Repetitorium Experimentalphysik

by Ernst-Wilhelm Otten

• ISBN13: 9783540435556
• ISBN10: 3540435557
• Format: Nonspecific Binding
• Copyright: 2013-07-02
• Publisher: Springer Nature

Summary

Das Repetitorium für Vordiplom und Zwischenprüfung stellt alle Inhalte zur Experimentalphysik klar gegliedert dar. Zum umfangreichen Buch gibt es ein herausnehmbares Kurzrepetitorium, das alle Kapitel nochmals besonders für die Prüfungssituation zusammenfasst. Zweifarbige Abbildungen, Tabellen, Anwendungsbeispiele, zahlreiche Versuche sind ein besonderes Plus. Die zweite Auflage wurde neu bearbeitet und aktualisiert.

Table of Contents

Einführung in Thema und Erscheinungswelt der Physik
Zur Begriffsbestimmung der Physik	p. 1
Längenmessung	p. 3
Raum	p. 3
Zeit und Zeiteinheit	p. 4
Materie und Masse	p. 4
Atomare Standards der Basiseinheiten	p. 6
Physikalische Methodik	p. 7
Über verschiedene Typen physikalischer Aussagen	p. 9
Kräfte und Wechselwirkungen	p. 14
Skalen physikalischer Objekte	p. 16
Mechanik
Kinematik
Eindimensionale Bewegungen von Massenpunkten	p. 19
Vektoren	p. 26
Produktoperationen mit Vektoren	p. 28
Mehrdimensionale Bewegungen in Vektorschreibweise	p. 31
Kreisbewegungen	p. 35
Winkelgeschwindigkeit als Vektor	p. 39
Polare und axiale Vektoren	p. 40
Einführung in die Dynamik
Kraftbegriff und Trägheitsprinzip	p. 43
Newtonsches Kraftgesetz, träge und schwere Masse	p. 45
Drittes Newtonsches Grundgesetz: actio = reactio	p. 49
Inertialsysteme und Relativitätsprinzip	p. 51
Galilei-Transformation	p. 54
Lorentz-Transformation	p. 56
Zwangskräfte, d'Alembertsches Prinzip	p. 58
Beschleunigte Bezugssysteme	p. 63
Energie und Energiesatz
Kinetische und potentielle Energie, Arbeit	p. 76
Arbeit äußerer Kräfte	p. 79
Arbeit und potentielle Energie als Skalarprodukt und Wegintegral	p. 81
Konservative Kräfte	p. 83
Kraft als Gradient der potentiellen Energie	p. 85
Keplersche Gesetze und Gravitation	p. 91
Darstellung von Feldern durch Feldlinien und Äquipotentialflächen	p. 99
Leistung	p. 101
Reibung	p. 102
Impuls und Impulserhaltungssatz
Definition des Impulses	p. 105
Impulserhaltung	p. 106
Schwerpunktssystem und Schwerpunktsbewegung	p. 108
Zweikörperstöße	p. 113
Anwendung der Stoßgesetze in der mikroskopischen Physik	p. 119
Impulsumkehr, Zeitumkehrinvarianz und andere Symmetrieprinzipien der Physik	p. 120
Raketenantrieb	p. 125
Drehimpuls, Drehmoment, Drehimpulssatz
Drehimpuls eines Massenpunktes	p. 129
Drehmoment	p. 130
Drehimpulserhaltung	p. 132
Drehimpuls eines Systems von Massenpunkten	p. 136
Drehbewegungen starrer Körper
Trägheitsmoment um eine raumfeste Achse	p. 139
Dynamisches Grundgesetz der Drehbewegung um eine starre Achse	p. 145
Drehbewegungen um freie Achsen	p. 150
Hauptträgheitsachsen	p. 153
Kreiselbewegungen bei äußeren Kräften	p. 157
Elastische Kräfte und deren molekulare Grundlagen
Moduln elastischer Körper	p. 165
Potential elastischer Kräfte	p. 170
Molekulare Bindungskräfte	p. 173
Lenard-Jones-Potential	p. 175
Ruhende Flüssigkeiten und Gase
Charakterisierung der Aggregatszustände durch Moduln	p. 179
Hydrostatischer Druck	p. 180
Flüssigkeitsoberfläche als Äquipotentialfläche	p. 182
Hydrostatischer Schweredruck	p. 183
Auftrieb und spezifisches Gewicht	p. 185
Oberflächenspannung	p. 188
Kapillardruck und kapillare Steighöhe	p. 191
Ruhende Gase	p. 196
Strömende Flüssigkeiten und Gase
Strom und Stromdichte	p. 201
Bernoullische Gleichung	p. 207
Laminare Strömung, innere Reibung	p. 214
Wirbel	p. 218
