.5 Lösungswärme

280

17.2 Verdampfen und Kondensieren

280

17.2.1 Siedepunkt

281

17.2.2 Siedepunkt von Lösungen

281

17.2.3 Volumenänderung

281

17.2.4 Verdampfungswärme

282

17.2.5 Verdunsten

283

17.2.6 Sublimieren

283

17.3 Dämpfe

283

17.3.1 Gesättigter Dampf

283

17.3.2 Ungesättigter Dampf

284

17.3.3 Dampfbildung im gaserfüllten Raum

284

17.3.4 Tripelpunkt

285

17.3.5 Luftfeuchtigkeit

286

17.4 Reale Gase

288

17.4.1 Zustandsgleichung realer Gase

288

17.4.2 Kritische Temperatur

289

17.4.3 Verflüssigung der Gase

290

18 Zustandsänderung des idealen Gases

292

18.1 Erster Hauptsatz

292

18.1.1 Volumenänderungsarbeit

293

18.1.2 Innere Energie

294

18.1.3 Enthalpie

295

18.2 Isochore Zustandsänderung

295

18.3 Isobare Zustandsänderung

296

18.4 Isotherme Zustandsänderung

297

18.5 Isentrope Zustandsänderung

299

18.6 Polytrope Zustandsänderung

302

18.7 Kreisprozesse

306

18.7.1 Carnot'scher Kreisprozess

307

18.7.2 Thermischer Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses

308

18.7.3 Thermische Maschinen

309

18.8 Zweiter Hauptsatz

311

18.8.1 Reversible und irreversible Prozesse

311

18.8.2 Entropie

312

19 Kinetische Wärmetheorie

317

19.1 Anzahl und Masse der Moleküle

317

19.1.1 Loschmidt-Konstante

317

19.1.2 Avogadro-Konstante

317

19.1.3 Boltzmann-Konstante

318

19.1.4 Masse eines Moleküls

318

19.2 Druck in einem Gas

318

19.3 Geschwindigkeit der Moleküle

320

19.3.1 Maxwell-Verteilung der Geschwindigkeit

320

19.3.2 Wahrscheinlichste Geschwindigkeit

321

19.3.3 Mittlere quadratische Geschwindigkeit

322

19.3.4 Mittelwert der Geschwindigkeit

322

19.4 Energie der Moleküle

323

19.4.1 Kinetische Energie eines Moleküls

323

19.4.2 Gleichverteilungssatz

324

19.4.3 Innere Energie und spezifische Wärmekapazität

324

19.5 Stoßzahl und freie Weglänge

326

19.5.1 Mittlere Stoßzahl

326

19.5.2 Mittlere freie Weglänge

327

20 Wärmetransport

329

20.1 Wärmeströmung (Konvektion)

329

20.2 Wärmeleitung

329

20.3 Wärmeübergang

332

20.4 Wärmedurchgang

333

20.5 Temperaturstrahlung

336

20.5.1 Absorption

336

20.5.2 Emission

337

20.5.3 Strahlungsgesetz von Stefan und Boltzmann

338

20.5.4 Strahlungsgesetz von Planck

339

20.5.5 Verschiebungsgesetz von Wien

340

A Akustik

341

21 Schallerzeugung

341

21.1 Wesen des Schalls

341

21.2 Schallquellen

342

21.2.1 Schwingende Saiten

342

21.2.2 Schwingende Luftsäulen

343

21.3 Tonleiter

343

21.3.1 Harmonische (diatonische) Tonleiter

344

21.3.2 Chromatische Tonleiter

344

21.3.3 Gleichmäßig temperierte chromatische Tonleiter

345

21.3.4 Normstimmton

345

21.3.5 Intervalle

346

22 Schallausbreitung

348

22.1 Schallgeschwindigkeit

348

22.1.1 Schallgeschwindigkeit in Festkörpern

348

22.1.2 Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten

