Physik: Lehr- und Übungsbuch, 3. Auflage

Physik - Lehr- und Übungsbuch (2010 - 3. Auflage)
......Page 1
ISBN: 9783868940237......Page 5
Inhaltsübersicht......Page 6
Kapitel 3 Kinematik in zwei Raumrichtungen; Vektoren......Page 8
Kapitel 8 Energieerhaltung......Page 9
Kapitel 11 Allgemeine Drehbewegung......Page 10
Kapitel 14 Schwingungen......Page 11
Kapitel 18 Kinetische Gastheorie......Page 12
Kapitel 21 Elektrische Ladung und elektrisches Feld......Page 13
Kapitel 25 Elektrische Ströme und der elektrische Widerstand......Page 14
Kapitel 29 Elektromagnetische Induktion und das Faraday’sche Gesetz......Page 15
Kapitel 33 Reflexion und Brechung......Page 16
Kapitel 36 Beugung und Polarisation......Page 17
Kapitel 39 Quantenmechanik......Page 18
Kapitel 43 Kernenergie; Auswirkungen und Anwendungsmöglichkeiten der Strahlung......Page 19
Index......Page 20
Allgemeiner Ansatz......Page 22
Moderne Didaktik......Page 23
Zusatzmaterialien im Web......Page 26
Vorwort zur deutschen Ausgabe......Page 27
1 Einführung, Messungen, Abschätzungen......Page 28
1.2 Modelle, Theorien und Gesetze......Page 31
1.3 Messungen und Messfehler; signifikante Stellen......Page 32
1.4 Einheiten, Standards und das SI-System......Page 35
1.5 Umrechnungseinheiten......Page 38
1.6 Größenordnung: Schnelle Abschätzung......Page 39
1.7 Einheiten und Einheitenüberprüfung......Page 43
Verständnisfragen......Page 44
Aufgaben zu 1.4 und 1.5......Page 45
Aufgaben zu 1.7......Page 46
Allgemeine Aufgaben......Page 47
2 Beschreibung von Bewegungen – Kinematik in einer Raumrichtung......Page 50
2.1 Bezugssystem und Weg......Page 52
2.2 Durchschnittsgeschwindigkeit......Page 54
2.3 Momentangeschwindigkeit......Page 55
2.4 Beschleunigung......Page 58
2.5 Bewegung bei konstanter Beschleunigung......Page 62
2.6 Problemlösungen......Page 65
2.7 Der freie Fall......Page 69
2.8 Einsatz der Integralrechnung; Ungleichförmige Beschleunigung......Page 76
Verständnisfragen......Page 78
Aufgaben zu 2.1 bis 2.3......Page 79
Aufgaben zu 2.5 und 2.6......Page 81
Aufgaben zu 2.7......Page 83
Allgemeine Aufgaben......Page 84
3 Kinematik in zwei Raumrichtungen; Vektoren......Page 88
3.2 Vektoraddition – Grafische Methoden......Page 90
3.3 Subtraktion von Vektoren und Multiplikation eines Vektors mit einem Skalar......Page 92
3.4 Vektoraddition in Komponentenschreibweise......Page 93
3.5 Einheitsvektoren......Page 98
3.6 Bewegung in zwei und drei Raumrichtungen......Page 99
3.7 Wurfbewegung......Page 101
3.8 Lösung von Aufgaben mit Wurfbewegungen......Page 104
3.9 Gleichförmige Kreisbewegung......Page 111
3.10 Relativgeschwindigkeit......Page 114
Verständnisfragen......Page 118
Aufgaben zu 3.1 bis 3.5......Page 119
Aufgaben zu 3.6......Page 120
Aufgaben zu 3.7 und 3.8......Page 121
Aufgaben zu 3.10......Page 124
Allgemeine Aufgaben......Page 125
4 Dynamik: Die Newton’schen Axiome......Page 130
4.1 Kraft......Page 132
4.2 Das erste Newton’sche Axiom......Page 133
4.3 Masse......Page 134
4.4 Das zweite Newton’sche Axiom......Page 135
4.5 Das dritte Newton’sche Axiom......Page 138
4.6 Gewicht – Die Gravitationskraft......Page 142
4.7 Das Lösen von Aufgaben mit den Newton’schen Axiomen: Kräfteparallelogramme......Page 145
4.8 Problemlösung – Allgemeine Herangehensweise......Page 154
Verständnisfragen......Page 156
Aufgaben zu 4.4 bis 4.6......Page 158
Aufgaben zu 4.7......Page 159
Allgemeine Aufgaben......Page 164
5 Weitere Anwendungen der Newton’schen Axiome......Page 168
5.1 Anwendungen der Newton’schen Axiome – Reibung......Page 170
5.2 Dynamik der gleichförmigen Kreisbewegung......Page 179
5.3 Erhöhte und nicht erhöhte Straßenkurven......Page 184
5.4 Ungleichförmige Kreisbewegung......Page 187
5.5 Geschwindigkeitsabhängige Kräfte; Endgeschwindigkeit......Page 188
Verständnisfragen......Page 191
Aufgaben zu 5.1......Page 192
Aufgaben zu 5.2 und 5.3......Page 195
Aufgaben zu 5.5......Page 197
Allgemeine Aufgaben......Page 198
6 Gravitation und das Newton’sche Gravitationsgesetz......Page 202
6.1 Das Newton’sche Gravitationsgesetz......Page 204
6.2 Vektorielle Form des Newton’schen Gravitationsgesetzes......Page 207
6.3 Gravitation in der Nähe der Erdoberfläche – Geophysikalische Anwendungen......Page 208
6.4 Satelliten und „Schwerelosigkeit“......Page 211