Zirkulation, Rotation und Stokesscher Satz, Elemente der Vektoranalysis	p. 224
Schwingungen
Ungedämpfte Federschwingung	p. 234
Ungedämpfte Pendelschwingung	p. 239
Gedämpfte freie Schwingung	p. 244
Erzwungene Schwingung, Resonanz	p. 253
Quantenmechanische Resonanzen und Spektroskopie	p. 258
Anharmonische Schwingungen und Fourierzerlegung	p. 260
Selbsterregte Schwingung durch Entdämpfung	p. 263
Gekoppelte Schwingungen, Schwebung	p. 266
Chaotisches Doppelpendel	p. 269
Schwingungen in mehreren Dimensionen und von Vielteilchensystemen	p. 270
Wellen
Phänomenologisches über Wellen	p. 277
Wellengleichung	p. 281
Reflexion; Brechung; Totalreflexion	p. 289
Interferenz und Beugung	p. 295
Stehende Wellen als Interferenz gegenläufiger Wellen	p. 301
Wellengleichung und Eigenschwingungen in mehreren Dimensionen	p. 305
Wellengruppen und Gruppengeschwindigkeit	p. 312
Wärme und Statistik
Grundtatsachen der Wärmelehre
Wärmebegriff	p. 319
Temperaturbegriff	p. 320
Wärmeausdehnung von Stoffen, Eichung der Temperaturskala	p. 321
Wärmeausdehnung von Gasen, Gay-Lussacsches und Boyle-Mariottesches Gesetz, ideale Gasgleichung	p. 324
Waärmemenge und Waärmetransport	p. 327
Grundzüge der kinetischen Gastheorie
Histogramm und Verteilungsfunktion	p. 333
Gasdruck als dynamischer Druck stoßender Moleküle	p. 335
Satz über die Summe von Partialdrücken	p. 340
Mittlere thermische Molekülgeschwindigkeit und Brownsche Bewegung	p. 340
Innere Energie, Freiheitsgrade, Äquipartitionstheorem und spezifische Wärmekapazität CV	p. 342
Boltzmann-Faktor und Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung	p. 348
Erster Hauptsatz der Wärmelehre
Formulierung des 1. Hauptsatzes für ideale Gase	p. 357
Isobare Zustandsänderung	p. 359
Adiabatische Zustandsänderung	p. 359
Wärme und Arbeit bei isothermer Zustandsänderung	p. 363
Isothermen und Adiabaten im pV-Zustandsdiagramm	p. 364
Kreisprozesse und zweiter Hauptsatz der Wärmelehre
Carnotscher Kreisprozeß	p. 365
Wärmekraftmaschinen, Wärmepumpen und Kühlmaschinen	p. 368
Grenzwert des Wirkungsgrads und zweiter Hauptsatz der Wärmelehre	p. 370
Reversible Kreisprozesse	p. 372
Reduzierte Wärmemengen und Entropiebegriff	p. 374
Beispiele zur Entropie	p. 379
Thermodynamische Temperaturskala	p. 383
Statistische Transportphänomene
Grundtatsachen der Diffusion	p. 385
Diffusion durch Poren und Diffusionsgleichung	p. 386
Ficksche Gesetze	p. 388
Beispiele für Diffusionsprozesse	p. 392
Osmose	p. 394
Stoffe in verschiedenen Aggregatzuständen
Reale Gase und van der Waals-Gleichung	p. 397
Joule-Thomson-Effekt und Enthalpie	p. 398
Isothermen realer Gase, Verflüssigung und Verdampfung	p. 402
Verdampfungswärme, Clausius Clapeyronsche Gleichung	p. 406
Schmelzen, Sublimieren, Phasendiagramm	p. 409
Ausblick	p. 412
Elektromagnetismus
Elektrostatik
Atomistische Struktur der Elektrizität, Elementarladung	p. 421
Coulomb-Gesetz	p. 425
Potentielle Energie einer Anordnung von Punktladungen und von Ladungsverteilungen	p. 430
Elektrisches Feld	p. 433
Elektrisches Potential und elektrische Spannung	p. 436
Elektrischer Kraftfluß und 1. Maxwellsche Gleichung	p. 440
Oberflächenladungen auf Leitern	p. 445
Influenz	p. 453
Kapazität eines Leiters, Kondensator	p. 455
Energiedichte des elektrischen Feldes	p. 459
Elektrischer Dipol und elektrisches Dipolmoment	p. 462
Isolatoren im E-Feld, Dielektrika	p. 467
Gleichströme
Elektrischer Strom und elektrischer Widerstand	p. 481
Ohmsches Gesetz	p. 486
Kirchhoffsche Gesetze	p. 487
Elektrische Leitung im Bändermodell	p. 495
