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1 Johannes Rybach Physik für Bachelors ISBN: Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel. Carl Hanser Verlag, München

2 7 1 EINSTIEG 1.1 Motivation Physikalische Größen Maßsystem und Standards Größenordnungen Messgenauigkeit Vektoren und Koordinaten Zusammenfassung: Einstieg Testfragen und Übungsaufgaben MECHANIK 2.1 Kinematik Eindimensionale Bewegungen Geschwindigkeit Beschleunigung Bewegungsgleichung Der freie Fall Bewegungen in zwei und drei Dimensionen Überlagerung eindimensionaler Bewegungen Bezugssysteme und Transformationen 28 Zusammenfassung: Kinematik Dynamik Newtonsche Axiome Trägheitsgesetz Aktionsgesetz Reaktionsgesetz Folgerungen aus den Newtonschen Axiomen Kraft und Impuls Abgeschlossene Systeme und Impulserhaltungssatz Mechanische Kräfte Trägheitskraft Gewichtskraft Federkraft und Hookesches Gesetz Reibungskraft Zusammenfassung: Dynamik Arbeit, Energie und Leistung Mechanische Arbeit Potenzielle Energie Kinetische Energie Energieerhaltungssatz der Mechanik Stoßgesetze Leistung und Wirkungsgrad Zusammenfassung: Arbeit, Energie und Leistung Kinematik und Dynamik der Kreisbewegung Grundbegriffe der Kreisbewegung Radialbeschleunigung Radialkräfte Coriolis-Beschleunigung und -Kraft 45 Zusammenfassung: Kreisbewegung Rotation starrer Körper Drehmoment Schwerpunkt, Gleichgewicht und Statik Trägheitsmoment Rotationsenergie und Drehimpuls.. 52 Zusammenfassung: Rotation starrer Körper Schwingungen und Wellen Freie ungedämpfte Schwingungen Freie gedämpfte Schwingungen Erzwungene Schwingungen Überlagerung von Schwingungen Räumliche Überlagerung Zeitliche Überlagerung Gekoppelte Schwingungen Harmonische Wellen Zusammenfassung: Schwingungen und Wellen Gravitation und Himmelsmechanik Keplersche Gesetze Newtonsches Gravitationsgesetz Gravitationsfeld Ergebnisse der Einsteinschen Relativitätstheorien... 67

3 Spezielle Relativitätstheorie Allgemeine Relativitätstheorie Zusammenfassung: Gravitation und Himmelsmechanik Flüssigkeiten und Gase Druck Kolbendruck Schweredruck Luftdruck Auftrieb Oberflächenspannung Strömungen Reibungsfreie Strömungen Viskose Strömungen Zusammenfassung: Flüssigkeiten und Gase.. 79 Testfragen und Übungsaufgaben zur Mechanik THERMODYNAMIK 3.1 Temperatur Skalen und Fixpunkte Thermische Ausdehnung Temperaturmessung Zusammenfassung: Temperatur Wärme Wärmekapazität Aggregatzustände Wärmetransport Konvektion Wärmeleitung Wärmestrahlung Zusammenfassung: Wärme Ideale Gase MolareGrößen Zustandsgleichung Kinetische Gastheorie Druck Temperatur und Energie Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung und Boltzmann-Faktor Zusammenfassung: Ideale Gase Zustandsänderungen und erster Hauptsatz Volumenänderungsarbeit Erster Hauptsatz Zustandsänderungen Isotherme Zustandsänderung IsochoreZustandsänderung IsobareZustandsänderung Adiabatische Zustandsänderung Zusammenfassung: Zustandsänderungen und erster Hauptsatz Kreisprozesse und zweiter Hauptsatz Kreisprozess von Carnot Reversibilität und Wirkungsgrad Kreisprozesse bei Motoren Zweiter Hauptsatz Entropie Zusammenfassung: Kreisprozesse und zweiter Hauptsatz Testfragen und Übungsaufgaben zur Thermodynamik ELEKTRIZITÄT UND MAGNETISMUS 4.1 Elektrostatik Elektrische Ladungen und die Coulomb-Kraft Elektrisches Feld Potenzial und Spannung Kondensator und Kapazität Plattenkondensator Dielektrikum im Kondensator Kondensator als Energiespeicher Zusammenfassung: Elektrostatik Strom und Widerstand Stromstärke und Stromdichte Widerstand Stromkreise und Stromverzweigungen Zusammenfassung: Strom und Widerstand

