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Thomas Wenisch geb. 1962 Physikstudium in Frankfurt Promotion in Biophysik beim Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit (GSF) Weiterbildung zum Medizinphysiker war über mehrere Jahre am Institut für Biophysik der Universität Frankfurt u.a. in der Lehre für Mediziner tätig Vertretung einer Professur an der University of Applied Sciences, FH Frankfurt heute: wissenschaftliche Beratung für Medizintechnik und klinische Pharmaforschung
/ AUS DEM INHALT: / / /
1 Grundbegriffe des Messens und der quantitativen Beschreibung 1
1.1 Wegweiser 1
1.2 Physikalische Größen 1
1.2.1 Definition 1
1.2.2 Skalare und Vektoren 2
1.2.3 Internationales Einheitensystem 3
1.3 Fehler und Unsicherheiten beim Messen 6
1.3.1 Messfehler 6
1.3.2 Statistische Fehlerrechnung 7
1.3.3 Fehlerfortpflanzung 8
1.4 Mathematische Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen 9
1.4.1 Funktionen, Differenzial und Integral 9
1.4.2 Trigonometrische Funktionen 11
1.4.3 Exponential- und Logarithmusfunktion 12
1.5 Grafische Darstellung 13
2 Mechanik 15
2.1 Wegweiser 15
2.2 Translationsbewegungen 16
2.2.1 Gleichförmige Bewegung 16
2.2.2 Beschleunigte Bewegung 16
2.3 Kräfte 18
2.3.1 Trägheitskraft, Newton-Axiome 18
2.3.2 Gravitation 18
2.3.3 Reibungskraft 19
2.3.4 Auftriebskraft 21
2.4 Arbeit, Energie, Leistung 22
2.4.1 Arbeit 22
2.4.2 Potenzielle Energie 22
2.4.3 Kinetische Energie 23
2.4.4 Energieerhaltung 23
2.4.5 Leistung 24
2.5 Impuls, Stoßvorgänge 24
2.5.1 Impuls 24
2.5.2 Inelastischer Stoß 24
2.5.3 Elastischer Stoß 25
2.5.4 Kraftstoß 25
2.6 Rotationsbewegung 26
2.6.1 Winkelgeschwindigkeit 26
2.6.2 Zentripetal- und Zentrifugalkraft- 27
2.6.3 Drehmoment 28
2.6.4 Schwerpunkt 29
2.6.5 Rotationsenergie, Trägheitsmoment 30
2.6.6 Drehimpuls 30
2.7 Druck 31
2.7.1 Definition und Einheiten 31
2.7.2 Schweredruck in Flüssigkeiten 32
2.7.3 Kolbendruck 33
2.7.4 Luftdruck 33
2.8 Verformung fester Körper 34
2.8.1 Dehnung 34
2.8.2 Verformungsbereiche 35
2.8.3 Biegung 35
2.8.4 Scherung 36
2.8.5 Torsion 36
2.8.6 Kompression 36
2.8.7 Dehnung einer Feder 37
2.8.8 Viskoelastizität 37
2.9 Kräfte an Grenzflächen 38
2.9.1 Oberflächenspannung 38
2.9.2 Kapillarwirkung 39
2.10 Strömung von Flüssigkeiten und Gasen 40
2.10.1 Definitionen und Einheiten 40
2.10.2 Kontinuitätsbedingung 40
2.10.3 Bernoulli-Gleichung 40
2.10.4 Strömungswiderstand 41
2.10.5 Kirchhoff-Gesetze 44
3 Struktur der Materie 45
3.1 Wegweiser 45
3.2 Aufbau der Atome und Atomkerne 45
3.2.1 Das Atom 45
3.2.2 Elemente und Isotope 46
3.2.3 Die Elektronenhülle 47
3.3 Aggregatzustände der Materie 48
3.3.1 Festkörper 48
3.3.2 Flüssigkeiten 48
3.3.3 Gase 48
4 Wärmelehre 51
4.1 Wegweiser 51
4.2 Temperatur 51
4.2.1 Temperaturskalen 51
4.2.2 Temperaturabhängige Stoffeigenschaften 52
4.3 Wärme, Wärmekapazität 53
4.3.1 Wärmekapazität 53
4.3.2 Thermodynamische Systeme 54
4.3.3 Erster Hauptsatz der Wärmelehre 55
4.3.4 Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre 55
4.4 Gaszustand 56
4.4.1 Kinetische Gastheorie 56
4.4.2 Zustandsgieichung des idealen Gases 56
4.4.3 Reale Gase 57
4.4.4 Gasgemische 58
4.4.5 Normbedingungen 58
4.5 Änderung des Aggregatzustands 59
4.5.1 Phasendiagramm 59
4.5.2 Phasengleichgewichte 60
4.6 Wärmetransport 61
4.6.1 Wärmeleitung 61
4.6.2 Konvektion 61
4.6.3 Strahlung 62
4.7 Stoffgemische 62
4.7.1 Gas - Flüssigkeit 62
4.7.2 Festkörper - Flüssigkeit 63
4.7.3 Transportphänomene 64
5 Elektrizitätslehre 67
5.1 Wegweiser 68
5.2 Ladung, elektrisches Feld 68