348

22.1.3 Schallgeschwindigkeit in Gasen

349

22.1.4 Schallgeschwindigkeit in Luft

349

22.2 Doppler-Effekt

350

22.3 Überlagerung von Schallwellen

354

22.3.1 Auslöschung

354

22.3.2 Verstärkung

354

22.3.3 Schwebung

354

23 Schallmessung

356

23.1 Schallfeldgrößen

356

23.1.1 Schallschnelle

356

23.1.2 Schalldruck

357

23.1.3 Schallintensität

358

23.1.4 Schallpegel

359

23.1.5 Relativer Schallpegel

362

23.2 Hören

362

23.2.1 Hörfläche

362

23.2.2 Lautstärkepegel

363

23.2.3 Bewerteter Schallpegel

365

24 Ultraschall

366

24.1 Eigenschaften

366

24.1.1 Schallstärke

366

24.1.2 Ausbreitung

366

24.2 Erzeugung von Ultraschall

367

O Optik

368

25 Strahlenoptik

368

25.1 Lichtausbreitung

368

25.1.1 Geradlinigkeit der Ausbreitung

368

25.1.2 Lichtgeschwindigkeit

368

25.2 Reflexion

369

25.2.1 Reflexionsgesetz

369

25.2.2 Ebener Spiegel

370

25.2.3 Hohlspiegel (Konkavspiegel)

370

25.2.4 Wölbspiegel (Konvexspiegel)

372

25.3 Brechung

373

25.3.1 Brechungsgesetz

373

25.3.2 Totalreflexion

374

25.3.3 Planparallele Platte

375

25.3.4 Prisma

376

25.4 Linsen

377

25.4.1 Linsenarten

377

25.4.2 Bestimmung der Brennweite

379

25.4.3 Konstruktion des Linsenbildes

380

25.4.4 Abbildungsgesetze

381

25.4.5 Dicke Linsen

382

25.4.6 Abbildungsfehler

383

25.5 Optische Geräte

384

25.5.1 Projektor

384

25.5.2 Kamera (Fotoapparat)

386

25.5.3 Auge

387

25.5.4 Lupe

389

25.5.5 Mikroskop

390

25.5.6 Fernrohre

391

25.6 Zerlegung des Lichts

393

25.6.1 Lichtquellen

393

25.6.2 Lichtzerlegung

394

25.6.3 Komplementärfarben

395

25.6.4 Farbmischung

395

25.6.5 Spektren

396

25.6.6 Dispersion

398

26 Wellenoptik

399

26.1 Interferenz

399

26.1.1 Farben dünner Schichten

399

26.1.2 Newton'sche Ringe

400

26.2 Beugung

401

26.2.1 Beugung am engen Spalt

402

26.2.2 Beugung am Doppelspalt

403

26.2.3 Beugungsgitter

403

26.2.4 Beugungsspektrum

404

26.2.5 Beugung an kreisförmiger Öffnung

404

26.2.6 Auflösungsvermögen optischer Geräte

405

26.3 Polarisation

406

26.3.1 Polarisation durch Reflexion

407

26.3.2 Polarisation durch Doppelbrechung

408

26.3.3 Spannungsdoppelbrechung

409

26.3.4 Kerr-Effekt

410

26.3.5 Optische Aktivität

410

26.3.6 Faraday-Effekt

411

27 Lichtstrahlung

412

27.1 Strahlungsphysikalische Größen

412

27.2 Lichttechnische Größen (Fotometrie)

414

27.2.1 Spektraler Hellempfindlichkeitsgrad

414

27.2.2 Lichtstärke

415

27.2.3 Leuchtdichte

417

27.2.4 Lichtstrom

418

27.2.5 Spezifische Lichtausstrahlung

419

27.2.6 Lichtmenge

419

27.2.7 Beleuchtungsstärke

420

27.2.8 Belichtung

421

27.3 Fotometer

422

27.3.1 Messung der Lichtstärke

422

27.3.2 Messung des Gesamtlichtstroms

423

27.3.3 Messung der Beleuchtungsstärke

423

E Elektrik

424

28 Gleichstromkreis

424

28.1 Elektrischer Strom

