Einführung in die Physik

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1 Paul Wagner Georg Reischl Gerhard Steiner Einführung in die Physik 3., erweiterte Auflage facultas.wuv

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Entwicklung des physikalischen Weltbildes Bedeutung der Physik in verschiedenen Wissensgebieten und Anwendungen System und Modell Der Messvorgang Physikalische Größen und Einheiten Messgenauigkeit 23 2 Mechanik Mechanik von Massenpunkten Kinematik von Massenpunkten Dynamik von Massenpunkten, Erhaltungssätze Wechselwirkungskräfte Gravitationswechselwirkung, Newton'sches Gravitationsgesetz Molekulare Wechselwirkung und harmonischer Oszillator Bewegte Bezugssysteme, Trägheitskräfte Translation von Bezugssystemen Rotation von Bezugssystemen Streuvorgänge Mechanik starrer Körper Statik starrer Körper Dynamik der Rotation starrer Körper Rotation starrer Körper um feste Achsen Rotation starrer Körper um freie Achsen, Kreiselbewegung Mechanik fester Körper, Elastizitätslehre Deformationen (Verzerrungen) fester Körper Spannungen in festen Körpern Elastische Eigenschaften isotroper und anisotroper Festkörper Spezielle elastische Verformungen isotroper Festkörper Oberflächeneigenschaften fester Körper Härte von Festkörpern Reibung von Festkörpern Mechanik von Flüssigkeiten und Gasen Mechanik ruhender Flüssigkeiten und Gase (Hydrostatik) Oberflächeneigenschaften ruhender Flüssigkeiten 137 7

3 2.6.3 Mechanik strömender Flüssigkeiten und Gase (Hydrodynamik) Grundbegriffe Erhaltung der Masse, Kontinuitätsgleichung Strömung reibungsfreier Fluide Strömung zäher Fluide Schwingungen und Wellen Grundbegriffe Schwingungen Ungedämpfte Schwingungen Überlagerung ungedämpfter Schwingungen Gedämpfte Schwingungen Erzwungene Schwingungen Gekoppelte Schwingungen Wellen Grundbegriffe Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen Wellengleichung Ausbreitung und Überlagerung von Wellen Dopplereffekt Mechanische Wellen in elastisch deformierbaren Medien Musikalische Akustik Lautstärke Tonhöhe, Klangfarbe und Intervalle Tonsysteme Thermodynamik Grundlagen Temperatur und Temperaturskalen Temperaturmessung, Celsius-Skala Zustandsgieichung idealer Gase, Kelvin-Skala Wärmemenge und mechanische Energie Kinetik idealer Gase Kinetische Berechnung des Gasdruckes Kinetische Definition der Temperatur Brown'sche Bewegung Maxwell-Boltzmann'sche Geschwindigkeitsverteilung Mittlere freie Weglänge Wärmekapazität Wärmekapazität von idealen Gasen Wärmekapazität fester Körper 214 8

4 4.6 Transportvorgänge Impulstransport Massetransport Wärmetransport Wärmeleitung Wärmetransport durch Konvektion Wärmestrahlung Energieaustausch thermodynamischer Systeme, Hauptsätze der Thermo dynamik Grundbegriffe Erster Hauptsatz der Thermodynamik Spezielle Zustandsänderungen idealer Gase Isochore Zustandsänderungen Isobare Zustandsänderungen Isotherme Zustandsänderungen Adiabatische Zustandsänderungen Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik Kreisprozesse in idealen Gasen Entropie und dritter Hauptsatz der Thermodynamik Statistische Interpretation der Entropie Thermodynamische Potenziale, Gleichgewichtsbedingungen Reale Gase Van der Waals'sche Zustandsgieichung Phasenübergänge Elektrodynamik Grundbegriffe Elektrostatik Grundlagen, Coulomb'sches Kraftgesetz, Gauß'sches Gesetz Elektrische Felder statischer LadungsVerteilungen, Influenz Kondensatoren Energiedichte des elektrischen Feldes Elektrische Dipole Isolierende Stoffe (Dielelektrika) im elektrischen Feld Freie Ladungen und dielektrische Verschiebung Elektrische Ströme Grundbegriffe Erhaltung der Ladung, Kontinuitätsgleichung Leitfähigkeit elektrischer Leiter, Ohm'sches Gesetz Gleichstromnetzwerke Stromleistung 304 9