6.5 Kepler’sche Gesetze und Newton’sches Gravitationsgesetz......Page 215
6.6 Gravitationsfeld......Page 220
6.8 Schwere Masse – Träge Masse – Äquivalenzprinzip......Page 221
6.9 Gravitation als Raumkrümmung – Schwarze Löcher......Page 222
Verständnisfragen......Page 224
Aufgaben zu 6.1 bis 6.3......Page 225
Aufgaben zu 6.4......Page 226
Aufgaben zu 6.5......Page 227
Allgemeine Aufgaben......Page 228
7 Arbeit und Energie......Page 232
7.1 Durch eine konstante Kraft verrichtete Arbeit......Page 234
7.2 Skalarprodukt zweier Vektoren......Page 239
7.3 Durch eine veränderliche Kraft verrichtete Arbeit......Page 240
7.4 Arbeit und Kinetische Energie......Page 243
7.5 Kinetische Energie bei sehr hohen Geschwindigkeiten......Page 249
Verständnisfragen......Page 250
Aufgaben zu 7.1......Page 251
Aufgaben zu 7.2......Page 252
Aufgaben zu 7.3......Page 253
Aufgaben zu 7.4......Page 254
Allgemeine Aufgaben......Page 256
8 Energieerhaltung......Page 260
8.1 Konservative und nichtkonservative Kräfte......Page 262
8.2 Potentielle Energie......Page 264
8.3 Mechanische Energie und ihre Erhaltung......Page 269
8.4 Anwendungen des Energieerhaltungssatzes der Mechanik......Page 270
8.5 Der Energieerhaltungssatz......Page 278
8.6 Energieerhaltung mit dissipativen Kräften – Problemlösungen......Page 280
8.7 Potentielle Energie und Fluchtgeschwindigkeit......Page 282
8.8 Leistung......Page 285
8.9 Potentielle Energie – Stabiles und labiles Gleichgewicht......Page 288
Verständnisfragen......Page 290
Aufgaben zu 8.1 und 8.2......Page 292
Aufgaben zu 8.3 und 8.4......Page 293
Aufgaben zu 8.5 und 8.6......Page 294
Aufgaben zu 8.7......Page 295
Aufgaben zu 8.8......Page 297
Aufgaben zu 8.9......Page 298
Allgemeine Aufgaben......Page 299
9 Impuls und Stöße......Page 302
9.1 Impuls und seine Beziehung zur Kraft......Page 304
9.2 Impulserhaltung......Page 306
9.3 Stöße und Kraftstoß......Page 310
9.4 Energie- und Impulserhaltung bei Stößen......Page 313
9.5 Elastische Stöße in einer Raumrichtung......Page 314
9.6 Inelastische Stöße......Page 317
9.7 Stöße in zwei oder drei Raumrichtungen......Page 319
9.8 Massenmittelpunkt......Page 321
9.9 Massenmittelpunkt und Translationsbewegung......Page 327
9.10 Systeme mit veränderlicher Masse; Raketenantrieb......Page 330
Verständnisfragen......Page 333
Aufgaben zu 9.2......Page 335
Aufgaben zu 9.3......Page 336
Aufgaben zu 9.4 und 9.5......Page 338
Aufgaben zu 9.6......Page 339
Aufgaben zu 9.7......Page 340
Aufgaben zu 9.8......Page 341
Aufgaben zu 9.10......Page 342
Allgemeine Aufgaben......Page 343
10 Drehbewegung um eine feste Achse......Page 348
10.1 Winkelgrößen......Page 350
10.2 Bewegungsgleichungen für gleichförmig beschleunigte Drehbewegungen......Page 354
10.3 Rollbewegung (ohne Gleiten)......Page 355
10.5 Drehmoment......Page 358
10.6 Drehdynamik; Drehmoment und Trägheitsmoment......Page 361
10.7 Problemlösungen für drehdynamische Aufgabenstellungen......Page 363
10.8 Bestimmung von Trägheitsmomenten......Page 368
10.9 Drehimpuls und Drehimpulserhaltung......Page 370
10.10 Kinetische Energie der Drehbewegung......Page 375
10.11 Drehbewegung plus Translationsbewegung – Rollbewegung......Page 377
10.12 Warum wird eine rollende Kugel langsamer?......Page 386
Verständnisfragen......Page 388
Aufgaben zu 10.1 bis 10.3......Page 389
Aufgaben zu 10.4......Page 390
Aufgaben zu 10.5......Page 391
Aufgaben zu 10.6 und 10.7......Page 392
Aufgaben zu 10.8......Page 393
Aufgaben zu 10.9......Page 394
Aufgaben zu 10.10......Page 395
Aufgaben zu 10.11......Page 396
Aufgaben zu 10.12......Page 397
Allgemeine Aufgaben......Page 398
11 Allgemeine Drehbewegung......Page 402
11.1 Vektorprodukt (Kreuzprodukt)......Page 404
11.2 Der Drehmomentvektor......Page 405
11.3 Drehimpuls eines Massenpunktes......Page 407
11.4 Drehimpuls und Drehmoment eines Systems; Allgemeine Bewegung......Page 408
11.5 Drehimpuls und Drehmoment eines starren Körpers......Page 410
11.6 Dynamisches Ungleichgewicht......Page 413
11.7 Drehimpulserhaltung......Page 414
11.8 Der Kreisel......Page 417
11.9 Rotierende Bezugssysteme; Trägheitskräfte......Page 418
11.10 Die Corioliskraft......Page 419
Verständnisfragen......Page 423
Aufgaben zu 11.2......Page 424
