Zusammenfassung der Vorlesung PPh (Einführung in die Physik für Pharmazeuten und Biologen) ohne Garantie auf Vollständigkeit

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1 Zusammenfassung de Volesung PPh (Einfühung in die Physik fü Phamazeuten und Biologen) ohne Gaantie auf Vollständigkeit Inhalt: -Mechanik -Hydodynamik -Themodynamik -Elektizitätslehe -Optik

2 Mechanik allgemein gilt: a d dt und ds dt a d s dt Bewegungsgleichungen: a [ m ] s a ( t ) a a [ m s ] t[ s] ( t ) a t + a s + ( t ) t + 0 t s 0 0 s[ m ] 0 s 0 t[ s] t[ s]

3 Käfte und Dehmomente Wichtige auftetende Käfte: Newton: F m a fü Edobefläche F G m M G m g F D D x F q ( E + B) el mag Dehmoment: falls mehee Käfte wiken, addieen sie sich! M F l F wenn F M F l 1 l F 1 l 1 F l F 1 D F (Hebelgesetz) Kaft mal Kaftam Last mal Lastam auch Dehmomente addieen sie sich!

4 Keisbewegungen: m ω m mit ω F Z wenn mit Keisfequenz ω ω πf ω Rechte-Hand-Regel Pojektion eine Keisbewegung ist eine Sinus-Schwingung π π ϕ Amplitude 0 ϕ Winkel in ad

5 Enegien Wichtig: Gesamtenegie ist IMMER ehalten! E ( ohe) E ( nachhe) Ges Ges mögliche Enegiefomen: E + E + E E ) kin pot Wäme ( Ges z.b. 1 m 1 ω 1 I mgh Dx (Tanslation) (Rotation) (Höhe) (Fede) Meke: Enegie (gespeichete) Abeit Kaft Weg

6 Impuls - Dehimpuls Wichtig: Impulse und Dehimpulse sind IMMER ehalten! p ( ohe) p ( nachhe) Ges Ges bzw. L ( ohe) L ( nachhe) Ges Ges p Impuls m L Dehimpuls m wenn L m zu Einneung: ω m

7 Analogien zwischen Tanslations- und Rotationsbewegungen Ot Geschwindigkeit Beschleunigung Masse Kaft Impuls Tanslation Kinetische Enegie a m F m a d p dt p m m Winkel Winkelgeschw. Winkelbeschl. Rotation Tägheitsmoment Dehmoment Dehimpuls Rotationsenegie ϕ ω α I m i i M I α d L dt L I ω I ω

8 Ausgedehnte Köpe Dichte Masse/Volumen ρ m V [ kg / 3 m ] V, m Tägheitsmoment M s mi m i m i m 1 i Gesamtmasse Schwepunkt m I m i i dm i Achse dm s m 3

9 Hydostatik De hydostatische Duck : P F A [P]N/m Pa(scal) 1 ba10 5 Pa p 1 p F 1 A 1 F A F 1 s 1 F s Enegieehaltung Sinken F A < F G Schwimmen Schweben F F A G F > F A G F A ρ g V Auftiebskaft Ein Köpe, de teilweise ode ollständig in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, efäht eine Auftiebskaft, deen Betag gleich de Gewichtskaft de edängten Flüssigkeit ist

10 Hydodynamik Die Summe aus stationäem Duck und Stauduck ist konstant p 1 + ρgh ρ 1 p + ρgh + 1 ρ const. Benoulli Gleichung laminae Stömung tubulente Stömung Reynoldszahl Re Re Tägheitskaft Re ibungskaf t ρ d η Re << 1100 > laminae Stömung Re >> 1100 > tubulente Stömung

11 Schwingungen und Wellen x( t) A sin ( ω t +ϕ0) A( x) A0 sin ( kx) Τ/ Τ λ/ λ Amplitude Amplitude Zeit Ot A : Amplitude ω : Keisfequenz ϕ 0 : Phase f 1 / T ω π : Fequenz A(x) : otsabh. Auslenkung k: Wellenzahl A 0 : Amplitudenmaximum λ π / k : Wellenlänge

12 Welleneigenschaften Ausbeitungsgeschwindigkeit eine Welle c: c λ f Intefeenz on Wellen Stehende Welle destukti konstukti λ L n λ: Wellenlänge n : ganze Zahl

