Prof. Dr. Hans-Christoph Mertins

Transkript

1 Physik I+II Prof. Dr. Hans-Christoph Mertins Umfang Biomedizintechnik 2 Semester Modul Physik I+II Lasertechnik 3 Semester Module Physik I+II und Physik III Vorlesung 4h / Wo Übung 1h / Wo, evtl. in halber Gruppengröße 2x / Wo selbe Veranstaltung angeboten Tutorium 1h/Wo freiwillig, hält älterer Student/in Praktikum im Semester 14-tägig 4h/Wo Klausur: nach 2. Semester über Stoff von Physik I+II, d.h. für ganzes Modul Klausurzulassung : a) 50% der wöchentlichen Hausaufgaben b) Praktikum im 2. Semester absolvieren für Biomedizintechnik Praktikum im Semester für Lasertechnik Hausaufgaben 1 x pro Woche 5 Aufgaben In Gruppen zu 2 3 Personen lösen, nicht alleine! Austeilen in Übung, Abgabe 1 Woche später in Übung Lösungsblatt auf Internetseite bei Rückgabe Internetseite / Fachbereiche / Physikalische Technik / /Lehre u. Forschung / Physik I-III Anmerkungen Sprechstunde nach Absprache, nach VL, schicken Physik I+II Prof. Dr. Hans-Christoph Mertins Literatur Haliday, Resnick Walker Physik, Wiley VCH-Verlag Tipler, Physik, Spektrum Akadem. Verlag Mertins, Gilbert Prüfungstrainer Experimentalphysik, Spektr. Akadem. Verl. 1

2 2

3 3

4 Geradlinige Bewegung Freier Fall 4

5 Trigonometrische Funktionen Bewegung im 3-dim Raum 5

6 6

7 v y v x = v x-skate v x-skate 7

8 Exp. v x und v y sind unabhängig 8

9 Zacchini als menschliche Kanonenkugel (1922) Inertialsystem & beschleunigtes Bezugssystem 9

10 Inertialsystem & beschleunigtes Bezugssystem Cavendish-Drehwaage 10

11 Kreisbewegung - Ort Kreisbewegung - Geschwindigkeit 11

12 Kreisbewegung - Beschleunigung 12

13 Federkraft Kinetische Energie E kin = ½ mv 2 Potenzielle Energie U = mgy Gesamtenergie E = E kin + U = konstant 13

14 Höhen-Potential Energieerhaltung bei Federkräften 14

15 Energieerhaltung bei Federkräften 15

16 16

17 17

18 Elastischer Stoßprozess Inelastische Stoßprozesse Arizona, Meteorit Ø = 1200 m Tiefe = 180 m Vor Jahren m = 250 t Kollision von Fe-Ionen Experiment am CERN 18

19 Nur für kleine Werte verhält sich der Rotationswinkel wie ein Vektor. Die Reihenfolge der Addition, d.h. der Drehungen spielt dann keine Rolle. 19

20 20

21 Rotierendes Bezugssystem 21

22 Rotierendes Bezugssystem Rotierendes Bezugssystem 22

23 Rotierendes Bezugssystem 23

24 T = r x F Satz von Steiner 24

25 Drehimpuls Rollendes Rad 25

26 26

27 Federmanometer Kraft F = (p 0 -p Vakuum )A Aräometer 27

28 Turbulente Strömung Laminare Strömung Laminare Strömung Turbulente Strömung, Wirbel 28

29 Kontinuitätsgleichung Bernoulli-Gleichung 29

30 Auftrieb 30

31 Venturi-Rohr 31

32 Die Sommerformel: Wie lange dauert es, bis das Bier kühl ist? t = c m T ln k A T Bier Trink T T Kühl Kühl c = Spez. Wärmekapazität Bier 4180 J / (kg * K) m = Masse des Bieres = 0,5 kg A = Oberfläche der Flasche = 0,04 m² TBier Temperatur vor Abkühlung 25 C TKühl Kühlschranktemperatur 2 C TTrink Trinktemperatur 7 C 1 1 d 1 = + + k a λ i a a Wärmeübertragungsrate ai, aa = d = Wärmetransport im Inneren und Äußeren der Flasche Stärke der Glasflasche 3mm λ = Wärmeleitfähigkeit Glas 1 Lösung => t = s = 3,24 h Prost! Historische Kompressionskältemaschine (Verein Historische Kälte- und Klimatechnik, Maintal) Thermische Ausdehnung 32

33 Eiskristalle Hohlräume O H Kalorimeter 33

34 Gasthermometer p 0 34

35 Wärme & Arbeit 35

36 36

37 Kreisprozess 37

38 Freie Expansion Freiheitsgrade 1-atomig 2-atomig mehr-atomig f = 3 f = 5 f = 6 38

39 Adiabatische Zustandsänderung Dampfdruck 39

40 Dampfdruck Adiabatischer Prozess 40

41 Phasendiagramm Phasendiagramm: Wasser 41

42 Van der Waals Kurven Schnee machen bei T > 0 C a) Luft /Wasser-Gemisch komprimieren b) Expansion durch Düsen Abkühlung durch: - adiabatische Expansion => T f < T i - Wasser verdunstet => T f < T i wenn Luftfeuchtigkeit < 100% p Bsp. Piste mit 70 x 100 m 2, 35 cm (-12 o C) kostet 12h, 600 kwh, 10 6 Liter Wasser Fest Flüssig Gas Temp T 42

43 Gasverflüssigung nach Linde Entropie Vorher Zustand i) Nachher Zustand f) 43

44 44

45 Carnot-Prozess 45

46 46

47 Arbeitsdiagramme von Wärme-Kraft-Maschinen 47

48 Arbeitsdiagramme von Wärme-Kraft-Maschinen Arbeitsdiagramme von Wärme-Kraft-Maschinen 48

49 49

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51 Thermographie Wärmeabstrahlung: niedrig hoch Thermographie in der Medizin Wärmebild gibt Aufschluss über die Durchblutung 51