Leitertypen und ihr Temperaturverhalten	p. 498
Leitung durch Photoeffekt	p. 502
Glühelektronenemission und Raumladung	p. 505
Kontaktspannungen und Thermoelemente	p. 509
Stationäre Magnetfelder
Grundtatsachen über Magnetfelder	p. 513
Magnetische Kräfte und Kraftflußdichte, Magnetfeld gestreckter Stromfäden	p. 516
Quellenfreiheit des B-Feldes, magnetisches H-Feld, Ampèresches Durchflutungsgesetz	p. 521
Biot-Savartsches Elementargesetz	p. 528
Kräfte auf Ströme im Magnetfeld, Lorentz-Kraft	p. 530
Relativistischer Charakter der Lorentz-Kraft	p. 536
Magnetische Induktion
Bewegte Leiter im Magnetfeld	p. 541
Induktion bei veränderlichem Magnetfeld	p. 546
Elektrische Ringfelder	p. 548
Belastete Induktionsspule und Lenzsche Regel	p. 550
Selbstinduktion	p. 551
Energiedichte im magnetischen Feld	p. 555
Wirbelströme	p. 556
Halleffekt	p. 559
Materie im Magnetfeld
Grundtatsachen von Para- und Diamagnetismus	p. 561
Verhalten der magnetischen Feldgrößen B und H an Grenzflächen	p. 563
Atomare Dipolmomente als Ursache des Paramagnetismus	p. 571
Induktion als Ursache des Diamagnetismus	p. 573
Ferromagnetismus	p. 575
Stationäre Wechselströme
Strom-Spannungsbeziehungen an R, C, L	p. 581
Wechselspannung an RCL-Kreis, elektrische Resonanz	p. 584
Wechselstromwiderstand	p. 587
Transformator	p. 595
Aktive Bauelemente
Dotierte Halbleiter	p. 599
Leitung über eine p-n-Grenzschicht, Halbleiterdiode	p. 602
Transistor	p. 604
Selbsterregung eines Schwingkreises durch rückgekoppelten Verstärker	p. 607
Maxwellsche Gleichungen und elektromagnetische Wellen
Maxwellscher Verschiebungsstrom	p. 609
Maxwellsche Gleichungen	p. 611
Elektromagnetische Wellengleichung	p. 613
Elektromagnetische Wellenenergie und Poynting-Vektor	p. 614
Drahtwellen, Hertzscher Dipol	p. 618
Doppel- und Koaxialleitungen	p. 621
Hohlraumresonatoren, Hohlleiter und Mikrowellen	p. 626
Abstrahlung des Hertzschen Dipols	p. 630
Strahlung einer beschleunigten Punktladung	p. 634
Licht und Optik
Natur und Eigenschaften des Lichts, seine Wechselwirkung mit Materie
Licht und elektromagnetisches Spektrum	p. 639
Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit	p. 640
Abgrenzung der geometrischen Optik, Laserstrahlen	p. 643
Lichtausbreitung, Fermatsches Prinzip, Reflexion und Brechung	p. 647
Polarisation und Doppelbrechung	p. 653
Prismenwirkung und Dispersion	p. 661
Atomistische Deutung von Dispersion und Absorption	p. 666
Absorptions- und Emissionsspektren von Atomen und Molekülen	p. 671
Lichtstreuung	p. 674
Optische Abbildung
Linsengesetz und Gaußsche Abbildung	p. 685
Linsensysteme und optische Instrumente	p. 696
Linsenfehler	p. 699
Ionenoptik	p. 702
Interferenz und Beugung von Licht
Interferenz und Beugung bei natürlichen Lichtquellen	p. 706
Interferenz von Spiegelbildern	p. 712
Fabry-Pérot-Interferometer	p. 717
Michelson-Interferometer	p. 723
Michelson-Versuch zur Lichtgeschwindigkeit und Dopplereffekt	p. 727
Beugungsbild des Einzelspalts	p. 731
Optisches Beugungsgitter	p. 733
Mehrdimensionale Beugungsgitter, Röntgenbeugung	p. 738
Beugung an sphärischen Blenden und Hindernissen, Fresnelsche Zonen	p. 743
Holographie und Bildgebung durch Fouriertransformation	p. 748
Auflösungsvermögen eines Mikroskops	p. 752
Strahlungsgesetze
Strahlungsleistung und Strahlungsempfang	p. 755
Kirchhoffsches Strahlungsgesetz, schwarze Körper	p. 758
Hohlraumstrahlung	p. 764
Plancksches Strahlungsgesetz und seine Konsequenzen	p. 767
Sachverzeichnis	p. 775
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