424

28.1.1 Elektrische Stromstärke

424

28.1.2 Elektrische Ladung

424

28.2 Elektrische Spannung

425

28.2.1 Quellenspannung Uq (Urspannung)

425

28.2.2 Spannungsabfall U

426

28.3 Elektrischer Widerstand

426

28.3.1 Spezifischer elektrischer Widerstand

428

28.3.2 Widerstand und Temperatur

428

28.4 Elektrischer Stromkreis

429

28.5 Stromverzweigung

432

28.6 Schaltung von Widerständen

432

28.6.1 Reihenschaltung

432

28.6.2 Parallelschaltung

433

28.6.3 Spannungsteiler

434

28.6.4 Wheatstone'sche Messbrücke

434

28.7 Messung von Stromstärke und Spannung

435

28.7.1 Strommesser

435

28.7.2 Spannungsmesser

436

28.8 Elektrische Arbeit und Leistung

437

28.8.1 Elektrische Arbeit

437

28.8.2 Elektrische Leistung

438

29 Elektrisches Feld

439

29.1 Elektrische Ladung

439

29.2 Elektrische Feldstärke

440

29.2.1 Elektrisches Potenzial

441

29.2.2 Elektrische Flussdichte

443

29.2.3 Dielektrikum

444

29.2.4 Feldstärke an Kugeloberflächen

445

29.3 Kapazität

446

29.3.1 Kondensator

447

29.3.2 Parallelschaltung von Kondensatoren

450

29.3.3 Reihenschaltung von Kondensatoren

450

29.4 Kraft und Energie im elektrischen Feld

451

29.4.1 Kraftwirkung im Feld

451

29.4.2 Energie des Feldes

452

29.4.3 Energiedichte

453

29.4.4 Auf- und Entladung eines Kondensators

453

30 Magnetisches Feld

456

30.1 Dauermagnetismus (permanenter Magnetismus)

456

30.1.1 Stabmagnet

456

30.1.2 Magnetfeld der Erde

456

30.2 Elektromagnetismus

457

30.2.1 Magnetische Feldstärke

457

30.2.2 Durchflutungsgesetz

459

30.2.3 Magnetische Spannung

460

30.2.4 Magnetische Flussdichte

462

30.2.5 Magnetischer Fluss

463

30.2.6 Stoff im magnetischen Feld

464

30.2.7 Ferromagnetische Stoffe

466

30.3 Elektromagnetische Induktion

469

30.3.1 Induktionsgesetz

469

30.3.2 Induktion im bewegten Leiter

470

30.3.3 Selbstinduktion

471

30.3.4 Schaltung von Induktivitäten

473

30.3.5 Ein- und Ausschalten von Stromkreisen mit Induktivität

473

30.4 Kraft und Energie im magnetischen Feld

474

30.4.1 Kraftwirkungen im Feld

474

30.4.2 Energie des Feldes

480

30.4.3 Energiedichte

481

30.4.4 Elektrische und magnetische Feldgrößen

482

31 Elektrische Maschinen

483

31.1 Generatoren

483

31.1.1 Wechselstromgenerator

483

31.1.2 Gleichstromgenerator

485

31.1.3 Drehstromgenerator

486

31.2 Motoren

487

31.2.1 Wechselstrommotoren

488

31.2.2 Gleichstrommotoren

488

31.2.3 Drehstrommotoren

489

32 Wechselstromkreis

490

32.1 Effektivwerte von Strom und Spannung

490

32.2 Wechselstromwiderstand

491

32.2.1 Induktiver Widerstand

491

32.2.2 Kapazitiver Widerstand

493

32.2.3 Blindwiderstand

494

32.2.4 Scheinwiderstand

495

32.2.5 Phasenverschiebung

496

32.2.6 Resonanz

497

32.3 Wechselstromleistung

498

32.3.1 Wirkleistung

498

32.3.2 Blindleistung

