Hartmut Zabel: Kurzlehrbuch Physik 1
Auf einen Blick 2
Innentitel 4
Impressum 5
Vorwort 6
Inhalt 8
1 Grundbegriffe des Messens und der quantitativen Beschreibung 12
1.1 Physikalische Größen und Einheiten 14
1.1.1 Überblick 14
1.1.2 Physikalischen Größen und Einheiten 14
1.1.3 Basisgrößen und Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems 15
1.1.4 Skalare und Vektoren 16
1.1.5 Bedeutung von Differenzial und Integral 19
1.1.6 Flächen und Volumina 20
1.1.7 Definition und Einheiten von Winkeln 21
1.2 Messen und Unsicherheiten beim Messen 22
1.2.1 Überblick 23
1.2.2 Messfehler 23
1.2.3 Mittelwert und Standardabweichung 23
1.2.4 Fehlerfortpflanzung 25
1.3 Wichtige Funktionen 26
2 Mechanik des Massenpunkts und der starren Körper 32
2.1 Bewegung 34
2.1.1 Einleitung 34
2.1.2 Geschwindigkeit und Beschleunigung Geschwindigkeit 34
2.1.3 Arten der Bewegung 35
2.2 Impuls, Kraft, Drehimpuls, Drehmoment 40
2.2.1 Überblick 40
2.2.2 Impuls und Impulserhaltung 40
2.2.3 Drehimpuls und Trägheitsmoment Drehimpuls 41
2.2.4 Kraft und Arten von Kräften Die 3 Newton’schen Axiome 42
2.2.5 Reibungskräfte 45
2.2.6 Drehmoment 46
2.2.7 Bezugssysteme 50
2.3 Arbeit, Energie, Leistung 52
2.3.1 Überblick 52
2.3.2 Mechanische Arbeit 52
2.3.3 Hubarbeit und potenzielle Energie 52
2.3.4 Leistung 54
2.3.5 Vergleich Translations-/Rotationsbewegung 54
3 Mechanik ausgedehnter und deformierbarer Körper 56
3.1 Wichtige Grundlagen 58
3.1.1 Mengengrößen, bezogene Größen 58
3.1.2 Begriffsdefinitionen 58
3.1.3 Aggregatzustände 59
3.2 Aufbau der Atome und Atomkerne 60
3.2.1 Überblick 60
3.2.2 Aufbau des Atoms 60
3.2.3 Die Elektronenhülle 61
3.2.4 Der Atomkern 62
3.3 Verformung fester Körper 63
3.3.1 Zug und Druck Hooke’sches Gesetz 63
3.3.2 Hydrostatischer Druck 65
3.3.3 Scherung und Drillung 65
3.3.4 Biegung 65
3.3.5 Plastische Verformung 66
3.4 Hydrostatischer Druck 67
3.4.1 Überblick 67
3.4.2 Hydrostatischer Druck 67
3.4.3 Druckmessung 68
3.4.4 Compliance 69
3.4.5 Luftdruck und Schweredruck Luftdruck 70
3.4.6 Auftrieb 71
3.5 Kräfte an Grenzflächen 73
3.5.1 Überblick 73
3.5.2 Kohäsion und Adhäsion 73
3.5.3 Oberflächenspannung 74
3.5.4 Kapillarität 75
3.6 Strömung von Flüssigkeiten 76
3.6.1 Überblick 76
3.6.2 Laminare und turbulente Strömung 77
3.6.3 Dynamik von Flüssigkeiten 78
3.6.4 Reale Flüssigkeiten 78
4 Wärme, Löslichkeit, Diffusion 84
4.1 Temperatur 86
4.1.1 Einleitung 86
4.1.2 Temperaturmessung Temperaturskalen 87
4.1.3 Thermische Ausdehnung Ausdehnungskoeffizient 88
4.2 Wärme und Wärmekapazität 88
4.2.1 Überblick 88
4.2.2 Wärme und Wärmekapazität 89
4.2.3 Hauptsätze der Wärmelehre Thermodynamische Systeme 91
4.2.4 Wärmetransport 93
4.3 Thermodynamik von Gasen 96
4.3.1 Überblick 96
4.3.2 Allgemeine Gasgleichung 96
4.3.3 Zustandsänderungen 96
4.3.4 Gasgemische 97
4.4 Änderung des Aggregatzustands 98
4.4.1 Überblick 98
4.4.2 Phasenübergang 98
4.4.3 Sättigungsdampfdruck und Siedepunkt 99
4.5 Stoffgemische 100
4.5.1 Überblick 100
4.5.2 Molarität 100
4.5.3 Löslichkeit 100
4.5.4 Dampfdruckerniedrigung 101
4.5.5 Osmose 101
4.5.6 Diffusion 103
4.5.7 Vergleich Osmose und Diffusion 104
5 Elektrizität, Magnetismus und Elektromagnetismus 106
5.1 Elektrizität 108
5.1.1 Überblick 108
5.1.2 Elektrische Stromstärke, elektrische Ladung 108
5.1.3 Elektrisches Feld 110
5.1.4 Elektrische Spannung Elektrisches Potenzial (= elektrische Spannung) 114
5.1.5 Elektrischer Strom und elektrischer Widerstand 117
5.1.6 Elektrischer Stromkreis Einige Definitionen 119
5.1.7 Elektrizitätsleitung Festkörper 124
