Formelsammlung Physik
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- Emil Kaufman
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1 Formelsammlung Physik Klemens Fersch 20. August 2015 Inhaltsverzeichnis 1 Mechanik Grundlagen Mechanik Gewichtskraft Kräfte Dichte Wichte Reibung Schiefe Ebene Hookesches Gesetz Drehmoment Hebelgesetz Druck Auftrieb in Flüssigkeiten Schweredruck Kinematik Geradlinige Bewegung v=konst Beschleunigte Bewegung Beschleunigte Bewegung mit Anfangsgeschwindigkeit Durchschnittsgeschwindigkeit Durchschnittsbeschleunigung Freier Fall Senkrechter Wurf nach oben Waagrechter Wurf Schiefer Wurf Frequenz-Periodendauer Winkelgeschwindigkeit Bahngeschwindigkeit Zentralbeschleunigung Dynamik Kraft Schiefe Ebene Zentralkraft Gravitationsgesetz Impuls Mechanische Arbeit Hubarbeit - Potentielle Energie Spannarbeit-Spannenergie Beschleunigungsarbeit - kinetische Energie Mechanische Leistung Wirkungsgrad Schwingungen/Wellen Lineares Kraftgesetz Periodendauer (harmonische Schwingung) Bewegungsgleichung (harmonische Schwingung) Elektrotechnik Elektrizitätslehre Stromstärke Ohmsches Gesetz Reihenschaltung von Widerständen Parallelschaltung von Widerständen Widerstandsänderung - Temperatur Spezifischer Widerstand Spezifischer Leitwert
2 INHALTSVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS Elektrische Leistung Elektrische Arbeit Elektrisches Feld Elektrische Feldstärke Gesetz von Coulomb Kapazität eines Kondensators Reihenschaltung von Kondensatoren Parallelschaltung von Kondensatoren Elektrische Energie des Kondensators Magnetisches Feld Flußdichte Feldstärke einer langgestreckten Spule Flußdichte - Feldstärke Magnetischer Fluß Induktivität einer langgestreckten Spule Reihenschaltung (Induktivität) Parallelschaltung (Induktivität) Wechselstrom Wechselspannung - Wechselstrom Scheitel - Effektiv Induktiver Widerstand Kapazitiver Widerstand Wirkleistung Elektrischer Schwingkreis Eigenfrequenz (Ungedämpfte elektrische Schwingung) Eigenkreisfrequenz Allgemeine Elektrotechnik Spannungsteiler Schmelzen und Erstarren Verdampfen und Kondensieren Zustandsänderungen der Gase Allgemeine Gasgleichung Thermische Zustandsgleichung Astronomie Gravitation Gravitationsgesetz Gravitationsfeldstärke Atomphysik Atombau Kernbausteine(Protonen,Neutronen,Massenzahl) Atommasse Masse des Atomkerns Stoffmenge und Anzahl der Teilchen Molare Masse Masse - Energie Kernumwandlungen Zerfallsgesetz Halbwertszeit Aktivität Photon Wärmelehre Temperatur Termperatur - Umrechnungen Temperaturdifferenz Ausdehnung der Körper Längenausdehnung Flächenausdehnung Volumenausdehnung Energie Wärmeenergie Verbrennungsenergie
3 Mechanik 1 Mechanik 1.1 Grundlagen Mechanik Gewichtskraft F G = m g Drehmoment M = F l Hebelgesetz F 1 l 1 = F 2 l Kräfte F res = F 1 + F Druck p = F A Dichte ρ = m V Auftrieb in Flüssigkeiten F A = ρ g V Wichte γ = F G V Schweredruck p = ρ g h Reibung F R = µ F N Schiefe Ebene F H = F G h l F N = F G b l Hookesches Gesetz F = D s 3
4 Mechanik Kinematik 1.2 Kinematik Geradlinige Bewegung v=konst. s = v t Beschleunigte Bewegung v = a t s = 1 2 a t Beschleunigte Bewegung mit Anfangsgeschwindigkeit v = v 0 + a t s = s 0 + v 0 t a t2 v 2 v 2 0 = 2 a s Durchschnittsgeschwindigkeit v = x 1 x 2 t 1 t Durchschnittsbeschleunigung a = v1 v2 t 1 t Freier Fall h = 1 2 g t2 v = 2 h g Waagrechter Wurf h = 1 2 g t2 s = v t Schiefer Wurf x w = v y = v sinα g t v x = v cosα v = vx 2 + vy 2 v2 0 sin(2 α) g v y = v 2 v 2 x y = x tanα g x2 2 v 2 0 cos2 α Frequenz-Periodendauer f = 1 T f = n t Winkelgeschwindigkeit ω = 2 π f Bahngeschwindigkeit v = ω r Zentralbeschleunigung a z = ω 2 r Senkrechter Wurf nach oben h = h 0 + v 0 t 1 2 g t2 v = v 0 g t 4
