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Lehrbuch der Physik für Bachelorstudiengänge in anschaulicher und ohne große Vorkenntnisse verständlicher Darstellung des Grundstudium-Stoffs, besonders für Studierende mit Physik als Nebenfach, mit Übungsaufgaben, kurzen Lösungen und kommentierten Musterlösungen.

 

 

Aus dem Inhalt:

Vorwort V / / 1 Einstieg 1 / 1.1 Motivation 1 / 1.2 Physikalische Größen 2 / 1.3 Maßsystem und Standards 2 / 1.4 Größenordnungen 7 / 1.5 Messgenauigkeit 10 / 1.6 Vektoren und Koordinaten 13 / Zusammenfassung: Einstieg 16 / Testfragen zu Kapitel 1 17 / Übungsaufgaben zu Kapitel 1 18 / / 2 Mechanik 21 / 2.1 Kinematik 21 / 2.1.1 Eindimensionale Bewegungen 21 / 2.1.1.1 Geschwindigkeit 22 / 2.1.1.2 Beschleunigung 24 / 2.1.1.3 Bewegungsgleichung 25 / 2.1.1.4 Der freie Fall 27 / 2.1.2 Bewegungen in zwei und drei Dimensionen 29 / 2.1.2.1 Überlagerung eindimensionaler Bewegungen 29 / 2.1.2.2 Bezugssysteme und Transformationen 31 / Zusammenfassung: Kinematik 33 / 2.2 Dynamik 33 / 2.2.1 NEWTONSche Axiome 34 / 2.2.1.1 Trägheitsgesetz 34 / 2.2.1.2 Aktionsgesetz 35 / 2.2.1.3 Reaktionsgesetz 36 / 2.2.2 Folgerungen aus den NEWTONSchen Axiomen 36 / 2.2.2.1 Kraft und Impuls 36 / 2.2.2.2 Abgeschlossenes System und Impulserhaltungssatz 37 / 2.2.3 Mechanische Kräfte 40 / 2.2.3.1 Trägheitskraft 40 / 2.2.3.2 Gewichtskraft 40 / 2.2.3.3 Federkraft und HooKESches Gesetz 42 / 2.2.3.4 Reibungskraft 43 / Zusammenfassung: Dynamik 45 / 2.3 Arbeit, Energie und Leistung 45 / 2.3.1 Mechanische Arbeit 45 / 2.3.2 Potenzielle Energie 46 / 2.3.3 Kinetische Energie 48 / 2.3.4 Energieerhaltungssatz der Mechanik 48 / 2.3.5 Stoßgesetze 50 / 2.3.6 Leistung und Wirkungsgrad 51 / Zusammenfassung: Arbeit, Energie und Leistung 53 / 2.4 Kinematik und Dynamik der Kreisbewegung 54 / 2.4.1 Grundbegriffe der Kreisbewegung 54 / 2.4.2 Radialbeschleunigung 56 / 2.4.3 Radialkräfte 59 / 2.4.4 CORIOLIS-Beschleunigung und-Kraft 60 / Zusammenfassung: Kreisbewegung 63 / 2.5 Rotation starrer Körper 64 / 2.5.1 Drehmoment 64 / 2.5.2 Schwerpunkt, Gleichgewicht und Statik 66 / 2.5.3 Trägheitsmoment 68 / 2.5.4 Rotationsenergie und Drehimpuls 71 / Zusammenfassung: Rotation starrer Körper 73 / 2.6 Schwingungen und Wellen 74 / 2.6.1 Freie ungedämpfte Schwingungen 74 / 2.6.2 Freie gedämpfte Schwingungen 79 / 2.6.3 Erzwungene Schwingungen 80 / 2.6.4 Überlagerung von Schwingungen 83 / 2.6.4.1 Räumliche Überlagerung 83 / 2.6.4.2 Zeitliche Überlagerung 85 / 2.6.4.3 Gekoppelte Schwingungen 86 / 2.6.5 Harmonische Wellen 87 / Zusammenfassung: Schwingungen und Wellen 91 / 2.7 Gravitation und Himmelsmechanik 92 / 2.7.1 KEPLERSche Gesetze 92 / 2.7.2 NEWTONsches Gravitationsgesetz 94 / 2.7.3 Gravitationsfeld 98 / 2.7.4 Ergebnisse der EiNSTEiNschen Relativitätstheorien 99 / 2.7.4.1 Spezielle Relativitätstheorie 99 / 2.7.4.2 Allgemeine Relativitätstheorie 104 / Zusammenfassung: Gravitation und Himmelsmechanik 105 / 2.8 Flüssigkeiten und Gase 106 / 2.8.1 Druck 106 / 2.8.1.1 Kolbendruck 106 / 2.8.1.2 Schweredruck 107 / 2.8.1.3 Luftdruck 108 / 2.8.1.4 Auftrieb 110 / 2.8.2 Oberflächenspannung 112 / 2.8.3 Strömungen 112 / 2.8.3.1 Reibungsfreie Strömungen 112 / 2.8.3.2 Viskose Strömungen 114 / Zusammenfassung: Flüssigkeiten und Gase 118 / Testfragen