499

32.3.3 Scheinleistung

500

32.4 Transformator

501

33 Elektrische Leitung

503

33.1 Stromleitung durch Festkörper

505

33.1.1 Energiebändermodell

505

33.1.2 Metallische Leiter

506

33.1.3 Thermoelektrizität

507

33.1.4 Halbleiter

509

33.1.5 Eigenleitung

509

33.1.6 n-Leitung

511

33.1.7 p-Leitung

512

33.1.8 pn-Übergang

512

33.1.9 Bipolarer Transistor

514

33.1.10 Unipolarer Transistor

517

33.2 Stromleitung in Flüssigkeiten

518

33.2.1 Elektrolyse

518

33.2.2 Galvanische Elemente

520

33.2.3 Akkumulatoren

520

33.3 Stromleitung in Gasen

522

33.3.1 Unselbstständige Entladung

522

33.3.2 Selbstständige Entladung

523

33.3.3 Glimmentladung

523

33.3.4 Kathodenstrahlen

524

33.3.5 Kanalstrahlen

525

33.3.6 Röntgenstrahlung

525

33.4 Stromleitung im Vakuum

525

33.4.1 Energie und Geschwindigkeit freier Elektronen

525

33.4.2 Elektronenbewegung im elektrischen Querfeld

528

33.4.3 Elektronenemission aus Metallen

529

33.4.4 Elektronenröhren

532

34 Elektrische Schwingungen und Wellen

535

34.1 Elektromagnetische Schwingungen

535

34.1.1 Schwingkreis

535

34.1.2 Ungedämpfte elektromagnetische Schwingung

535

34.1.3 Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Schwingungen

537

34.1.4 Offener Schwingkreis

537

34.1.5 Gedämpfte elektromagnetische Schwingung

538

34.2 Elektromagnetische Wellen

539

34.2.1 Elektromagnetische Welle auf einer Leitung

539

34.2.2 Freie elektromagnetische Wellen

541

34.2.3 Spektrum elektromagnetischer Wellen

543

K Atom- und Kernphysik

545

35 Quanten

545

35.1 Energie-Masse-Relation

545

35.2 Photon

546

35.2.1 Masse des Photons

546

35.2.2 Impuls des Photons

546

35.2.3 Compton-Effekt

547

35.3 Materiewellen

549

35.4 Unschärferelation

551

36 Atome

553

36.1 Aufbau und Kennzeichnung

553

36.1.1 Isotope Nuklide

554

36.1.2 Isobare Nuklide

554

36.1.3 Isotone Nuklide

555

36.2 Masse

555

36.2.1 Atommasse

555

36.2.2 Anzahl der Atome

557

36.2.3 Massendefekt

557

36.3 Kernbindungsenergie

558

36.4 Größe

559

36.4.1 Elektronenradius

559

36.4.2 Kernradius

560

36.4.3 Atomradius

560

37 Atomhülle

561

37.1 Bohr'sche Postulate

561

37.1.1 1. Postulat

561

37.1.2 2. Postulat

562

37.2 Wasserstoffatom

562

37.2.1 Bahngeschwindigkeit

562

37.2.2 Umlauffrequenz

563

37.2.3 Bahnradius

564

37.2.4 Energieniveau

565

37.2.5 Frequenzen der Strahlung

567

37.2.6 Wasserstoffspektrum

568

37.3 Quantenzahlen

569

37.3.1 Hauptquantenzahl n

569

37.3.2 Nebenquantenzahl l (Drehimpulsquantenzahl)

569

37.3.3 Magnetische Quantenzahl m

570

37.3.4 Spinquantenzahl s

571

37.3.5 Besetzung der Schalen

572

37.4 Strahlungsemission

573

37.4.1 Termschema

573

37.4.2 Anregung

573

37.4.3 Metastabile Zustände

574

37.4.4 Röntgenstrahlung

575

37.5 Wellenmechanisches Atommodell

576