Aufgaben zu 11.4 und 11.5......Page 425
Aufgaben zu 11.6......Page 426
Aufgaben zu 11.7......Page 427
Aufgaben zu 11.8......Page 428
Aufgaben zu 11.10......Page 429
Allgemeine Aufgaben......Page 430
12 Statisches Gleichgewicht; Elastizität und Bruch......Page 432
12.2 Gleichgewichtsbedingungen......Page 434
12.3 Aufgabenstellungen in der Statik – Lösungen......Page 437
12.4 Stabilität und Gleichgewichtslage......Page 444
12.5 Elastizität und Elastizitätsmodule – Spannung und Dehnung......Page 445
12.6 Bruch......Page 449
12.7 Fachwerke und Brücken......Page 453
12.8 Bögen und Kuppeln......Page 457
Verständnisfragen......Page 460
Aufgaben zu 12.1 bis 12.3......Page 461
Aufgaben zu 12.5......Page 467
Aufgaben zu 12.7......Page 468
Aufgaben zu 12.8......Page 469
Allgemeine Aufgaben......Page 470
13 Fluide: Gase und Flüssigkeiten......Page 476
13.1 Dichte und relative Dichte......Page 478
13.2 Druck in Fluiden......Page 479
13.3 Atmosphärendruck und Manometerdruck......Page 483
13.4 Pascal’sches Prinzip......Page 484
13.5 Messgeräte für die Druckmessung......Page 485
13.6 Auftrieb und Archimedisches Prinzip......Page 487
13.7 Fluide in Bewegung – Massenstrom und Kontinuitätsgleichung......Page 491
13.8 Bernoulli’sche Gleichung......Page 494
13.9 Anwendungen des Bernoulli’schen Gesetzes – von Torricelli zu Segelbooten, Tragflächen und dem Blutkreislauf......Page 496
13.10 Viskosität......Page 499
13.11 Strömung in Rohren – Poiseuille’sche Gleichung......Page 500
13.12 Oberflächenspannung und Kapillarität......Page 501
13.13 Pumpen und das Herz......Page 503
Verständnisfragen......Page 505
Aufgaben zu 13.2 bis 13.5......Page 507
Aufgaben zu 13.6......Page 509
Aufgaben zu 13.7 bis 13.9......Page 510
Aufgaben zu 13.11......Page 512
Aufgaben zu 13.12......Page 513
Allgemeine Aufgaben......Page 514
14 Schwingungen......Page 516
14.1 Schwingungen einer Feder......Page 518
14.2 Harmonische Schwingung......Page 520
14.3 Energie in einem harmonischen Oszillator......Page 526
14.4 Zusammenhang zwischen harmonischer Schwingung und gleichförmiger Kreisbewegung......Page 528
14.5 Das Fadenpendel......Page 529
14.6 Das physikalische Pendel und das Torsionspendel......Page 531
14.7 Gedämpfte harmonische Schwingung......Page 532
14.8 Erzwungene Schwingungen und Resonanz......Page 536
Verständnisfragen......Page 539
Aufgaben zu 14.1 und 14.2......Page 540
Aufgaben zu 14.3......Page 542
Aufgaben zu 14.5......Page 543
Aufgaben zu 14.6......Page 544
Aufgaben zu 14.7......Page 545
Aufgaben zu 14.8......Page 546
Allgemeine Aufgaben......Page 547
15 Wellen und Wellenausbreitung......Page 550
15.1 Eigenschaften von Wellen......Page 553
15.2 Wellenarten......Page 554
15.3 Energietransport in Wellen......Page 559
15.4 Mathematische Beschreibung der Wellenausbreitung......Page 561
15.5 Die Wellengleichung......Page 564
15.6 Das Superpositionsprinzip......Page 566
15.7 Reflexion und Transmission......Page 568
15.8 Interferenz......Page 569
15.9 Stehende Wellen; Resonanz......Page 571
15.10 Brechung⁶......Page 575
15.11 Beugung......Page 576
Verständnisfragen......Page 578
Aufgaben zu 15.3......Page 579
Aufgaben zu 15.4......Page 580
Aufgaben zu 15.8......Page 581
Aufgaben zu 15.9......Page 582
Allgemeine Aufgaben......Page 583
16 Schall......Page 586
16.1 Schalleigenschaften......Page 588
16.2 Mathematische Darstellung longitudinaler Wellen......Page 590
16.3 Intensität von Schall; Dezibel......Page 591
16.4 Schallquellen: Schwingende Saiten und Luftsäulen......Page 595
16.6 Interferenz von Schallwellen; Schwebungen......Page 602
16.7 Doppler-Effekt......Page 605
16.8 Mach-Wellen und Überschallknall......Page 609
16.9 Anwendungen: Sonar, Ultraschall und Ultraschall-Abbildung......Page 611
Verständnisfragen......Page 613
Aufgaben zu 16.1......Page 614
Aufgaben zu 16.3......Page 615
Aufgaben zu 16.4......Page 616
Aufgaben zu 16.6......Page 617
Aufgaben zu 16.7......Page 618
Allgemeine Aufgaben......Page 619
17 Temperatur, Wärmeausdehnung und ideales Gasgesetz......Page 624
17.1 Die Atomtheorie der Materie......Page 626
17.2 Temperatur und Thermometer......Page 628
17.3 Thermisches Gleichgewicht und der nullte Hauptsatz der Wärmelehre......Page 630
17.4 Wärmeausdehnung......Page 631
17.6 Die Gasgesetze und die absolute Temperatur......Page 636