5 Mechanik Dynamik 1.3 Dynamik Kraft F = m a Schiefe Ebene F H = F G sinα F N = F G cosα Zentralkraft F z = m ω 2 r Beschleunigungsarbeit - kinetische Energie W = 1 2 m v Mechanische Leistung P = W t Wirkungsgrad η = P 2 P Gravitationsgesetz F = G m1 m 2 r Impuls p = m v Mechanische Arbeit W = F s Hubarbeit - Potentielle Energie W = F G h Spannarbeit-Spannenergie W = 1 2 D s2 5
6 Mechanik Schwingungen/Wellen 1.4 Schwingungen/Wellen Lineares Kraftgesetz F = D y Periodendauer (harmonische Schwingung) T = 2 π m D Bewegungsgleichung (harmonische Schwingung) y = y s sin(ω t + ϕ 0 ) 6
7 Elektrotechnik 2 Elektrotechnik 2.1 Elektrizitätslehre Stromstärke I = Q t Spezifischer Leitwert R = l κ A Elektrische Leistung P = U I Ohmsches Gesetz R = U I Elektrische Arbeit W = U I t Reihenschaltung von Widerständen R g = R 1 + R R n I = konstant U g = U 1 + U U n Parallelschaltung von Widerständen 1 R g = 1 R R R n U = konstant I g = I 1 + I I n Widerstandsänderung - Temperatur R = R α T Spezifischer Widerstand R = ρ l A 7
8 Elektrotechnik Elektrisches Feld 2.2 Elektrisches Feld Elektrische Feldstärke E = F Q 2.3 Magnetisches Feld Flußdichte B = F I l E = U d Gesetz von Coulomb F = 1 4πϵ 0 Q1 Q2 r Kapazität eines Kondensators C = Q U C = ϵ 0 ϵ r A d Reihenschaltung von Kondensatoren 1 C g = 1 C C C n U g = U 1 + U U n Parallelschaltung von Kondensatoren C g = C 1 + C C n Q g = Q 1 + Q Q n Elektrische Energie des Kondensators W = 1 2 C U Feldstärke einer langgestreckten Spule H = I N l Flußdichte - Feldstärke B = µ r µ 0 H Magnetischer Fluß Φ = B A cos(δ) Induktivität einer langgestreckten Spule L = µ 0 µ r A N 2 lsp Reihenschaltung (Induktivität) L g = L 1 + L L n U g = U 1 + U U n Parallelschaltung (Induktivität) 1 L g = 1 L L L n I g = I 1 + I I n 8
9 Elektrotechnik Wechselstrom 2.4 Wechselstrom Wechselspannung - Wechselstrom U t = U max sin(ω t) 2.5 Elektrischer Schwingkreis Eigenfrequenz (Ungedämpfte elektrische Schwingung) f = 1 2 π L C Scheitel - Effektiv U eff = U max Eigenkreisfrequenz ω = 1 L C Induktiver Widerstand X L = ω L Kapazitiver Widerstand X C = 1 ω C Wirkleistung P = U I cos(ϕ) 9
10 Elektrotechnik Allgemeine Elektrotechnik 2.6 Allgemeine Elektrotechnik Spannungsteiler U 1 = U g R 1 R 1+R
11 Wärmelehre 3 Wärmelehre 3.1 Temperatur Termperatur - Umrechnungen T = 273, 15 + τ T F = 9 5 τ + 32 T R = 9 5 τ + 491, Temperaturdifferenz T = T 2 T Ausdehnung der Körper Längenausdehnung l = l 0 α T l 0 = l α T Flächenausdehnung A = A 0 2 α T Volumenausdehnung V = V 0 3 α T 11
12 Wärmelehre Energie 3.3 Energie Wärmeenergie Q = c m T Verbrennungsenergie Q = H u m 3.4 Zustandsänderungen der Gase Allgemeine Gasgleichung V 1 p 1 T 1 = V 2 p 2 T Thermische Zustandsgleichung p V = n R m T Schmelzen und Erstarren Q = q s m Verdampfen und Kondensieren Q = q v m 12
13 Astronomie 4 Astronomie 4.1 Gravitation Gravitationsgesetz F = G m1 m 2 r Gravitationsfeldstärke gr = G m r
14 Atomphysik 5 Atomphysik 5.1 Atombau Kernbausteine(Protonen,Neutronen,Massenzahl) Z = A N Atommasse m a = A r u Masse des Atomkerns m k = m a Z m e Stoffmenge und Anzahl der Teilchen 5.2 Kernumwandlungen Zerfallsgesetz N(t) = N 0 e λt Halbwertszeit T = ln2 λ Aktivität A = λ N(t) Photon E = f h ν = N N a Molare Masse M = m ν Masse - Energie E = m c
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