38 Radioaktivität

578

38.1 Radioaktive Umwandlung (radioaktiver Zerfall)

578

38.1.1 Stabilität des Kerns

578

38.1.2 -Zerfall

579

38.1.3 -Zerfall

579

38.1.4 +-Zerfall

580

38.1.5 -Emission

581

38.2 Statistik des Zerfalls

581

38.2.1 Zerfallskonstante

581

38.2.2 Zerfallsgesetz

581

38.2.3 Halbwertszeit

582

38.2.4 Aktivität

582

38.3 Zerfallsreihen

584

38.4 Schwächung der Kernstrahlung

585

38.4.1 -Strahlung

585

38.4.2 -Strahlung

587

38.4.3 -Strahlung

588

38.5 Dosimetrie

589

38.5.1 Energiedosis

589

38.5.2 Energiedosisleistung

589

38.5.3 Ionendosis

590

38.5.4 Äquivalentdosis

591

38.6 Strahlenschutz

592

38.7 Strahlennachweis

593

39 Künstliche Kernumwandlungen

594

39.1 Teilchenbeschleuniger

594

39.2 Kernreaktionen

594

39.3 Uranspaltung

595

39.3.1 Kettenreaktion

596

39.3.2 Energiebilanz

597

39.4 Kernfusion

597

39.5 Anwendung radioaktiver Nuklide

598

40 Elementarteilchen

599

40.1 Elementare Teilchen

600

40.1.1 Leptonen

600

40.1.2 Quarks

600

40.2 Zusammengesetzte Elementarteilchen (Hadronen)

601

40.2.1 Mesonen

601

40.2.2 Baryonen

602

R Relativistische Mechanik

603

41 Relativistische Mechanik

603

41.1 Galilei-Transformation

603

41.1.1 Zeitkoordinaten

604

41.1.2 Ortskoordinaten

604

41.1.3 Geschwindigkeit

604

41.1.4 Beschleunigung

605

41.2 Lorentz-Transformation

605

41.2.1 Ortskoordinaten

606

41.2.2 Zeitkoordinaten

606

41.3 Relativistische Kinematik

606

41.3.1 Zeitdilatation

606

41.3.2 Längenkontraktion

607

41.3.3 Addition von Geschwindigkeiten

608

41.4 Relativistische Dynamik

609

41.4.1 Masse

609

41.4.2 Impuls

610

41.4.3 Kraft

611

41.4.4 Energie

611

F Fehlerrechnung

613

42 Fehlerrechnung bei physikalischen Messungen

613

42.1 Fehlerbegriff

613

42.2 Systematische Fehler

613

42.3 Zufällige Fehler

614

42.3.1 Mittelwert der Messreihe

614

42.3.2 Standardabweichung (mittlerer Fehler) der Einzelmessung

615

42.3.3 Standardabweichung (mittlerer Fehler) des Mittelwertes

616

42.4 Fehlerfortpflanzung

617

42.4.1 Mittelwert des Funktionswertes

617

42.4.2 Mittlerer Fehler des Funktionswertes

618

42.4.3 Größtfehler des Funktionswertes

619

42.4.4 Fehlerschätzung

620

42.5 Darstellung des Endergebnisses

620

T Tabellen

622

Tabelle 1a Dichte fester Stoffe

622

Tabelle 1b Dichte von Flüssigkeiten

624

Tabelle 1c Normdichte gasförmiger Stoffe

624

Tabelle 2 Reibungszahlen

625

Tabelle 3 Stoßzahl

627

Tabelle 4 Kompressibilität von Flüssigkeiten

627

Tabelle 5 Luftdruck in Abhängigkeit von der Höhe

628

Tabelle 6 Dynamische Viskosität und kinematische Viskosität

629

Tabelle 7 Widerstandsbeiwert

630

Tabelle 8 Oberflächenspannung

631

Tabelle 9 Elastizitätsmodul, Schubmodul, Kompressionsmodul

632

Tabelle 10 Längenausdehnungskoeffizient fester Stoffe

633

