Physik-Skript. Teil II. Melanchthon-Gymnasium Nürnberg

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1 Physik-Skript Teil II Melanchthon-Gymnasium Nürnberg

2 Volker Dickel 3. überarbeitete Auflage, überarbeitete Auflage, Auflage 2009

3 Inhaltsverzeichnis EINLEITUNG: ELEMENTARTEILCHEN UND WECHSELWIRKUNGEN WECHSELWIRKUNGEN ELEMENTARE TEILCHEN... 3 ELEKTROMAGNETISMUS I: STATISCHE ELEKTROMAGNETISCHE FELDER STATISCHE ELEKTRISCHE FELDER KRAFTWIRKUNG ELEKTRISCHER FELDER INFLUENZ GEOMETRIE ELEKTRISCHER FELDER Elektrisches Feld einer Punktladung Elektrisches Feld zweier Punktladungen Elektrisches Feld eines ausgedehnten Metallkörpers Elektrisches Feld einer Metallkugel Spitzenentladung Elektrisches Feld einer geladenen, sehr großen Metallplatte Elektrisches Feld zweier großer, paralleler Metallplatten Faradayscher Käfig ELEKTRISCHE FELDSTÄRKE ENERGIE IM ELEKTRISCHEN FELD Verschiebungsarbeit im homogenen Feld Potentielle Energie DAS POTENTIAL ELEKTRISCHE SPANNUNG EXKURS: ENERGIEEINHEITEN DER PLATTENKONDENSATOR DIE BESTIMMUNG DER ELEMENTARLADUNG (MILLIKAN EXPERIMENT) STATISCHE MAGNETISCHE FELDER FESTKÖRPERMAGNETISMUS ERZEUGUNG MAGNETISCHER FELDER DURCH ELEKTRISCHE STRÖME MAGNETISCHE KRAFT AUF BEWEGTE LADUNGEN MAGNETISCHE FLUSSDICHTE LORENTZKRAFT ANWENDUNGEN BEWEGUNG IN ELEKTRISCHEN UND MAGNETISCHEN FELDERN BEWEGUNG IM HOMOGENEN ELEKTRISCHEN FELD Bewegung im elektrischen Längsfeld Bewegung im elektrischen Querfeld BEWEGUNG IM HOMOGENEN MAGNETISCHEN FELD PHÄNOMENE UND ANWENDUNGEN Der Hall Effekt: Messung der magnetischen Flussdichte Bestimmung der spezifischen Ladung des Elektrons Massenspektrometer Zyklotron Polarlicht... 34

4 RELATIVITÄTSTHEORIE SPEZIELLE RELATIVITÄTSTHEORIE (SRT) RELATIVISTISCHE MASSENVERÄNDERLICHKEIT RELATIVISTISCHE ENERGIE Gesamtenergie Kinetische Energie Energie Impuls Beziehungen GRUNDLAGEN DER SRT DIE GALILEI TRANSFORMATION DIE KONSTANZ DER LICHTGESCHWINDIGKEIT KONSEQUENZEN FÜR RAUM UND ZEIT Relativität der Gleichzeitigkeit Zeitdilatation Längenkontraktion ALLGEMEINE RELATIVITÄTSTHEORIE (ART) ELEKTROMAGNETISMUS II: DYNAMISCHE ELEKTROMAGNETISCHE FELDER ELEKTROMAGNETISCHE INDUKTION ERZEUGUNG ELEKTRISCHER WIRBELFELDER Experiment: Ringentladungsröhre Magnetischer Fluss Das Induktionsgesetz Besonderheit elektrischer Wirbelfelder Das Wechselspiel elektrischer und magnetischer Felder WIRKUNG ELEKTRISCHER WIRBELFELDER AUF LEITERSCHLEIFEN Induktionsstrom und Lenzsche Regel Induktionsspannung bei unterbrochenen Leitern Induktionsgesetz Weitere Beispiele elektromagnetischer Induktion Zur Interpretation der el. mag. Induktion als Folge der Lorentzkraft ANWENDUNGEN ELEKTROMAGNETISCHER INDUKTION Stromgenerator Transformator Wirbelstrombremse Gebrauchsgegenstände des Alltags SELBSTINDUKTION Ein und Ausschaltvorgänge bei Stromkreisen mit einer Spule Induktivität einer Spule FELDENERGIE Energie des elektrischen Feldes Energie des magnetischen Feldes EXKURS: DIFFERENTIALGLEICHUNGEN ENTLADEKURVE DES KONDENSATORS EIN UND AUSSCHALTSTROM BEI EINER SPULE Einschaltvorgang Ausschaltvorgang... 69

5 8. ELEKTROMAGNETISCHE SCHWINGUNGEN ELEKTROMAGNETISCHER SCHWINGKREIS HERLEITUNG DES ZEITLICHEN STROMVERLAUFS IM SCHWINGKREIS ERZEUGUNG UNGEDÄMPFTER ELEKTROMAGNETISCHER SCHWINGUNGEN ERZWUNGENE SCHWINGUNGEN UND RESONANZ VOM SCHWINGKREIS ZUM HERTZSCHEN DIPOL ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN ERZEUGUNG ELEKTROMAGNETISCHER WELLEN INTERFERENZ UND BEUGUNG ELEKTROMAGNETISCHER WELLEN Stehende elektromagnetische Wellen Beugung am Einfachspalt Das Doppelspaltexperiment Reflexion und Brechung elektromagnetischer Wellen POLARISATION BESTIMMUNG DER LICHTGESCHWINDIGKEIT Historische Experimente Moderne Messung der Lichtgeschwindigkeit Lichtgeschwindigkeit und Feldkonstanten DAS ELEKTROMAGNETISCHE SPEKTRUM ANWENDUNG: RUNDFUNKTECHNIK ANHANG A. GRUNDBEGRIFFE DER ELEKTRIZITÄTSLEHRE Größen Messprozesse Gesetze B. BEISPIELE: TEILCHEN IN ELEKTRISCHEN FELDERN Teilchen in homogenen Feldern Teilchen im Coulomb Feld Teilchen in komplexeren Feldern INDEX

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