zu Kapitel 2 118 / Übungsaufgaben zu Kapitel 2 120 / / 3 Thermodynamik 127 / 3.1 Temperatur 127 / 3.1.1 Skalen und Fixpunkte 128 / 3.1.2 Thermische Ausdehnung 130 / 3.1.3 Temperaturmessung 133 / Zusammenfassung: Temperatur 134 / 3.2 Wärme 135 / 3.2.1 Wärmekapazität 135 / 3.2.2 Aggregatzustände 137 / 3.2.3 Wärmetransport 142 / 3.2.3.1 Konvektion 142 / 3.2.3.2 Wärmeleitung 143 / 3.2.3.3 Wärmestrahlung 146 / Zusammenfassung: Wärme 151 / 3.3 Ideale Gase 151 / 3.3.1 Molare Größen 152 / 3.3.2 Zustandsgleichung 153 / 3.3.3 Kinetische Gastheorie 155 / 3.3.3.1 Druck 156 / 3.3.3.2 Temperatur und Energie 158 / 3.3.3.3 MAXWELLsche Geschwindigkeitsverteilung und BoLTZMANN-Faktor 158 / Zusammenfassung: Ideale Gase 160 / 3.4 Zustandsänderungen und erster Hauptsatz 160 / 3.4.1 Volumenänderungsarbeit 160 / 3.4.2 Erster Hauptsatz 162 / 3.4.3 Zustandsänderungen 163 / 3.4.3.1 Isotherme Zustandsänderung 163 / 3.4.3.2 Isochore Zustandsänderung 165 / 3.4.3.3 Isobare Zustandsänderung 166 / 3.4.3.4 Adiabatische Zustandsänderung 167 / Zusammenfassung: Zustandsänderungen und erster Hauptsatz 169 / 3.5 Kreisprozesse und zweiter Hauptsatz 169 / 3.5.1 Kreisprozess von Carnot 170 / 3.5.2 Reversibilität und Wirkungsgrad 173 / 3.5.3 Kreisprozesse bei Motoren 175 / 3.5.4 Zweiter Hauptsatz 176 / 3.5.5 Entropie 178 / Zusammenfassung: Kreisprozesse und zweiter Hauptsatz 182 / Testfragen zu Kapitel 3 183 / Übungsaufgaben zu Kapitel 3 184 / / 4 Elektrizität und Magnetismus 189 / 4.1 Elektrostatik 189 / 4.1.1 Elektrische Ladungen und die CouLOMB-Kraft 189 / 4.1.2 Elektrisches Feld 192 / 4.1.3 Potenzial und Spannung 196 / 4.1.4 Kondensator und Kapazität 199 / 4.1.4.1 Plattenkondensator 199 / 4.1.4.2 Dielektrikum im Kondensator 201 / 4.1.4.3 Kondensator als Energiespeicher 203 / Zusammenfassung: Elektrostatik 205 / 4.2 Strom und Widerstand 205 / 4.2.1 Stromstärke und Stromdichte 206 / 4.2.2 Widerstand 207 / 4.2.3 Stromkreise und Stromverzweigungen 213 / Zusammenfassung: Strom und Widerstand 219 / 4.3 Magnetfeld 219 / 4.3.1 Magnetische Phänomene 219 / 4.3.2 Strom und Magnetfeld 221 / 4.3.3 Materie im Magnetfeld 224 / 4.3.4 Strom und magnetische Kraft 227 / 4.3.5 LORENTZ-Kraft 230 / Zusammenfassung: Magnetfeld 233 / 4.4 Elektromagnetische Induktion 234 / 4.4.1 Induktion durch Bewegung 234 / 4.4.2 Induktionsgesetz 236 / 4.4.3 LENzsche Regel 237 / 4.4.4 Selbstinduktion 239 / 4.4.5 Energie des Magnetfeldes 241 / Zusammenfassung: Elektromagnetische Induktion 242 / 4.5 Wechselstrom 242 / 4.5.1 Generator und Transformator 243 / 4.5.2 Wechselstromwiderstand 245 / 4.5.3 Phasenbeziehungen im Wechselstromkreis 248 / Zusammenfassung: Wechselstrom 251 / 4.6 Elektromagnetische Schwingungen und Wellen 252 / 4.6.1 Schwingkreis 252 / 4.6.2 MAXWELLsche Gleichungen 255 / 4.6.3 Elektromagnetische Wellen 257 / 4.6.3.1 Abstrahlung 257 / 4.6.3.2 Ausbreitung 258 / 4.6.3.3 Eigenschaften 260 / Zusammenfassung: Elektromagnetische Schwingungen und Wellen 263 / 4.7 Grundlagen der Elektronik 264 / 4.7.1 Elektronen im Vakuum 264 / 4.7.1.1 Glühelektrischer Effekt 264 / 4.7.1.2 Beschleunigung im elektrischen Feld 266 / 4.7.1.3 Ablenkung im magnetischen Feld 268 / 4.7.2 Elektronen in Gasen 269 / 4.7.3 Ladungen in Flüssigkeiten 271 / 4.7.4 Elektronen in Metallen 273 / 4.7.5 