17.7 Das ideale Gasgesetz......Page 638
17.8 Problemlösung mit dem idealen Gasgesetz......Page 639
17.9 Ideales Gasgesetz und Avogadro-Konstante......Page 641
17.10 Temperaturskala des idealen Gases – ein Standard......Page 642
Verständnisfragen......Page 644
Aufgaben zu 17.4......Page 645
Aufgaben zu 17.7 und 17.8......Page 647
Aufgaben zu 17.10......Page 648
Allgemeine Aufgaben......Page 649
18 Kinetische Gastheorie......Page 652
18.1 Das ideale Gasgesetz und die molekulare Interpretation der Temperatur......Page 654
18.2 Molekulare Geschwindigkeitsverteilung......Page 658
18.3 Reale Gase und Phasenänderungen......Page 661
18.4 Dampfdruck und Luftfeuchte......Page 663
18.5 Van der Waals’sche Zustandsgleichung......Page 666
18.6 Mittlere freie Weglänge......Page 667
18.7 Diffusion......Page 669
Verständnisfragen......Page 671
Aufgaben zu 18.1......Page 672
Aufgaben zu 18.4......Page 673
Aufgaben zu 18.6......Page 674
Allgemeine Aufgaben......Page 675
19 Wärme und der erste Hauptsatz der Thermodynamik......Page 678
19.1 Was genau ist Wärme?......Page 680
19.2 Innere Energie......Page 682
19.3 Spezifische Wärmekapazität......Page 683
19.4 Wärmemessung – Problemlösungen......Page 684
19.5 Latente Wärme......Page 686
19.6 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik......Page 690
19.7 Anwendungen des ersten Hauptsatzes; Arbeitsberechnung......Page 692
19.8 Wärmekapazität für Gase und die Gleichverteilung der Energie......Page 696
19.9 Adiabatische Expansion eines Gases......Page 700
19.10 Wärmetransport: Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung......Page 702
Verständnisfragen......Page 708
Aufgaben zu 19.3 und 19.4......Page 710
Aufgaben zu 19.5......Page 711
Aufgaben zu 19.6 und 19.7......Page 712
Aufgaben zu 19.9......Page 714
Aufgaben zu 19.10......Page 715
Allgemeine Aufgaben......Page 716
20 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik......Page 720
20.1 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik – Einführung......Page 722
20.2 Wärmekraftmaschinen......Page 723
20.3 Reversible und irreversible Prozesse; der Carnot-Prozess......Page 726
20.4 Kältemaschinen, Klimaanlagen und Wärmepumpen......Page 732
20.5 Entropie......Page 734
20.6 Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik......Page 736
20.7 Aus Ordnung wird Unordnung......Page 741
20.8 Energieverfügbarkeit; Wärmetod......Page 742
20.9 Statistische Interpretation der Entropie und des zweiten Hauptsatzes......Page 743
20.10 Thermodynamische Temperaturskala; absoluter Nullpunkt und der dritte Hauptsatz der Thermodynamik......Page 745
Verständnisfragen......Page 747
Aufgaben zu 20.2......Page 749
Aufgaben zu 20.3......Page 750
Aufgaben zu 20.5 und 20.6......Page 751
Aufgaben zu 20.9......Page 752
Allgemeine Aufgaben......Page 753
21 Elektrische Ladung und elektrisches Feld......Page 756
21.1 Statische Elektrizität; elektrische Ladung und ihre Erhaltung......Page 758
21.2 Elektrische Ladung im Atom......Page 759
21.4 Influenz; das Elektrometer......Page 760
21.5 Das Coulomb’sche Gesetz......Page 761
21.6 Das elektrische Feld......Page 767
21.7 Berechnungen des elektrischen Feldes kontinuierlicher Ladungsverteilungen......Page 771
21.8 Feldlinien......Page 775
21.9 Elektrische Felder und metallische Leiter......Page 777
21.10 Bewegung einer Punktladung in einem elektrischen Feld......Page 778
21.11 Elektrische Dipole......Page 780
Verständnisfragen......Page 783
Aufgaben zu 21.5......Page 784
Aufgaben zu 21.6 bis 21.8......Page 786
Aufgaben zu 21.10......Page 788
Allgemeine Aufgaben......Page 789
22 Das Gauß’sche Gesetz......Page 794
22.1 Der elektrische Fluss......Page 796
22.2 Das Gauß’sche Gesetz......Page 799
22.3 Anwendungen des Gauß’schen Gesetzes......Page 802
22.4 Experimentelle Grundlagen des Gauß’schen und des Coulomb’schen Gesetzes......Page 807
Verständnisfragen......Page 809
Aufgaben zu 22.3......Page 810
Allgemeine Aufgaben......Page 813
23 Das elektrische Potential......Page 816
23.1 Elektrisches Potential und Potentialdifferenz......Page 818
23.2 Beziehung zwischen elektrischem Potential und elektrischem Feld......Page 822
23.3 Das elektrische Potential einer Punktladung......Page 824
23.4 Das Potential beliebiger Ladungsverteilungen......Page 827
