K. Dähnert K. Arnold. Physik für Mediziner

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1 K. Dähnert K. Arnold Physik für Mediziner

2 4 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 0 Physikalische Größen Größe, Einheit, Zahlenwert Grundeinheiten des SI Supplementeinheiten des SI Abgeleitete Einheiten im SI Dezimale Vielfache und Teile im SI 13 1 Biomechanik Darstellung elementarer Bewegungen Geschwindigkeit Beschleunigung Orts-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsvektoren Beispiele eindimensionaler Bewegungen Gleichförmige Kreisbewegung Kräfte Newtonsche Axiome Zusammensetzen und Zerlegen von Kräften Beispiele für Kräfte Zusammenwirken von Kräften bei der Sedimentation Mechanische Energie Physikalische Arbeit Potentielle und kinetische Energie Energieerhaltungssatz der Mechanik Impuls und Impulserhaltung Elastischer Stoß zweier Teilchen Vollkommen unelastischer Stoß Massenmittelpunkt (Schwerpunkt) Bewegung starrer Körper Translation und Rotation Die kinetische Energie des starren Körpers Analogien zwischen Translation und Rotation 40

3 Physik für Mediziner 5 2 Deformationen fester Körper Elastische Deformationen Einfache Dehnung Biegung Allseitige Kompression Einfache Scherung Verdrillung (Torsion) Homogenität und Isotropie Plastische Deformation Viskoelastisches Verhalten 51 3 Flüssigkeiten und Gase Hydrostatik Pascalsches Gesetz Schweredruck in Flüssigkeiten Flüssigkeitsmanometer Blutdruck (venös) Flüssigkeitsdruck in elastisch gedehnten Gefäßen Blutdruck (arteriell) Oberflächenspannung, spezifische Grenzflächenenergie Gasgesetze Zustandsgleichung idealer Gase Lunge als offenes System Gasgemische Lösen von Gasen in Flüssigkeiten Verdunsten und Verdampfen von Flüssigkeiten Atmosphäre im Schwerefeld der Erde Strömende Flüssigkeiten und Gase Flüssigkeitsstromstärke Gleichung von Bernoulli Hydrodynamisches Paradoxon Strömung realer (reibungbehafteter) Flüssigkeiten Das Hagen-Poiseuillesche Gesetz Parallel- und in Reihe durchströmte Rohre Laminare und turbulente Strömung 73

4 6 Inhaltsverzeichnis 4 Diffusion und Osmose Universelle Teilchenbewegung Temperatur und Energie der Teilchen Thermische Geschwindigkeit Brownsche Molekularbewegung Diffusion Diffusionsstrom Diffusion und Konzentrationsausgleich Stationäre Diffusion Osmose Pfeffersche Zelle van t Hoffsche Formel Isotonische Lösungen Elektrisches Diffusionspotential Ruhepotential Aktionspotential 83 5 Wärme und Wärmetransport Temperaturmessung Ausdehnungsthermometer Widerstandsthermometer Thermoelement Flüssigkristalle als Thermometer Infrarotthermographie Messung von Wärmemengen Grundgleichung der Wärmemessung Wärmemenge und Phasenumwandlung Temperaturausgleich Wärmetransportmechanismen Wärmeleitung Konvektion Verdunstung Wärmestrahlung Erster Hauptsatz der Wärmelehre Arbeitsleistung thermischer Systeme Kreisprozesse Innere Energie 94

5 Physik für Mediziner 7 6 Medizinische Akustik Schallwellen Wellenlänge und Frequenz Schallfeldgrößen Bewertung des Schalls durch das menschliche Gehör Schallerzeugung Die Saite Schwingende Luftsäulen Elektrisch- akustische Wandler Ultraschallanwendungen in der Medizin Blutströmungsmessung mit Dopplereffekt Ultraschalltherapie Ultraschallsonographie Elektrizitätslehre Elektrostatik Coulombsches Gesetz Elektrische Felder Materie im elektrischen Feld Elektrisches Potential Anwendungen statischer elektrischer Felder Elektrischer Strom Ohmsches Gesetz Spezifische Leitfähigkeit Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands Einfache elektrische Netzwerke Die Kirchhoffschen Regeln Reihen- und Parallelschaltung. Ersatzwiderstand Elektrische Arbeit und Leistung im Gleichstromkreis Spannungsquellen Magnetische Wirkung des elektrischen Stroms Einfache magnetische Felder Die Lorentzkraft Elektromagnetische Induktion Wechselstrom und Wechselspannung Graphische Darstellung Strom und Spannung an Grundbauelementen Einfache Netzwerke der Wechselstromtechnik Energie und Leistung im Wechselstromkreis 140

6 8 Inhaltsverzeichnis 7.6 Anwendungen des elektrischen Stroms zur Therapie Primäre Stromwirkung - Elektrounfall Iontophorese - Elektroporation Reizstromtherapie, Herzschrittmacher, Elektroschock Elektrochirurgie Hochfrequenztherapie Anwendung von Elektronik in der Diagnostik Spektraldarstellung von Signalen Frequenzgang von Signalübertragungssystemen Zeitkonstante und Übergangsfunktion Elektromagnetische Wellen Interferenz und Beugung von Wellen Wellen und Teilchen MR- Spektroskopie und -Tomographie Röntgenstrahlen Erzeugung von Röntgenstrahlen Aufbau und Wirkungsweise einer Röntgenröhre Bremsstrahlung und charakteristische Strahlung Erzeugung besonders harter Röntgenstrahlung Wechselwirkung von Röntgenstrahlung mit Materie Allgemeines Absorptionsgesetz Primäreffekte der Wechselwirkung Interferenz von Röntgenstrahlen Grundlagen der Röntgendiagnostik Grundprinzip der klassischen Röntgenabbildung Unzulänglichkeiten der Zentralprojektion Grundprinzip der Computertomographie Physikalische Grundlagen der Nuklearmedizin Grundlagen der Kernphysik Aufbau der Atomkerne Massendefekt und Kernbindungsenergie Kernfusion und Kernspaltung Radioaktivität Arten des Radioaktiven Zerfalls Zerfallsgesetz und Aktivität Natürliche und künstliche Radioaktivität 177

7 Physik für Mediziner Nachweismethoden, Dosierung und Anwendungsgebiete von 179 Radionukliden in der Medizin Nachweismethoden Anwendung von Radionukliden in der Medizin Dosimetrie und Strahlenschutz Medizinische Optik Das abbildende System Auge Brechung des Lichts und Reflexion Abbildung mit Hilfe von Linsen Das Reduzierte Auge Fehlsichtigkeiten Das Auflösungsvermögen des Auges Abbildung durch optische Instrumente Sehwinkelvergrößerung von Lupe und Mikroskop Das Auflösungsvermögen des Mikroskops Methoden der Kontrasterzeugung Elektronenmikroskopie Konzentrationsbestimmung mit optischen Methoden Das Fotometer Das Polarimeter 208 Index 209