13 Hauptsätze de Themodynamik De nullte Hauptsatz de Themodynamik: "Befinden sich zwei Köpe mit einem ditten im themischen Gleichgewicht, so sind sie auch unteeinande im Gleichgewicht" De este Haupsatz de Themodynamik (Enegieehaltungssatz): du dq + dw ( innee Enegie) (zugefühte Wäme) + (mechanische Abeit) De zweite Haupsatz de Themodynamik: Es ist unmöglich, eine peiodisch abeitende Maschine zu bauen, die lediglich einem Köpe Wäme entzieht und diese ollständig in Nutzabeit umwandelt (Pepetuum Mobile. At).

14 Ideales Gas Allgemeine Zustandsgleichung ideale Gase (Lod Kelin) p V n R T n : Zahl de Mole R 8,317 J/Mol K Allgemeine Gaskonstante Zustandsändeungen des idealen Gases im p-v-diagamm bei Nomalduck on 1013 hpa gilt: p Isotheme : Tconst Isobae : Pconst Isochoe : Vconst V molaes Volumen V m,4 lite/mol [ K ] 73, 15 + T [ C] T c

15 Kinetische Gastheoie Die molekulae Deutung de Tempeatu : f() : die Veteilungsfunktion de Geschwindigkeiten f() 90 K 800 X K f ( ) 4 π m π k B T 3 e m k T B K [m/s]

16 Wäme als Enegiefom Die zugefühte Wämemenge ist popotional zu Masse und Tempeatuändeung Q c m T C T C [J/K] : Wämekapazität c [J/kgK] : spezifische Wämekapazität Mischtempeatu: Latente Wäme L: T 0S Q L m T 0w T m c w m w ( Tm T w) cs ms ( T0 T 0 S m )

17 Wämeübetagung

18 Elektizitätslehe Jede Ladung ist ein ganzzahliges Vielfaches, QZ e de Elementaladung e -1, C (Quantisieung de elektischen Ladung) Coulomb-Kaft: F 1 4πε 0 q1 q Die Potentialdiffeenz zwischen Punkten im E-Feld heißt elektische Spannung U ϕ1 ϕ [V]:Volt Stomstäke [Ampee] I dq dt

19 Elektonik R U I Ohm sches Gesetz R : Elektische Widestand ρ : Spezifische Widestand R ρ L A 1. Kichhoff'sche Regel (Knotenegel) I 1 R 1 (U 1 ) R (U ) Die Summe alle Stöme, die in einen Knoten hineinfließen bzw. hinausfließen ist Null. In 0 n U Q I 3 R 3 (U ) I 1 I +I 3 U Q U 1 +U I. Kichhoff'sche Regel (Maschenegel) In einem geschlossenen Stomkeis ist die Summe de Spannungen übe alle U i Schaltelemente gleich Null i 0 Paallelwidestände: Seienwidestände: 1 R ges 1 R R R ges R 1 + R

20 Elektomagnetisches Feld E-Feld uhende Ladung: 1 E ( ) 4πε 0 Q Q bewegte Ladung: I B µ 0 ( ) π B-Feld

21 Loentzkaft + Induktion In einem elektomagnetischen Feld wikt auf eine Ladung die Summe aus Coulomb- und Loentzkaft F el mag q ( E + B) Φ B A Uind dφ dt Geneato Φ B A cos( ω t) U (cos( ω t)) B A d dt ind Φ d dt B A ω sin( ω t)

22 Spektum elektomagnetische Wellen:

23 Optik Geneell gilt: c c 1 sinα1 sinα n n 1 Bechungsindex n m c c m Geschwindigkeit im Medium: Wellenlänge im Medium: c m λ m c n m λ n m

24 Abbildung mit Linsen :

25 Zusammenfassung unteladen: Klausu: Temin: Ot: Montag, den um Uh Willstätte-HS, Buchne-HS Elaubte Hilfsmittel: - Nicht pogammiebae Taschenechne - Fomelsammlung - Ein handbeschiebenes DinA4-Blatt mit beliebigem Inhalt Unbedingt mitbingen: Ausweis mit Lichtbild Viel Efolg wünschen Euch Matin Huth Matthias Fiebig