23.5 Äquipotentialflächen......Page 828
23.6 Elektrische Dipole......Page 829
23.7 Bestimmung von E aus φ......Page 831
23.8 Die elektrostatische potentielle Energie und das Elektronenvolt......Page 832
23.9 Die Kathodenstrahlröhre: Fernseher, Computerbildschirm und Oszilloskop......Page 834
Verständnisfragen......Page 837
Aufgaben zu 23.2......Page 838
Aufgaben zu 23.3......Page 839
Aufgaben zu 23.5......Page 840
Aufgaben zu 23.7......Page 841
Allgemeine Aufgaben......Page 842
24 Kapazität, Dielektrika und elektrische Energiespeicher......Page 846
24.1 Kondensatoren......Page 848
24.2 Bestimmung der Kapazität......Page 849
24.3 Kondensatoren in Reihen- und Parallelschaltungen......Page 852
24.4 Speicherung elektrischer Energie......Page 856
24.5 Dielektrika......Page 857
24.6 Molekulare Beschreibung von Dielektrika......Page 860
Verständnisfragen......Page 864
Aufgaben zu 24.2......Page 865
Aufgaben zu 24.3......Page 866
Aufgaben zu 24.4......Page 868
Aufgaben zu 24.5......Page 869
Allgemeine Aufgaben......Page 870
25 Elektrische Ströme und der elektrische Widerstand......Page 874
25.1 Die elektrische Batterie......Page 876
25.2 Der elektrische Strom......Page 878
25.3 Widerstände und das Ohm’sche Gesetz......Page 879
25.4 Der spezifische elektrische Widerstand......Page 882
25.5 Die elektrische Leistung......Page 885
25.6 Die elektrische Leistung in Haushaltsstromkreisen......Page 887
25.7 Wechselstrom......Page 889
25.8 Mikroskopische Beschreibung des elektrischen Stroms: Stromdichte und Driftgeschwindigkeit......Page 891
25.9 Supraleitung......Page 894
25.10 Gefährdungen durch Elektrizität; Kriechströme......Page 895
Verständnisfragen......Page 899
Aufgaben zu 25.4......Page 900
Aufgaben zu 25.5 und 25.6......Page 902
Allgemeine Aufgaben......Page 903
26 Gleichstromkreise......Page 906
26.1 Quellenspannung und Klemmenspannung......Page 908
26.2 Widerstände in Reihen- und Parallelschaltung......Page 910
26.3 Die Kirchhoff’schen Regeln......Page 916
26.4 Schaltkreise mit Widerstand und Kondensator (RC-Schaltkreise)......Page 922
26.5 Gleichstrom-Amperemeter und Voltmeter......Page 927
26.6 Wandler und Thermoelemente......Page 930
Verständnisfragen......Page 932
Aufgaben zu 26.2......Page 934
Aufgaben zu 26.3......Page 935
Aufgaben zu 26.4......Page 937
Aufgaben zu 26.5......Page 938
Allgemeine Aufgaben......Page 939
27 Magnetismus......Page 944
27.1 Magnete und Magnetfelder......Page 946
27.2 Elektrische Ströme erzeugen Magnetfelder......Page 948
27.3 Die Kraft auf einen elektrischen Strom im Magnetfeld; Definition von B......Page 949
27.4 Die Kraft auf eine bewegte elektrische Ladung in einem Magnetfeld: Lorentz-Kraft......Page 952
27.5 Das auf eine Leiterschleife wirkende Drehmoment und das magnetische Dipolmoment......Page 956
27.6 Anwendungen: Galvanometer, Motoren und Lautsprecher......Page 958
27.7 Das Elektron: Entdeckung und Eigenschaften......Page 960
27.8 Der Hall-Effekt......Page 962
27.9 Massenspektrometer......Page 964
Verständnisfragen......Page 965
Aufgaben zu 27.3......Page 967
Aufgaben zu 27.4......Page 968
Aufgaben zu 27.6......Page 970
Aufgaben zu 27.9......Page 971
Allgemeine Aufgaben......Page 972
28 Erzeugung von Magnetfeldern......Page 976
28.1 Das Magnetfeld eines geraden Leiters......Page 978
28.2 Die Kraft zwischen zwei parallelen Drähten......Page 979
28.4 Das Ampère’sche Gesetz......Page 981
28.5 Das Magnetfeld einer Spule und eines Toroids......Page 986
28.6 Das Biot-Savart-Gesetz......Page 989
28.7 Magnetische Materialien – Ferromagnetismus......Page 993
28.8 Elektromagneten und Spulen......Page 994
28.9 Magnetfelder in magnetischen Materialien; Hysterese......Page 995
28.10 Paramagnetismus und Diamagnetismus......Page 997
Verständnisfragen......Page 999
Aufgaben zu 28.1 und 28.2......Page 1000
Aufgaben zu 28.4 und 28.5......Page 1002
Aufgaben zu 28.6......Page 1003
Allgemeine Aufgaben......Page 1005
29 Elektromagnetische Induktion und das Faraday’sche Gesetz......Page 1008
29.1 Die Induktionsspannung......Page 1010
29.2 Das Faraday’sche Induktionsgesetz und die Lenz’sche Regel......Page 1011
29.3 Induktion einer Spannung in einem bewegten Leiter......Page 1015
29.4 Elektrische Generatoren......Page 1017
