Physik für Ingenieure

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1 Friedhelm Kuypers Helmut Hummel Jürgen Kempf Ernst Wild Physik für Ingenieure Band 2: Elektrizität und Magnetismus, Wellen, Atom- und Kernphysik Mit 78 Beispielen und 103 Aufgaben mit ausführlichen Lösungen VCH

2 VII Inhaltsverzeichnis A Elektrizität und Magnetismus 1 1 Elektrostatische Felder und Gaußscher Satz Elektrische Ladung Die Coulombkraft Meßmethoden zur Ladungsbestimmung Das elektrische Feld Fluß des elektrischen Feldes Gaußscher Satz Technische Anwendungen der Elektrostatik Zusammenfassung Aufgaben 33 2 Potentiale und elektrische Spannung Das elektrische Potential Die elektrische Spannung Äquipotentialflächen Influenz Zusammenfassung Aufgaben 45 3 Der Kondensator Kapazität eines Plattenkondensators DRAM-Speicherzelle Energie eines Plattenkondensators Kraft zwischen Kondensatorplatten Parallelschaltung von Kondensatoren Serienschaltung von Kondensatoren Zusammenfassung Aufgaben 56 4 Elektrisches Feld und Isolatoren Plattenkondensator mit Dielektrikum Verschiebungspolarisation Kraft und Drehmoment auf Dipole Orientierungspolarisation paraelektrischer Stoffe Ferroelektrizität Piezoelektrizität Polarisation von Flüssigkristallen Zusammenfassung Aufgaben 81

3 VIII Inhalt 5 Freie Ladungen Erzeugung freier Elektronen Freie Ladungsträger im elektrischen Feld Die Elektronenstrahlröhre Oszilloskop und Monitor Freie Elektronen in verdünnten Gasen Zusammenfassung Aufgaben 94 6 Der elektrische Strom in Leitern Der Strom Ohmsches Gesetz Elektrische Leitung in Metallen Schaltungen mit Widerständen Elektrische Arbeit und Leistung Zusammenfassung Aufgaben Magnetfelder Magnetfeld und Lorentzkraft Kräfte auf Leiter im Magnetfeld Freie Elektronen im Magnetfeld Magnetische Ablenkung von Elektronenstrahlen Halleffekt Zusammenfassung Aufgaben Berechnung von Magnetfeldern Der Fluß des Magnetfeldes Die magnetische Erregung Das Durchflutungsgesetz Zusammenfassung Aufgaben: Die elektromagnetische Induktion Das Induktionsgesetz Selbstinduktion Gegeninduktion Zusammenfassung Aufgaben Magnetfelder in Materie Permeabilität und Magnetisierung Magnetische Klassifikation von Materie Diamagnetismus Paramagnetismus Ferromagnetismus 152

4 Inhalt IX 10.6 Zusammenfassung Aufgaben Wechselströme Wechselstrom Widerstände Komplexe Widerstände Leistung im Wechselstromkreis Zusammenfassung Aufgaben 170 B Wellen Einführung Wellenfunktionen Intensität einer Welle Zusammenfassung Aufgaben Stehende Wellen Einleitung Interferenz bei gleicher Ausbreitungsrichtung Stehende Wellen Schwingungen von Saiten Zusammenfassung Aufgaben Interferenz Zweistrahlinterferenz Vielstrahlinterferenz Interferenz von Lichtwellen Interferenz an dünnen Schichten Zusammenfassung Aufgaben Beugung Huygenssches Prinzip Beugung am Einzelspalt Beugung und Interferenz an Mehrfachspalten Beugung an Lochblende Zusammenfassung Aufgaben Polarisation Beschreibung von Transversalwellen Polarisation von Licht Polarisationsverfahren für Licht 248

5 X Inhalt 16.4 Anwendungen der Doppelbrechung Optische Aktivität Zusammenfassung Aufgaben Akustik Schallpegel und Lautstärke Nachhall Schallschutz Brechung und Reflexion Doppler-Effekt Zusammenfassung Aufgaben 284 C Grundlagen zur Atom- und Kernphysik Einführung Relativistische Dynamik Relativistischer Faktor Masse und Impuls Relativistische Kraft Relativistische Energie Äquivalenz von Masse und Energie Zusammenfassung Einführung in die Quantenphysik Energiequantisierung Frank-Hertz-Versuch Wärmestrahlung Zusammenfassung Quantenoptik Photoeffekt Comptoneffekt Photonen Emission und Absorption optischer Strahlung Röntgensstrahlung Zusammenfassung Materiewellen Elektronenbeugung an Kristallen Neutronenbeugung Wellengruppen Heisenbergsche Unschärferelation 340

6 Inhalt XI 23.5 Schrödingergleichung Zusammenfassung Lösungen der Schrödingergleichung Elektronen im Parabelpotential Elektronen im Rechteckpotential Elektronen an der Potentialschwelle Das Elektron im Wasserstoffatom Zusammenfassung Bedeutung der Quantenzahlen Quantenzahlen des Wasserstoffatoms Bahndrehimpuls und magnetisches Dipolmoment Spin und magnetisches Dipolmoment Drehimpuls und Dipolmoment von Atomen Spinmagnetismus Zusammenfassung 380 Lösungen 383 Lösungen: 1 Elektrostatische Felder und Gaußscher Satz 383 Lösungen: 2 Potentiale und elektrische Spannung 388 Lösungen: 3 Der Kondensator 393 Lösungen: 4 Elektrisches Feld und Isolatoren 398 Lösungen: 5 Freie Ladungen 403 Lösungen: 6 Der elektrische Strom in Leitern 405 Lösungen: 7 Magnetfelder 407 Lösungen: 8 Berechnung von Magnetfeldern 409 Lösungen: 9 Die elektromagnetische Induktion 411 Lösungen: 10 Magnetfelder in Materie 415 Lösungen: 11 Wechselströme 417 Lösungen: 12 Einführung 420 Lösungen: 13 Stehende Wellen 423 Lösungen: 14 Interferenz 432 Lösungen: 15 Beugung 438 Lösungen: 16 Polarisation 440 Lösungen: 17 Akustik 443

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