Physik für Bau- und Umweltingenieure

Transkript

1 Physik für Bau- und Umweltingenieure Prof. Dr. Thomas Giesen Tel.: Pia Kutzer Tel.: Experimentalphysik V Laborastrophysik AVZ Heinrich-Plett-Str. 40 Fr: 8:15 9:45 Uhr Hörsaal 01, Diagonale 1 Wintersemester 2015/16 Giesen / Kutzer

2 Physik für Bau- und Umweltingenieure Inhaltsverzeichnis 1 Wärmelehre 1.1 Begriffsbildung und 0. HS der Wärmelehre 1.2 Wärmeausdehnung 1.3 Äquivalenz von Wärme und Arbeit / 1. HS der Wärmelehre 1.4 Wärmekapazität 1.5 Wärmeausbreitung 1.6 Die Gasgesetze 1.7 Anwendung des 1. HS 1.8 Der 2. HS der Wärmelehre 1.9 Der 3. HS der Wärmelehre 2 Optik 2.1 Strahlenoptik 2.2 Reelle und virtuelle Bilder 2.3 Reflexion 2.4 Brechung 2.5 Abbildung durch Linsen 2.6 Optische Instrumente 2.7 Beugung / Interferenz 2.8 Polarisation 3 Elektrizitätslehre 3.1 Elektrostatik 3.2 Bewegte Ladung und elektrisches Feld 3.3 Resümee: Magnetisches und elektrisches Feld 3.4 Gleich- und Wechselstromkreise F k Q1Q r² 2 r r

3 2015/16 Physik für Bau- und Umwelt-Ingenieurwesen Einführung Administratives Wärmelehre Einführung, 0. HS Wärmelehre Wärme und Arbeit, HS Wärmelehre Gasgesetze, Wärmeausbreitung 3. HS Tutorium 1 Aufgaben und Formelsammlung Optik Strahlenoptik, Abbildungen Optik Reflexion und Brechung Optik Beugung, Interferenz Tutorium 2 Aufgaben und Formelsammlung Elektrizitätslehre Elektrostatik Elektrizitätslehre Bewegte Ladungen im Feld Elektrizitätslehre Magnetische Eigenschaften Elektrizitätslehre Gleich- und Wechselstromkreis Tutorium 3 Aufgaben und Formelsammlung Klausur Wintersemester 2015/16 Prof. Dr. Thomas Giesen / Pia Kutzer

4 Pfeifer: Kompacktkurs Physik, Vieweg- Teubner, 638 S. CD: Experimenten und Aufgaben, ca 50 Stroppe: Physik für Studierende der Natur- und Ingenieurwissenschaften, Hanser, ca 30 LITERATUR PHYSIK FÜR INGENIEURE Stuart, Klages: Kurzes Lehrbuch der Physik, Springer, ca 300 Seiten, 48 Dobrinski: Physik für Ingenieure, Vieweg- Teubner ca 45 Hering, Martin, Strohrer, Physik für Ingenieure, Springer, ca 900 Seiten, ca 50

5 Skript zur Vorlesung

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8 Physikalische Grundeinheiten : Die Internationalen Basiseinheiten SI (frz. Système international d unités)

9 Physikalische Grundeinheiten : Die Internationalen Basiseinheiten SI (frz. Système international d unités) Länge: Das Meter [m] : Ein Meter (1 m) ist der Weg, den das Licht im Vakuum innerhalb von 1/299,792,458 Sekunde durchläuft. Kommentar: Lichtgeschwindigkeit ist dann exakt 299,792,458 m/s oder m/s

10 Physikalische Grundeinheiten : Die Internationalen Basiseinheiten SI (frz. Système international d unités) Masse: Das Kilogramm [kg]: Ein Kilogramm (1 kg) ist die Masse eines normierten Platin-Zylinders (Bureau International des Poids et Mesures in Sevres bei Paris) Zylinder von 39 Millimeter Höhe und 39 Millimeter Durchmesser, der aus einer Legierung von 90 % Platin und 10 % Iridium besteht. Das Material ist chemisch weitestgehend inert. Kommentar: Gewicht (Kraft): G = m g m: Masse (Kg) g: Gravitationskonstante g = 9.81 m s 2 Beispiel: m= 100 kg G = 100 kg 9.81 m s 2 = 981 kg m s 2 = 981 N (Newton)

11 Zusammenhang zwischen Masse und Gewichtskraft Sir Isaac Newton ( ) Das Gewicht steht für diejenige Kraft, die man aufbringen muss um den Körper zu halten.

12 Physikalische Grundeinheiten : Die Internationalen Basiseinheiten SI (frz. Système international d unités) Zeit: Die Sekunde [s]: Eine Sekunde (1 s) entspricht 9,192,631,770 Perioden einer Strahlung, die dem Übergang zwischen den beiden Niveaus des Grundzustandes von 133 Cs entspricht.

13 Physikalische Grundeinheiten : Die Internationalen Basiseinheiten SI (frz. Système international d unités) Länge: Das Meter [m] : Ein Meter (1 m) ist der Weg, den das Licht im Vakuum innerhalb von 1/ Sekunde durchläuft. Masse: Das Kilogramm [kg]: Ein Kilogramm (1 kg) ist die Masse eines normierten Platin-Zylinders (Bureau International des Poids et Mesures in Sevres bei Paris) Zeit: Die Sekunde [s]: Eine Sekunde (1 s) entspricht 9,192,631,770 Perioden einer Strahlung, die dem Übergang zwischen den beiden Niveaus des Grundzustandes von 133 Cs entspricht.