Ladungsträger in Halbleitern 275 / 4.7.5.1 Eigenleitung 275 / 4.7.5.2 Störstellenleitung 276 / 4.7.5.3 pn-Übergang 277 / 4.7.5.4 Halbleiterdioden 278 / 4.7.5.5 Transistoren 279 / Zusammenfassung: Grundlagen der Elektronik 281 / Testfragen zu Kapitel 4 282 / Übungsaufgaben zu Kapitel 4 284 / / 5 Optik 289 / 5.1 Grundlagen der Strahlenoptik 289 / 5.1.1 Lichtausbreitung 290 / 5.1.2 Reflexion 292 / 5.1.3 Brechung und Totalreflexion 295 / Zusammenfassung: Grundlagen der Strahlenoptik 299 / 5.2 Strahlenoptische Abbildungen 300 / 5.2.1 Eigenschaften von Linsen 300 / 5.2.2 Abbildungen mit Linsen 302 / 5.2.3 Linsensysteme und Abbildungsfehler 305 / Zusammenfassung: Strahlenoptische Abbildungen 307 / 5.3 Strahlenoptische Instrumente 307 / 5.3.1 Kamera und Auge 307 / 5.3.2 Fernrohre 310 / 5.3.3 Mikroskop 312 / Zusammenfassung: Strahlenoptische Instrumente 314 / 5.4 Grundlagen der Wellenoptik 315 / 5.4.1 Interferenz und Kohärenz 315 / 5.4.2 Wellenausbreitung 319 / 5.4.3 Beugung 320 / Zusammenfassung: Grundlagen der Wellenoptik 322 / 5.5 Anwendungen der Wellenoptik 323 / 5.5.1 Beugungsbegrenztes Auflösungsvermögen 323 / 5.5.2 Beugungsgitter 326 / 5.5.3 Holografie 328 / 5.5.4 Interferometrie 332 / Zusammenfassung: Anwendungen der Wellenoptik 333 / 5.6 Polarisationsoptik 334 / 5.6.1 Grundbegriffe 334 / 5.6.2 Erzeugung polarisierten Lichtes 335 / 5.6.3 Anwendungen polarisierten Lichtes 338 / Zusammenfassung: Polarisationsoptik 339 / Testfragen zu Kapitel 5 339 / Übungsaufgaben zu Kapitel 5 341 / / 6 Quanten und Atome 345 / 6.1 Welle-Teilchen-Dualismus 345 / 6.1.1 Quantenoptik 346 / 6.1.1.1 Fotoeffekt 346 / 6.1.1.2 Eigenschaften von Photonen 350 / 6.1.1.3 COMPTON-Effekt 350 / 6.1.2 Materiewellen 351 / 6.1.3 HEISENBERGSche Unschärferelation 353 / Zusammenfassung: Welle-Teilchen-Dualismus 356 / 6.2 Atomhülle 357 / 6.2.1 RuTHERFORDSches Planetenmodell 357 / 6.2.2 BoHRSches Atommodell 358 / 6.2.3 Quantenzahlen und das PAULI-Prinzip 361 / 6.2.4 Wellenmodell und Quantenmechanik 365 / Zusammenfassung: Atomhülle 371 / 6.3 Quanten-Emission und -Absorption 371 / 6.3.1 Atomspektren 372 / 6.3.2 Laser 374 / 6.3.2.1 Stimulierte Emission 375 / 6.3.2.2 Besetzungsumkehr 376 / 6.3.2.3 Resonator 377 / 6.3.2.4 Rubin- und Helium-Neon-Laser 377 / 6.3.2.5 Eigenschaften und Anwendungen 379 / 6.3.3 Röntgenstrahlung 381 / 6.3.3.1 Bremsspektrum 381 / 6.3.3.2 Charakteristisches Röntgenspektrum 382 / 6.3.3.3 Anwendungen 383 / Zusammenfassung: Quanten-Emission und -Absorption 384 / 6.4 Festkörper 385 / 6.4.1 Bindung und Struktur 385 / 6.4.2 Bändermodell 387 / 6.4.3 FERMI-Energie 389 / 6.4.4 Elektronen- und Löcherleitung 390 / 6.4.5 Halbleiter-Bauelemente 393 / Zusammenfassung: Festkörper 395 / 6.5 Atomkern 395 / 6.5.1 Nukleonen 396 / 6.5.2 Masse und Massendefekt 398 / 6.5.3 Radioaktivität 400 / 6.5.3.1 Strahlungen 401 / 6.5.3.2 Kernumwandlungen 403 / 6.5.3.3 Aktivität und Dosis 406 / 6.5.3.4 Strahlungsnachweis 408 / 6.5.4 Kernenergie 410 / 6.5.4.1 Kernspaltung 410 / 6.5.4.2 Kernfusion 412 / Zusammenfassung: Atomkern 415 / Testfragen zu Kapitel 6 416 / Übungsaufgaben zu Kapitel 6 417 / / Anhang 421 / Nützliche mathematische Beziehungen 421 / Quellen- und Literaturverzeichnis 425 / Verzeichnis der Bildquellen und Bildautoren 427 / / Index 429