5 5.3.6 Schaltvorgänge bei Kondensatoren Stromleitung in materiellen Medien Stromleitung in Festkörpern, elektrische Kontaktspannungsreihe Stromleitung in Flüssigkeiten, elektrochemische Spannungsreihe Stromleitung in Gasen Magnetostatik Grundlagen, Ampere'sches Gesetz, Quellfreiheit Magnetfelder elektrischer Ströme, Biot-Savart'sches Gesetz Magnetfelder spezieller stromdurchflossener Leiter, Spulen Kräfte auf Ladungen im Magnetfeld, Kraftwirkung 320 Lorentz-Kraft 337 zwischen stromdurchflossenen Leitern Zeitabhängige elektromagnetische Felder Zeitabhängige Magnetfelder, Faraday'sches Induktionsgesetz Induktivität von Leiteranordnungen, Spulen Schaltvorgänge bei Spulen Energiedichte des magnetischen Feldes Zeitabhängige elektrische Felder, Maxwell'scher Verschiebungsstrom Magnetische Dipole Materielle Medien (Magnetika) im magnetischen Feld Freie Ströme und magnetische Feldstärke Grundgleichungen der Elektrodynamik Elektromagnetische Schwingungen Wechselspannung und Wechselstrom Drehstrom Transformator Komplexe Impedanz Impedanzen spezieller Wechselstromwiderstände Spezielle Wechselstromschaltungen, Resonanzerscheinungen Elektromagnetische Wellen Elektromagnetische Schwingkreise Ausbreitung elektromagnetischer Wellenfelder Wellenausbreitung in Abwesenheit freier Ladungen und Ströme Wellenausbreitung in Anwesenheit freier Ladungen und Ströme Ebene elektromagnetische Wellen im Vakuum Energietransport in elektromagnetischen Wellen Optik Grundlagen Strahlungsmessung und Fotometrie Grundprinzipe der Optik Strahlenoptik

6 6.4.1 Grundbegriffe Reflexion des Lichtes Abbildung durch Spiegel Brechung des Lichtes Lichtbrechung an einem Prisma Abbildung durch dünne Linsen Abbildungsfehler Optische Instrumente Kamera und Projektor Lupe und Mikroskop Fernrohrund Spiegelteleskop Wellenoptik Interferenz und Kohärenz Interferometrie Zweistrahlinterferenz Vielstrahlinterferenz Fraunhofer'sehe Beugung Fraunhofer'sehe Beugung an einem einfachen Spalt Fraunhofer'sehe Beugung an einer kreisförmigen Öffnung Fraunhofer'sehe Beugung an einem Doppelspalt Fraunhofer'sehe Beugung an einem Gitter Fresnel'sche Beugung Auflösungsvermögen optischer Instrumente Auflösungsvermögen eines Fernrohrs Auflösungsvermögen eines Mikroskops Auflösungsvermögen eines Gitterspektrometers Reflexion und Polarisation des Lichtes Optik anisotroper Medien und Doppelbrechung Grundzüge der Relativitätsmechanik Elektromagnetische Felder in verschiedenen Inertialsystemen Grundprinzipe der speziellen Relativitätsmechanik Gleichzeitigkeit Zeitdilatation Längenkontraktion Lorentz-Transformation Minkowski-Diagramme Geschwindigkeitsaddition Masse und Energie

7 8 Grundzüge der Quantenmechanik Teilchennatur elektromagnetischer Wellen Quantenzustände von Atomen Wellennatur von Teilchen Die Schrödinger-Gleichung Beschreibung quantenmechanischer Zustände und Messgrößen Die Heisenberg'sehe Unschärferelation Aufbau von Atomen 512 Physikalische Sachregister 519 Konstanten und Einheiten im Überblick