14 Wissenschaftliche Schreibweise von Zahlen Exponentielle Schreibweise auf der Basis von Zehnerpotenzen: z.b = = = =10-3

15 Wissenschaftliche Schreibweise von Zahlen Exponentielle Schreibweise auf der Basis von Zehnerpotenzen: z.b = = = =10-3 Multiplikation : Beispiel 1: = = 10 (3+6) = 10 9

16 Wissenschaftliche Schreibweise von Zahlen Exponentielle Schreibweise auf der Basis von Zehnerpotenzen: z.b = = = =10-3 Multiplikation : Beispiel 1: = = 10 (3+6) = 10 9 Beispiel 2: = = = 10 3 = 1000

17 Wissenschaftliche Schreibweise von Zahlen Exponentielle Schreibweise auf der Basis von Zehnerpotenzen: z.b = = = =10-3 Multiplikation : Beispiel 1: = = 10 (3+6) = 10 9 Beispiel 2: = = = 10 3 = 1000 Division: Beispiel 3: 1000/ = = = 10(3 6) = 10 3 = 1000

18 Umrechnen wissenschaftlicher Einheiten Beispiel: Volumeneinheiten 1 Liter = 1 l = (10 cm) 3 = 10 3 cm 3 = 1000 cm 3

19 Umrechnen wissenschaftlicher Einheiten Beispiel: Volumeneinheiten 1 Liter = 1 l = (10 cm) 3 = 10 3 cm 3 = 1000 cm 3 Beispiel Kugelvolumen : Wieviel Liter fasst eine Kugel mit Radius r=100 cm?

20 Umrechnen wissenschaftlicher Einheiten Beispiel: Volumeneinheiten 1 Liter = 1 l = (10 cm) 3 = 10 3 cm 3 = 1000 cm 3 Beispiel Kugelvolumen : Wieviel Liter fasst eine Kugel mit Radius r=100 cm? Kugelvolumen: V = 4 3 π r3 = 4 3 π (100 cm)3 = 4 3 π 106 cm 3

21 Umrechnen wissenschaftlicher Einheiten Beispiel: Volumeneinheiten 1 Liter = 1 l = (10 cm) 3 = 10 3 cm 3 = 1000 cm 3 Beispiel Kugelvolumen : Wieviel Liter fasst eine Kugel mit Radius r=100 cm? Kugelvolumen: V = 4 3 π r3 = 4 3 π (100 cm)3 = 4 3 π 106 cm 3 umrechnen 1 l = 1000 cm 3 1 l 10 3 cm 3 = 1

22 Umrechnen wissenschaftlicher Einheiten Beispiel: Volumeneinheiten 1 Liter = 1 l = (10 cm) 3 = 10 3 cm 3 = 1000 cm 3 Beispiel Kugelvolumen : Wieviel Liter fasst eine Kugel mit Radius r=100 cm? Kugelvolumen: V = 4 3 π r3 = 4 3 π (100 cm)3 = 4 3 π 106 cm 3 umrechnen 1 l = 1000 cm 3 1 l 10 3 cm 3 = 1 V = 4 3 π 106 cm 3 1

23 Umrechnen wissenschaftlicher Einheiten Beispiel: Volumeneinheiten 1 Liter = 1 l = (10 cm) 3 = 10 3 cm 3 = 1000 cm 3 Beispiel Kugelvolumen : Wieviel Liter fasst eine Kugel mit Radius r=100 cm? Kugelvolumen: V = 4 3 π r3 = 4 3 π (100 cm)3 = 4 3 π 106 cm 3 umrechnen 1 l = 1000 cm 3 1 l 10 3 cm 3 = 1 V = 4 3 π 106 cm 3 1 = 4 3 π 106 cm 3 1 l 10 3 cm 3

24 Umrechnen wissenschaftlicher Einheiten Beispiel: Volumeneinheiten 1 Liter = 1 l = (10 cm) 3 = 10 3 cm 3 = 1000 cm 3 Beispiel Kugelvolumen : Wieviel Liter fasst eine Kugel mit Radius r=100 cm? Kugelvolumen: V = 4 3 π r3 = 4 3 π (100 cm)3 = 4 3 π 106 cm 3 umrechnen 1 l = 1000 cm 3 V = 4 3 π 106 cm 3 1 = 4 3 π 106 cm 3 1 l 10 3 cm 3 = 1 1 l 10 3 cm 3 = 4 3 π 103 l 4000 l

25 Multiple Choice Aufgaben zur Thermodynamik I Optik: Luftspiegelung Was versteht man unter dem Tripelpunkt der Druck und das Volumen, bei denen eine Substanz in den Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig gleichzeitig vorliegt. wahr falsch weiss nicht der Druck und die Temperatur, bei denen eine Substanz in den Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig gleichzeitig vorliegt. die Temperatur und das Volumen, bei denen eine Substanz in den Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig gleichzeitig vorliegt. Wintersemester 2015/16 Giesen / Kutzer

29 Multiple Choice Aufgaben zur Thermodynamik II Optik: Luftspiegelung Bei einer isothermen Ausdehnung eines idealen Gases : ändert sich die Temperatur. wahr falsch weiss nicht ändert sich der Druck. ändert sich das Volumen. wird Wärme von der Umgebung aufgenommen. wird Wärme an die Umgebung abgegeben. wird keine Arbeit verrichtet. wird die gesamte zugeführte Wärme in Arbeit umgesetzt. Wintersemester 2015/16 Giesen / Kutzer