Klaus Stierstadt. Physik. der Materie VCH

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1 Klaus Stierstadt Physik der Materie VCH

2 Inhalt Vorwort Tafelteil hinter Inhaltsverzeichnis (Seiten TI-T XVII) V Teil I Mikrophysik - Die Bausteine der Materie... l 1 Aufbau und Eigenschaften der Materie - Einführung und Überblick Die Sinne vermitteln uns das Bild der Welt Was heißt verstehen"? Eigenschaften der Materie Teilchen, Wellen, Felder Struktur und Energie Berechnung von Strukturen 11 Zusammenfassung 13 2 Die Elementarteilchen und ihre Eigenschaften Was ist ein Elementarteilchen? Drei Gruppen von Elementarteilchen Die Eigenschaften der Elementarteilchen Leptonen Quarks Feldquanten Die Frage nach den Urbausteinen 32 Zusammenfassung 33 3 Die Grundgesetze der Physik und die Kräfte zwischen den Teilchen Was sind Grundgesetze? Die vier fundamentalen Wechselwirkungen Die Vereinigung der Wechselwirkungen Die Wechselwirkungen und die Struktur der Materie.. 47 Zusammenfassung 48 4 Hadronen Mesonen Baryonen 55

3 X Inhalt 4.3 Die Energiezustände der Hadronen Die Größe der Hadronen 60 Zusammenfassung 61 5 Wie mißt man die Eigenschaften der Elementarteilchen? Nachweis- und Meßgeräte für Elementarteilchen Die Bestimmung der Teilchengeschwindigkeit Die Bestimmung der elektrischen Ladung Die Bestimmung der Masse Die Bestimmung von Eigendrehimpuls und magnetischem Moment Die Bestimmung der Lebensdauer Die Bestimmung von Größe und Struktur der Teilchen. 76 Zusammenfassung 81 6 Atomkerne Masse und Zusammensetzung der Atomkerne Die Bindungsenergie der Atomkerne Die Größe der Atomkerne Die Form der Atomkerne Drehimpuls und magnetisches Moment der Atomkerne Die Energiezustände der Atomkerne Instabile Atomkerne und Radioaktivität 103 Zusammenfassung Atome Das Atommodell von Bohr Das quantenmechanische Atommodell Atome mit mehreren Elektronen Atome im elektrischen Feld Atome im Magnetfeld 132 Zusammenfassung Moleküle Was ist ein Molekül? Die einfachsten Moleküle: H^ und H Die Struktur der Moleküle Die Bindungsverhältnisse der Moleküle Die Energiezustände der Moleküle Magnetische und elektrische Eigenschaften von Molekülen 159 Zusammenfassung Biomoleküle Die Nukleinsäuren Die Proteine Die Membranen Die Funktion von Biomolekülen: Proteinsynthese und DNA-Reproduktion Der autokatalytische Reproduktionsprozeß und die Evolution Die Photosynthese 173 Zusammenfassung "". 176

4 Teil II Makrophysik - Die kondensierte Materie Von der Mikrophysik zur Makrophysik Neue Eigenschaften der kondensierten Materie und die Feldgrößen der Vielteilchenphysik Die Erscheinungsformen der kondensierten Materie: Aggregatzustände und Phasen Übersicht über die Eigenschaften der kondensierten Materie ' Der Zusammenhang zwischen mikroskopischen und makroskopischen Eigenschaften der Materie Zusammenfassung Gase Das ideale Gas Reale Gase Der Plasmazustand Gasmischungen 223 Zusammenfassung Flüssigkeiten Einfache Flüssigkeiten Komplizierte Flüssigkeiten (Polymere) Elektrisch leitende Flüssigkeiten Lösungen und Mischungen 248 Zusammenfassung Von der Unordnung zur Ordnung Amorphe Festkörper oder Gläser Kristalline Flüssigkeiten oder flüssige Kristalle 265 Zusammenfassung Struktur und Wachstum der Kristalle Gestalt und Herstellung von Kristallen Der atomare Aufbau der Kristalle Gittertypen, Richtungen und Netzebenen Gestörte Kristalle Mischungen und Verbundwerkstoffe 297 Zusammenfassung Mechanische Eigenschaften der Festkörper Die mechanische Suszeptibilität idealer Kristalle Die mechanischen Eigenschaften gestörter Kristalle Zusammenfassung Thermische Eigenschaften der Festkörper Die Wärmekapazität Die thermische Ausdehnung Die Wärmeleitung Diffusionsvorgänge 342 Zusammenfassung Elektrische Eigenschaften der Festkörper Die elektrische Suszeptibilität Ferroelektrika Piezo- und Pyroelektrizität 358

5 XII Inhalt 17.4 Die elektrische Leitfähigkeit der Metalle Die elektrische Leitfähigkeit der Halbleiter 367 Zusammenfassung Magnetische Eigenschaften der Festkörper Diamagnetismus Paramagnetismus Magnetische Ordnung Magnetische Bereichsstruktur und Hysterese Magnetische Werkstoffe Nichtdiagonale" magnetische Response-Eigenschaften. 394 Zusammenfassung Optische Eigenschaften der Festkörper Die Farben der Stoffe Elementaranregungen oder Quasiteilchen Moderne Strahlungsquellen 404 Zusammenfassung Tieftemperaturphysik Der supraleitende Zustand Der suprafluide Zustand Die Exzitonen-Kondensation 424 Zusammenfassung Ordnung und Chaos Phasenübergänge Transportinstabilitäten Synergetik oder - Physik ist überall" 446 Zusammenfassung Materie im Kosmos Die Erde Das Sonnensystem Sterne Galaxien und Quasare Das Weltall Sind wir allein? 479 Zusammenfassung 482 Schlußbetrachtung 485 Anhang 489 A Der Welle-Teilchen-Dualismus 489 B Nuklidtabelle 503 Literatur 515 Quellenverzeichnis 521 Sachregister 525

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