29.5 Gegenspannung und Gegendrehmoment; Wirbelströme......Page 1019
29.6 Transformatoren und Stromübertragung......Page 1022
29.7 Ein sich ändernder magnetischer Fluss erzeugt ein Magnetfeld......Page 1025
29.8 Anwendungen des Induktionsgesetzes: Tonsysteme, Datenspeicher und Seismografen......Page 1027
Verständnisfragen......Page 1029
Aufgaben zu 29.1 und 29.2......Page 1031
Aufgaben zu 29.3......Page 1033
Aufgaben zu 29.6......Page 1034
Aufgaben zu 29.7......Page 1035
Allgemeine Aufgaben......Page 1036
30 Induktivität und elektromagnetische Schwingungen......Page 1038
30.1 Gegeninduktivität......Page 1040
30.2 Selbstinduktivität......Page 1042
30.3 Energiespeicherung im Magnetfeld......Page 1045
30.4 LR-Stromkreise......Page 1046
30.5 LC-Stromkreise und elektromagnetische Oszillationen......Page 1049
30.6 LC-Stromkreis mit Widerstand (LRC-Stromkreis)......Page 1051
Verständnisfragen......Page 1053
Aufgaben zu 30.1......Page 1054
Aufgaben zu 30.2......Page 1055
Aufgaben zu 30.4......Page 1056
Aufgaben zu 30.6......Page 1057
Allgemeine Aufgaben......Page 1058
31 Wechselstromkreise......Page 1060
31.2 Widerstand im Wechselstromkreis......Page 1062
31.3 Induktionsspule im Wechselstromkreis......Page 1063
31.4 Kondensator im Wechselstromkreis......Page 1065
31.5 LRC-Wechselstromkreise in Reihenschaltung......Page 1067
31.6 Resonanz im Wechselstromkreis......Page 1071
31.7 Impedanzanpassung......Page 1072
31.8 Drehstrom......Page 1073
Aufgaben zu 31.1 bis 31.4......Page 1076
Aufgaben zu 31.5......Page 1077
Allgemeine Aufgaben......Page 1078
32 Die Maxwell’schen Gleichungen und elektromagnetische Wellen......Page 1082
32.1 Ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein Magnetfeld. Das Ampère’sche Gesetz und der Verschiebungsstrom......Page 1084
32.2 Das Gauß’sche Gesetz für den Magnetismus......Page 1088
32.4 Erzeugung elektromagnetischer Wellen......Page 1089
32.5 Elektromagnetische Wellen, Ableitung ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit aus den Maxwell’schen Gleichungen......Page 1092
32.6 Licht als elektromagnetische Welle und das elektromagnetische Spektrum......Page 1095
32.7 Die Energie in elektromagnetischen Wellen und der Poynting-Vektor......Page 1098
32.8 Strahlungsdruck......Page 1100
32.9 Radio und Fernsehen......Page 1102
Verständnisfragen......Page 1106
Aufgaben zu 32.6......Page 1107
Aufgaben zu 32.8......Page 1108
Allgemeine Aufgaben......Page 1109
33 Reflexion und Brechung......Page 1112
33.1 Strahlenoptik......Page 1114
33.2 Lichtgeschwindigkeit und Brechungsindex......Page 1115
33.3 Reflexion; Abbildung am ebenen Spiegel......Page 1116
33.4 Abbildung an sphärischen Spiegeln......Page 1120
33.5 Brechung: Das Snellius’sche Gesetz......Page 1128
33.6 Sichtbares Spektrum und Dispersion......Page 1130
33.7 Totalreflexion und Faseroptik......Page 1131
33.8 Brechung an einer sphärischen Oberfläche......Page 1134
Verständnisfragen......Page 1137
Aufgaben zu 33.3......Page 1139
Aufgaben zu 33.4......Page 1140
Aufgaben zu 33.5......Page 1141
Aufgaben zu 33.7......Page 1142
Allgemeine Aufgaben......Page 1143
34 Linsen und optische Instrumente......Page 1146
34.1 Dünne Linsen, Aufbau des Strahlenganges......Page 1148
34.2 Die Linsengleichung......Page 1152
34.3 Linsensysteme......Page 1156
34.4 Linsenmachergleichung......Page 1158
34.5 Kameras......Page 1161
34.6 Das menschliche Auge; Korrekturlinsen......Page 1164
34.7 Vergrößerungsgläser......Page 1167
34.8 Fernrohre......Page 1169
34.9 Das Mikroskop......Page 1172
34.10 Abbildungsfehler von Linsen und Spiegeln......Page 1174
Verständnisfragen......Page 1177
Aufgaben zu 34.1 und 34.2......Page 1178
Aufgaben zu 34.3......Page 1179
Aufgaben zu 34.5......Page 1180
Aufgaben zu 34.7......Page 1181
Aufgaben zu 34.9......Page 1182
Allgemeine Aufgaben......Page 1183
35 Die Wellennatur des Lichts; Interferenz......Page 1186
35.1 Huygens-Prinzip und Beugung......Page 1188
35.2 Huygens-Prinzip und Brechungsgesetz......Page 1189
35.3 Interferenz – Das Young’sche Doppelspaltexperiment......Page 1191
35.4 Kohärenz......Page 1195
35.5 Die Intensität im Interferenzmuster des Doppelspalts......Page 1196
35.6 Interferenz in dünnen Schichten......Page 1200
35.7 Das Michelson-Interferometer......Page 1204
35.8 Die Lichtstärke......Page 1205
