ULRICH HARTEN. Physik. Einführung für Ingenieure und Naturwissenschaftler

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1 ULRICH HARTEN Physik Einführung für Ingenieure und Naturwissenschaftler 2., durchgesehene und korrigierte Auflage Mit 484, teilweise zweifarbigen Abbildungen Springer

2 Inhaltsverzeichnis 1 Grundbegriffe 1 1.1' Physikalische Größen und ihre Einheiten Physikalische Größen Zeit Länge, Fläche, Volumen SI-Einheiten Dimensionskontrolle Mengenangaben Masse und Stoffmenge Dichten und Gehalte Mathematische Hilfsmittel Messfehler und Messunsicherheiten Vektoren und Skalare Winkelfunktionen Exponentialfunktion und Logarithmus Potenzfunktionen Algebraische Gleichungen Mechanik starrer Körper Kinematik Geschwindigkeit und Fahrstrecke (Integration) Fahrstrecke und Geschwindigkeit (Differentiation) Beschleunigung Überlagerung von Bewegungen Kinematik der Drehbewegungen Statik starrer Körper Kräfte Gewichtskraft und Gravitation Inhaltsverzeichnis IX

3 2.2.3 Arbeit und Energie Kinetische Energie Hebel und Drehmoment Die Grundgleichungen der Statik Gleichgewichte Dynamik der Translationsbewegung Die Grundgleichung der Mechanik actio = reactio Reibung Bewegungsgleichung Impuls Dynamik der Rotation Analogien zur Translation Dynamik der Kreisbewegung Trägheitsmoment Die Rollbewegung Drehimpulserhaltung Trägheitskräfte Linear beschleunigte Systeme Rotierende Systeme Trägheitskräfte in der technischen Mechanik Mechanik deformierbarer Körper Die Aggregatzustände Festkörper Struktur der Festkörper Verformung von Festkörpern Viskoelastizität Hydrostatik Stempeldruck Schweredruck Auftrieb Manometer Pumpen Kompressibilität X I Inhaltsverzeichnis

4 3.4 Grenzflächen Kohäsion Adhäsion Hydrodynamik Zähigkeit (Viskosität) Laminare Strömung Turbulente Strömung Staudruck Mechanische Schwingungen und Wellen Mechanische Schwingungen Oszillatoren Harmonische Schwingungen Gedämpfte Schwingungen Erzwungene Schwingungen , 5 Überlagerung von Schwingungen Seilwellen Schallwellen Schallerzeugung Schallflachweis Schallausbreitung 142 Wärmelehre Temperatur Temperaturmessung Ausdehnungskoeffizienten Das ideale Gas Partialdruck und Partialvolumen 0 Thermische Bewegung Wärme Molekularbewegung Wärmeleitung Temperaturstrahlung Diffusion Osmose Inhaltsverzeichnis f XI

5 Phasenumwandlungen Umwandlungswärmen Schmelzwärme Lösungs- und Solvatationswärme Verdampfung Dampfdruck und Dampfdichte Luftfeuchtigkeit Verdampfungsenthalpie Zustandsdiagramme Absorption und Adsorption Wärmenutzung Die Sonderstellung N der Energieform Wärme" Zustandsänderungen Der Carnot'sche Kreisprozess Entropie Zum Wärmehaushalt der Erde Elektrizitätslehre Die wichtigsten Messgrößen Strom, Spannung, Ladung Leistung und Energie Die wichtigsten Zusammenhänge Elektrischer Widerstand Das Ohm'sche Gesetz Joule'sche Wärme Kapazität Energie des geladenen Kondensators Wechselspannung Effektivwerte Kapazitiver Widerstand Elektrische Netzwerke Die Kirchhoff-Gesetze Spezifischer Widerstand Spannungsteiler Innenwiderstände Hoch- und Tiefpass Kondensatorentladung und e-funktion XII Inhaltsverzeichnis

6 6.5 Elektrisches Feld Der Feldbegriff Elektrisches Potential Das Potentialfeld Kräfte zwischen Ladungen Das Feld im Kondensator Energie des elektrischen Feldes Materie im elektrischen Feld Influenz Elektrische Abschirmung Die Elementarladung Das quasifreie Elektron Die Dielektrizitätskonstante (Permittivität) Der elektrische Strom Das Elektronvolt Ruhmasse und relativistische Masse Gasentladung Elektrochemie Dissoziation Elektrolyte Grenzflächen Galvani-Spannung Thermospannung Halbleiter Elektrische Unfälle Magnetostatik Magnetische Felder Kräfte im Magnetfeld Erzeugung von Magnetfeldern Materie im Magnetfeld Die Feldgrößen H und D Magnetodynamik Induktion Transformatoren Selbstinduktion InduktiverWiderstand Elektrische Schwingungen Der Schwingkreis Die Schwingungsdifferentialgleichung " Überlagerung von Schwingungen Geschlossene elektrische Feldlinien Der schwingende elektrische Dipol 278 Inhaltsverzeichnis XIII

7 7 Optik 7.1 Elektromagnetische Wellen Der strahlende Dipol Spektralbereiche Wellenausbreitung 7.2 Geometrische Optik Lichtbündel Spiegelung Brechung Dispersion Linsen Abbildung durch Linsen Abbildungsgleichungen Dicke Linsen und Objektive Das Auge Optische Instrumente 7.3 Intensität und Farbe Strahlungs- und Lichtmessgrößen Optische Absorption Temperaturstrahlung 7.4 Wellenoptik ' Polarisiertes Licht Interferenz Kohärenz Dünne Schichten und Beugungsgitt Beugungsfiguren 7.5 Quantenoptik Das Lichtquant Energiezustände und Spektren Laser Röntgenstrahlen 7.6 Elektronenoptik Elektronenbeugung Elektronenmikroskope Die Unschärferelation Inhaltsverzeichnis

8 8 Atom- und Kernphysik Aufbau des Atoms Das Bohr'sche Atommodell Elektronenwolken Das Pauli-Prinzip Charakteristische Röntgenstrahlung Aufbau des Atomkerns Nukleonen und Nuklide Der Massendefekt Radioaktivität Nachweis radioaktiver Strahlung Zerfallsgesetz Kernspaltung und künstliche Radioaktivität Antimaterie Strahlennutzen, Strahlenschaden, Strahlenschutz Anworten 371 Anhang 391 Sachverzeichnis 397 Inhaltsverzeichnis XV