5.2.1 Ladung 68
5.2.2 Elektrisches Feld 68
5.3 Elektrisches Potenzial, elektrische Spannung 69
5.3.1 Elektrisches Potenzial 69
5.3.2 Elektrische Spannung 70
5.4 Materie im elektrischen Feld 71
5.4.1 Elektrischer Dipol 71
5.4.2 Polarisation 71
5.4.3 Influenz 71
5.5 Elektrischer Strom 72
5.5.1 Elektrische Stromstärke 72
5.5.2 Gleich-und Wechselstrom 72
5.5.3 Wirkungen des elektrischen Stroms 73
5.6 Der elektrische Stromkreis 73
5.6.1 Stromrichtung und Schaltungssymbole 73
5.6.2 Widerstand 74
5.6.3 Elektrische Leistung 75
5.6.4 Messung von Strom, Spannung und Widerstand 75
5.6.5 Schaltungen von Widerständen 76
5.6.6 Wheatstone-Brücke 77
5.6.7 Spannungsquellen 78
5.7 Elektrische Kapazität 79
5.7.1 Der Kondensator 79
5.7.2 Schaltungen von Kondensatoren 80
5.7.3 Auf- und Entladevorgänge 80
5.8 Elektrizitätsleitung 81
5.8.1 Leitung in Festkörpern 81
5.8.2 Leitung in Flüssigkeiten 81
5.8.3 Leitung in Gasen 82
5.8.4 Leitung im Vakuum 82
5.9 Elektrische Spannungen an Grenzflächen, Diffusionsspannungen 83
5.9.1 Kontaktspannung, Thermospannung 83
5.9.2 Galvanische Spannung 83
5.9.3 Membranspannung, Nernst-Gleichung 84
5.10 Magnetische Größen 85
5.10.1 Magnetische Felder 85
5.10.2 Magnetische Eigenschaften der Materie 87
5.10.3 Magnetische Kraftwirkung, Lorenzkraft 89
5.10.4 Induktion 90
5.10.5 Technische Anwendung der Induktion 91
5.11 Wechselspannung, Wechselstrom 92
5.11.1 Eigenschaftender Wechselspannung 92
5.11.2 Darstellung am Elektronenstrahl- Oszillografen 93
5.11.3 Bauelemente im Wechselstromkreis 93
5.11.4 Elektromagnetischer Schwingkreis 94
5.11.5 Stromwirkung auf den menschlichen Körper 95
6 Schwingungen und Wellen 97
6.1 Wegweiser 97
6.2 Schwingungen 97
6.2.1 Grundbegriffe 97
6.2.2 Schwingungsfähige Systeme 98
6.2.3 Gedämpfte Schwingungen 99
6.2.4 Erzwungene Schwingungen 100
6.2.5 Anharmonische Schwingungen 100
6.3 Wellen 100
6.3.1 Transversal-und Longitudinalwellen 100
6.3.2 Wellengleichung 101
6.3.3 Energietransport und Intensität 101
6.3.4 Ausbreitungsphänomene 102
6.4 Schallwellen 103
6.4.1 Eigenschaften des Schalls 103
6.4.2 Kenngrößen des Schallfelds 104
6.4.3 Schallausbreitung in Materie 105
6.4.4 Doppler-Effekt 106
6.5 Elektromagnetische Wellen 107
6.5.1 Eigenschaften elektromagnetischer Wellen 107
6.5.2 Wellenlängenbereiche 107
6.5.3 Ausbreitung und Energiegehalt 108
6.5.4 Ionisierende und nichtionisierende Strahlung 109
7 Optik 111
7.1 Wegweiser 111
7.2 Licht 111
7.2.1 Eigenschaften 111
7.2.2 Lichtelektrischer Effekt 111
7.2.3 Lichtentstehung 112
7.2.4 Lichtmessung 113
7.3 Geometrische Optik 115
7.3.1 Reflexion 115
7.3.2 Lichtbrechung an Grenzflächen 116
7.3.3 Lichtbrechung an dünnen Linsen 117
7.3.4 Bildkonstruktion an der Linse 120
7.3.5 Der sphärische Hohlspiegel 124
7.4 Wellenoptik 125
7.4.1 Interferenzerscheinungen 125
7.4.2 Polarisation 126
7.5 Optischeinstrumente 127
7.5.1 Spektrometer 127
7.5.2 Monochromator 127
7.5.3 Photometer 128
7.5.4 Polarimeter 128
7.5.5 Refraktometer 128
7.5.6 Kamera, Projektionsapparat 128
7.5.7 Mikroskop 128
8 Ionisierende Strahlung 131
8.1 Wegweiser 131
8.2 Radioaktivität 131
8.2.1 Der radioaktive Zerfall 131
8.2.2 Die Zerfalls- und Strahlungsarten 133
8.2.3 Zerfallsreihen, Herstellung radioaktiver Nuklide 134
8.3 Röntgenstrahlung 136
8.4 Nachweis ionisierender Strahlung 137
8.4.1 Strahlungsmessgeräte 137
8.4.2 Strahlendosis 138
8.5 Strahlenwirkungen 139
8.5.1 Teilchenstrahlung 139
8.5.2 Photonenstrahlung 139
Anhang 141
A1 Griechisches Alphabet 141
A2 Zahlen-und Größenwertete 141