Aufgaben zu 35.2 und 35.3......Page 1207
Aufgaben zu 35.6......Page 1208
Aufgaben zu 35.7......Page 1209
Allgemeine Aufgaben......Page 1210
36 Beugung und Polarisation......Page 1212
36.1 Beugung am Einfachspalt......Page 1215
36.2 Intensität im Beugungsmuster des Einfachspalts......Page 1217
36.3 Beugung am Doppelspalt......Page 1220
36.4 Beschränkung der Auflösung; kreisförmige Öffnungen......Page 1222
36.5 Auflösung von Teleskopen und Mikroskopen; der Grenzfall......Page 1224
36.7 Beugungsgitter......Page 1226
36.8 Spektrometer und Spektroskopie......Page 1228
36.9 Linienbreite und Auflösungsvermögen eines Beugungsgitters......Page 1230
36.10 Röntgenstrahlen und Röntgenbeugung......Page 1232
36.11 Polarisation......Page 1234
36.12 Die Streuung des Lichts an der Atmosphäre......Page 1238
Verständnisfragen......Page 1240
Aufgaben zu 36.1......Page 1241
Aufgaben zu 36.4 und 36.5......Page 1242
Aufgaben zu 36.9......Page 1243
Aufgaben zu 36.11......Page 1244
Allgemeine Aufgaben......Page 1245
37 Spezielle Relativitätstheorie......Page 1248
37.1 Galilei-Newton’sches Relativitätsprinzip......Page 1250
37.2 Das Michelson-Morley-Experiment......Page 1253
37.3 Die Postulate der speziellen Relativitätstheorie......Page 1256
37.4 Gleichzeitigkeit......Page 1258
37.5 Zeitdilatation und das Zwillingsparadoxon......Page 1260
37.6 Längenkontraktion......Page 1264
37.8 Galilei- und Lorentz-Transformationen......Page 1267
37.9 Relativistischer Impuls und relativistische Masse......Page 1272
37.10 Grenzgeschwindigkeit......Page 1274
37.11 Energie und Masse;......Page 1275
37.12 Doppler-Verschiebung des Lichts......Page 1279
37.13 Die Auswirkungen der speziellen Relativitätstheorie......Page 1280
Verständnisfragen......Page 1282
Aufgaben zu 37.4 bis 37.6......Page 1283
Aufgaben zu 37.8......Page 1284
Aufgaben zu 37.11......Page 1285
Aufgaben zu 37.12......Page 1286
Allgemeine Aufgaben......Page 1287
38 Frühe Quantentheorie und Atommodelle......Page 1290
38.1 Die Planck’sche Quantenhypothese......Page 1292
38.2 Photonentheorie des Lichts und der photoelektrische Effekt......Page 1295
38.3 Photonen und der Compton-Effekt......Page 1299
38.4 Photonenwechselwirkungen; Paarerzeugung......Page 1301
38.6 Die Wellennatur der Materie......Page 1303
38.7 Elektronenmikroskope......Page 1306
38.8 Frühe Atommodelle......Page 1307
38.9 Atomspektren: Schlüssel zur Struktur des Atoms......Page 1309
38.10 Das Bohr’sche Atommodell......Page 1311
38.11 Die Anwendung der de Broglie’schen Hypothese auf Atome......Page 1318
Verständnisfragen......Page 1320
Aufgaben zu 38.2......Page 1322
Aufgaben zu 38.4......Page 1323
Aufgaben zu 38.9 und 38.10......Page 1324
Allgemeine Aufgaben......Page 1325
39 Quantenmechanik......Page 1328
39.2 Die Wellenfunktion und ihre Interpretation; das Doppelspaltexperiment......Page 1331
39.3 Die Heisenberg’sche Unschärferelation......Page 1333
39.4 Philosophische Konsequenzen; Wahrscheinlichkeit vs. Determinismus......Page 1337
39.5 Die Schrödingergleichung in einer Dimension – zeitunabhängige Form......Page 1339
39.6 Die zeitabhängige Schrödingergleichung......Page 1341
39.7 Freie Teilchen; Ebene Wellen und Wellenpakete......Page 1343
39.8 Teilchen in einem unendlich tiefen Potentialtopf (einem festen Kasten)......Page 1344
39.9 Endlicher Potentialtopf......Page 1348
39.10 Tunneln durch eine Potentialbarriere......Page 1350
Verständnisfragen......Page 1354
Aufgaben zu 39.3......Page 1355
Aufgaben zu 39.7......Page 1356
Aufgaben zu 39.9......Page 1357
Allgemeine Aufgaben......Page 1358
40 Quantenmechanik von Atomen......Page 1360
40.1 Quantenmechanische Sicht auf Atome......Page 1362
40.2 Das Wasserstoffatom: Schrödingergleichung und Quantenzahlen......Page 1363
40.3 Die Wellenfunktionen des Wasserstoffatoms......Page 1367
40.4 Komplexe Atome; das Pauli-Prinzip......Page 1370
40.5 Das Periodensystem der Elemente......Page 1371
40.6 Röntgenspektren und Ordnungszahl......Page 1374
40.7 Magnetische Dipolmomente; Gesamtdrehimpuls......Page 1376
40.8 Fluoreszenz und Phosphoreszenz......Page 1380
40.9 Laser......Page 1381
40.10 Holographie......Page 1384
Verständnisfragen......Page 1387
Aufgaben zu 40.3......Page 1389
Aufgaben zu 40.6......Page 1390
Aufgaben zu 40.9......Page 1391