5.1.8 Elektrische Spannungen an Grenzflächen, Diffusionsspannungen Kontaktspannung zwischen verschiedenen Metallen 127
5.2 Magnetismus 129
5.2.1 Überblick 129
5.2.2 Magnetische Feldstärke Magnetfeld einer ruhenden Ladung 129
5.2.3 Magnetische Flussdichte 131
5.2.4 Magnetischer Dipol 131
5.2.5 Magnetische Materialien 132
5.2.6 Magnetisierung 133
5.2.7 Materie im Magnetfeld 133
5.3 Elektromagnetismus 135
5.3.1 Überblick 135
5.3.2 Elektromagnetische Induktion Magnetischer Fluss 135
5.3.3 Wechselstrom 138
5.3.4 Widerstände im Wechselstromkreis (elektrische Impedanzen) 140
5.3.5 Transformatoren 144
5.3.6 Elektromagnetischer Schwingkreis 144
6 Schwingungen und Wellen 148
6.1 Schwingungen 150
6.1.1 Ungedämpfte Schwingungen 150
6.1.2 Gedämpfte Schwingungen 151
6.1.3 Erzwungene Schwingungen 151
6.1.4 Überlagerung von Schwingungen 153
6.2 Wellen 154
6.2.1 Überblick 154
6.2.2 Eigenschaften von Wellen 154
6.2.3 Ausbreitung von Wellen 154
6.2.4 Überlagerung von Wellen Interferenz 155
6.2.5 Huygen-Prinzip 157
6.2.6 Wellengeschwindigkeit 157
6.2.7 Impedanz 158
6.2.8 Stehende Wellen 158
6.2.9 Intensität 159
6.3 Schallwellen 160
6.3.1 Überblick 160
6.3.2 Schallwellen 160
6.3.3 Isophone 162
6.3.4 Reflexion 162
6.3.5 Schallwahrnehmung im Ohr 163
6.3.6 Ultraschall in der Medizin 163
6.3.7 Doppler-Effekt 164
6.4 Elektromagnetische Wellen 165
7 Optik 168
7.1 Geometrische Optik 170
7.1.1 Überblick 170
7.1.2 Brechung und Reflexion Brechungsindex 170
7.1.3 Abbildungen Abbildung durch Spiegel 174
7.1.4 Linsenfehler 178
7.2 Wellenoptik 178
7.2.1 Einleitung 179
7.2.2 Beugung von Licht 179
7.2.3 Polarisation 181
7.3 Optische Instrumente 183
7.3.1 Überblick 183
7.3.2 Kamera und Auge Kamera 183
7.3.3 Vergrößerung und Verkleinerung 185
7.4 Quantenoptik 189
7.4.1 Welle-Teilchen-Dualismus 189
7.4.2 Photoeffekt 190
7.4.3 Lichtquellen 190
7.4.4 Wahrnehmung von Gegenständen und ihrer Farben 191
7.5 Lichtstärke, Beleuchtungsstärke und Schattenbildung 194
7.5.1 Überblick 194
7.5.2 Lichtstärke, Lichtstrom und Beleuch-tungsstärke 194
7.5.3 Schattenbildung 195
8 Ionisierende Strahlung 198
8.1 Radioaktivität 200
8.1.1 Nuklide und Radionuklide 200
8.1.2 Radioaktiver Zerfall 201
8.1.3 Radionuklide in der Medizin Therapie 205
8.2 Röntgenstrahlen 206
8.2.1 Einleitung 206
8.2.2 Erzeugung und Arten von Röntgenstrahlung 206
8.2.3 Röntgenröhre 207
8.2.4 Röntgenstrahlung in der Medizin 208
8.3 Nachweis und Wirkung ionisierender Strahlung 209
8.3.1 Überblick 209
8.3.2 Nachweis ionisierender Strahlung 209
8.3.3 Strahlenwirkung Absorption von Photonen in Materie 210
9 Anhang 214
9.1 Mathematische Grundlagen 215
9.2 Mathematische Zeichen und Symbole 217
9.3 Naturkonstanten und nützliche Werte 217
9.4 Formeln, Symbole und Einheiten 218
9.4.1 zu Kapitel 1: Grundbegriffe 218
9.4.2 zu Kapitel 2: Mechanik des Massenpunkts und der starren Körper 219
9.4.3 zu Kapitel 3: Mechanik ausgedehnter und deformierbarer Körper 220
9.4.4 zu Kapitel 4: Wärme, Löslichkeit, Diffusion 222
9.4.5 zu Kapitel 5: Elektrizität, Magnetismus und Elektromagnetismus 223
9.4.6 zu Kapitel 6: Schwingungen und Wellen 227
9.4.7 zu Kapitel 7: Optik 228
9.4.8 zu Kapitel 8: Ionisierende Strahlung 231
9.5 Lösungen zu den Aufgaben 232
9.5.1 Grundbegriffe 232
9.5.2 Mechanik des Massepunkts 233
9.5.3 Mechanik ausgedehnter und deformierbarer Körper 235
9.5.4 Wärme, Löslichkeit, Diffusion 236
9.5.5 Elektrizität, Magnetismus und Elektromagnetismus 238
9.5.6 Schwingungen und Wellen 238
9.5.7 Optik 239
9.5.8 Ionisierende Strahlung 240
Sachverzeichnis 241