Tabelle 11 Volumenausdehnungskoeffizient von Flüssigkeiten

635

Tabelle 12 Volumenausdehnungskoeffizient gasförmiger Stoffe

635

Tabelle 13 Luftdichte in Abhängigkeit von Druck und Temperatur

636

Tabelle 14 Spezielle Gaskonstante

636

Tabelle 15 Dichte des Wassers in Abhängigkeit von der Temperatur

637

Tabelle 16 Spezifische Wärmekapazität fester Stoffe

637

Tabelle 17 Spezifische Wärmekapazität von Flüssigkeiten

639

Tabelle 18 Spezifische Wärmekapazität von Gasen

640

Tabelle 19 Spezifischer Heizwert fester Brennstoffe

641

Tabelle 20 Spezifischer Heizwert flüssiger Brennstoffe

641

Tabelle 21 Spezifischer Heizwert gasförmiger Brennstoffe

641

Tabelle 22 Schmelztemperatur und spezifische Schmelzwärme

642

Tabelle 23 Siedetemperatur und spezifische Verdampfungswärme

645

Tabelle 24 Siedetemperatur des Wassers in Abhängigkeit vom Druck

648

Tabelle 25 Siedetemperatur des Wassers in Abhängigkeit vom Luftdruck

648

Tabelle 26 Sättigungsdruck

649

Tabelle 27 Sättigungsdruck und Sättigungsmenge für Wasserdampf

649

Tabelle 28 Kryoskopische und ebullioskopische Konstante

650

Tabelle 29 Van-der-Waals-Konstanten

650

Tabelle 30 Kritische Temperatur und kritischer Druck

651

Tabelle 31 Wärmeleitfähigkeit

652

Tabelle 32 Wärmeübergangskoeffizient

654

Tabelle 33 Wärmedurchgangskoeffizient

655

Tabelle 34 Emissionsgrad

656

Tabelle 35 Schallgeschwindigkeit

658

Tabelle 36 Schalldämmmaß

658

Tabelle 37 Lautstärkepegel

660

Tabelle 38 Lichtgeschwindigkeit

660

Tabelle 39 Brechzahl

661

Tabelle 40 Grenzwinkel

662

Tabelle 41 Polarisationswinkel

662

Tabelle 42 Wellenlängen wichtiger Spektrallinien

663

Tabelle 43 Hauptdispersion und Abbe'sche Zahl

663

Tabelle 44 Gesamtlichtstrom und Lichtausbeute

664

Tabelle 45 Spezifischer elektrischer Widerstand

666

Tabelle 46 Temperaturkoeffizient

667

Tabelle 47 Permittivitätszahl

668

Tabelle 48 Permeabilitätszahl

669

Tabelle 49 Curie-Temperatur ferromagnetischer Stoffe

671

Tabelle 50 Beweglichkeit von Ladungsträgern

672

Tabelle 51 Sprungtemperatur bei Supraleitern

673

Tabelle 52 Elektrochemisches Äquivalent

674

Tabelle 53 Elektrochemische Spannungsreihe

674

Tabelle 54 Ablösearbeit

675

Tabelle 55 Elektronenanordnung bei den Elementen

676

Tabelle 56 Chemische Elemente und ihre Isotope

679

Tabelle 57 Halbwertszeit und Zerfallsenergie radioaktiver Isotope

694

Tabelle 58 Schwächungskoeffizient für Gamma-Strahlung

696

Tabelle 59 Schwächungskoeffizient für Gamma-Strahlung des Co-60

697

Tabelle 60 Halbwertsschichtdicke für Gamma-Strahlung

697

Tabelle 61 Maximale Reichweite und Halbwertsschichtdicke für Beta-Strahlung in Aluminium

697

Tabelle 62 Dosisleistungskonstante

698

Tabelle 63 Griechische Buchstaben

698

S Sachwortverzeichnis

699

 

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