Allgemeine Aufgaben......Page 1392
41 Moleküle und Festkörper......Page 1394
41.1 Molekülbindungen......Page 1396
41.2 Potentielle Energie von Molekülen......Page 1399
41.3 Schwache (van-der-Waals)-Bindungen......Page 1402
41.4 Molekülspektren......Page 1404
41.5 Bindungen in Festkörpern......Page 1412
41.6 Elektronentheorie der Metalle......Page 1413
41.7 Das Energiebändermodell für Kristalle......Page 1417
41.8 Halbleiter und Dotierung......Page 1421
41.9 Halbleiterdioden......Page 1422
41.10 Transistoren und integrierte Schaltkreise......Page 1424
Verständnisfragen......Page 1427
Aufgaben zu 41.4......Page 1428
Aufgaben zu 41.6......Page 1429
Aufgaben zu 41.8......Page 1430
Allgemeine Aufgaben......Page 1431
42 Kernphysik und Radioaktivität......Page 1434
42.1 Struktur und Eigenschaften des Atomkerns......Page 1436
42.2 Bindungsenergie und Kernkräfte......Page 1439
42.3 Radioaktivität......Page 1442
42.4 Alphazerfall......Page 1444
42.5 Betazerfall......Page 1446
42.7 Erhaltung der Nukleonenzahl und weitere Erhaltungssätze......Page 1449
42.8 Halbwertszeit und Zerfallsrate......Page 1450
42.9 Zerfallsreihen......Page 1453
42.10 Die Radiokarbonmethode......Page 1455
42.11 Strahlungsmessung......Page 1457
Aufgaben zu 42.1......Page 1459
Aufgaben zu 42.3 bis 42.7......Page 1460
Aufgaben zu 42.8 bis 42.10......Page 1461
Allgemeine Aufgaben......Page 1462
43 Kernenergie; Auswirkungen und Anwendungsmöglichkeiten der Strahlung......Page 1464
43.1 Kernreaktionen und Transmutation von Elementen......Page 1466
43.2 Der Wirkungsquerschnitt......Page 1469
43.3 Kernspaltung; Kernreaktoren......Page 1471
43.4 Fusion......Page 1477
43.5 Durchgang der Strahlung durch Materie; Strahlungsschäden......Page 1483
43.6 Strahlungsmessung – Dosimetrie......Page 1484
43.7 Strahlentherapie......Page 1487
43.9 Bildgebung durch Tomographie: Computertomographie (CT) und Positronen-Emissions-Tomographie (PET)......Page 1488
43.10 Kernspinresonanz (NMR) und bildgebende Kernspintomographie (MRI)......Page 1491
Verständnisfragen......Page 1495
Aufgaben zu 43.2......Page 1496
Aufgaben zu 43.4......Page 1497
Aufgaben zu 43.6......Page 1498
Allgemeine Aufgaben......Page 1499
44 Elementarteilchen......Page 1502
44.1 Hochenergetische Teilchen......Page 1504
44.2 Teilchenbeschleuniger und Detektoren......Page 1505
44.3 Anfänge der Elementarteilchenphysik – Teilchenaustausch......Page 1511
44.4 Teilchen und Antiteilchen......Page 1514
44.5 Wechselwirkungen von Teilchen und Erhaltungssätze......Page 1515
44.6 Teilchenklassifikation......Page 1517
44.7 Stabilität von Teilchen und Resonanzen......Page 1518
44.8 Seltsame Teilchen......Page 1520
44.9 Quarks......Page 1522
44.10 Das „Standardmodell“: Quantenchromodynamik (QCD) und die elektroschwache Theorie......Page 1525
44.11 Die große vereinheitlichte Theorie......Page 1527
Aufgaben zu 44.1 und 44.3......Page 1531
Aufgaben zu 44.3 und 44.6......Page 1532
Allgemeine Aufgaben......Page 1533
45 Astrophysik und Kosmologie......Page 1536
45.1 Sterne und Galaxien......Page 1538
45.2 Sternentwicklung: Die Geburt und der Tod von Sternen......Page 1543
45.3 Allgemeine Relativitätstheorie: Die Schwerkraft und die Krümmung des Raumes......Page 1550
45.4 Das expandierende Universum......Page 1555
45.5 Der Urknall und der kosmische Mikrowellenhintergrund......Page 1559
45.6 Das kosmologische Standardmodell: Die Frühgeschichte des Universums......Page 1561
45.7 Die Zukunft des Universums......Page 1565
Verständnisfragen......Page 1570
Aufgaben zu 45.1 und 45.2......Page 1571
Aufgaben zu 45.4......Page 1572
Allgemeine Aufgaben......Page 1573
Anhang......Page 1576
A Mathematische Formeln......Page 1577
B Ableitungen und Integrale......Page 1579
C Gravitationskraft und sphärische Masseverteilung......Page 1581
D Ausgewählte Isotope......Page 1584
E Lösungen zu den Aufgaben mit ungerader Nummerierung......Page 1588
F Physikalische Größen: Verwendete Symbole und ihre Einheiten......Page 1612
A......Page 1617
B......Page 1618
D......Page 1619
E......Page 1620
G......Page 1622
H......Page 1623
K......Page 1624
M......Page 1626
N......Page 1627
P......Page 1628
R......Page 1629
S......Page 1630
T......Page 1632
W......Page 1633
Z......Page 1634
Bildnachweis......Page 1636