4 9 4.3 Magnetfeld Magnetische Phänomene Strom und Magnetfeld Materie im Magnetfeld Strom und magnetische Kraft Lorentz-Kraft Zusammenfassung: Magnetfeld Elektromagnetische Induktion Induktion durch Bewegung Induktionsgesetz Lenzsche Regel Selbstinduktion Energie des Magnetfeldes Zusammenfassung: Elektromagnetische Induktion Wechselstrom Generator und Transformator Wechselstromwiderstand Phasenbeziehungen im Wechselstromkreis Zusammenfassung: Wechselstrom Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Schwingkreis Maxwellsche Gleichungen Elektromagnetische Wellen Abstrahlung Ausbreitung Eigenschaften Zusammenfassung: Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Grundlagen der Elektronik Elektronen im Vakuum Glühelektrischer Effekt Beschleunigung im elektrischen Feld Ablenkung im magnetischen Feld Elektronen in Gasen Ladungen in Flüssigkeiten Elektronen in Metallen Ladungen in Halbleitern Eigenleitung Störstellenleitung pn-übergang Halbleiterdioden Transistoren Zusammenfassung: Grundlagen der Elektronik 180 Testfragen und Übungsaufgaben zu Elektrizität und Magnetismus OPTIK 5.1 Grundlagender Strahlenoptik Lichtausbreitung Reflexion Brechung und Totalreflexion Zusammenfassung: Grundlagen der Strahlenoptik Strahlenoptische Abbildungen Eigenschaften vonlinsen Abbildungen mit Linsen Linsensysteme und Abbildungsfehler 195 Zusammenfassung: Strahlenoptische Abbildungen Strahlenoptische Instrumente Kamera und Auge Fernrohre Mikroskop Zusammenfassung: Strahlenoptische Instrumente Grundlagen der Wellenoptik Interferenz und Kohärenz Wellenausbreitung Beugung Zusammenfassung: Grundlagen der Wellenoptik Anwendungen der Wellenoptik Beugungsbegrenztes Auflösungsvermögen Beugungsgitter Holografie Interferometrie Zusammenfassung: Anwendungen der Wellenoptik

5 Polarisationsoptik Grundbegriffe Erzeugung polarisierten Lichtes Anwendungen polarisierten Lichtes. 216 Zusammenfassung: Polarisationsoptik Testfragen und Übungsaufgaben zur Optik QUANTEN UND ATOME 6.1 Welle-Teilchen-Dualismus Quantenoptik Fotoeffekt Eigenschaften vonphotonen Compton-Effekt Materiewellen Heisenbergsche Unschärferelation. 225 Zusammenfassung: Welle-Teilchen-Dualismus Atomhülle Rutherfordsches Planetenmodell Bohrsches Atommodell Quantenzahlen und das Pauli-Prinzip Wellenmodell und Quantenmechanik 232 Zusammenfassung: Atomhülle Quanten-Emission und -Absorption Atomspektren Laser Stimulierte Emission Besetzungsumkehr Resonator Rubin- und Helium-Neon-Laser Eigenschaften und Anwendungen Röntgenstrahlung Bremsspektrum Charakteristisches Röntgenspektrum Anwendungen Zusammenfassung: Quanten-Emission und -Absorption Festkörper Bindung und Struktur Bändermodell Fermi-Energie Elektronen- und Löcherleitung Halbleiter-Bauelemente Zusammenfassung: Festkörper Atomkern Nukleonen Masse und Massendefekt Radioaktivität Strahlungen Kernumwandlungen Aktivität und Dosis Strahlungsnachweis Kernenergie Kernspaltung Kernfusion Zusammenfassung: Atomkern Testfragen und Übungsaufgaben zu Quanten und Atome ANHANG Antworten zu den Testfragen und Musterlösungen zu den Übungsaufgaben Nützliche mathematische Beziehungen Quellen- und Literaturverzeichnis Verzeichnis der Bildquellen Sachwortverzeichnis

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