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Standard-Hochschullehrbuch Physik, auch für Studienanfänger*innen der Physik und anderer Naturwissenschaften. Wiedergabe des ganzen umfangreichen Gebiets in einem einzigen Band. Die Durcharbeitung erfordert die Mitarbeit und das Mitrechnen der Lesenden.

 

Aus dem Inhalt:

I Einführung /1 Was ist „Physik“? Wege physikalischer Erkenntnisgewinnung //2 Physikalische Größen, Einheiten, Dimensionen, Gleichungen / Größen, Einheiten, Dimensionen / Physikalische Gleichungen / Das SI-Einheitensystem //II Teilchen/Mechanik der Punktmasse und des starren Körpers. Stoffe/3 Kinematik der Punktmasse / Raum, Zeit, Bezugssystem / Die gleichförmige Bewegung / Die gleichmäßig beschleunigte Bewegung / Freier Fall. Senkrechter Wurf / Allgemeine Definition von Geschwindigkeit und Beschleunigung. Ungleichmäßig beschleunigte Bewegung / Geschwindigkeit und Beschleunigung als Vektoren. Zusammengesetzte Bewegungen (Superposition) / Die gleichförmige Kreisbewegung / Die ungleichförmige Kreisbewegung * / Bewegung auf beliebig krummliniger Bahn //4 Dynamik der Punktmasse / Der Kraftbegriff in der Physik. Zusammensetzung und Zerlegung von Kräften. Statisches Gleichgewicht / Das Trägheitsgesetz (1.NEWTONsches Axiom) / Das Grundgesetz der Dynamik (2. NEWTONsches Axiom) / Träge und schwere Masse. Gewichtskraft. Radialkraft / Kraftstoß. Impuls (Bewegungsgröße) / Lösung der Bewegungsgleichung für konstante Kraft. Die Wurfbewegung / Das Wechselwirkungsgesetz (3. NEWTONsches Axiom) / Reibungskräfte //5 Bewegte Bezugssysteme / Geradlinig beschleunigte Bezugssysteme. Trägheitskräfte / Gleichförmig rotierende Bezugssysteme. Zentrifugalkraft, CORIOLIS-Kraft / Inertialsysteme. Relativitätsprinzip der klassischen Mechanik //6 Grundzüge der speziellen Relativitätstheorie / Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Die LORENTZ-Transformation / Folgerungen aus der LORENTZ-Transformation / Relativistische Bewegungsgleichung //7 Arbeit und Energie / Arbeit / Leistung. Wirkung / Der Energiebegriff. Potenzielle und kinetische Energie / Das Gesetz von der Erhaltung der Energie (Energiesatz) / Äquivalenz von Masse und Energie //8 Gravitation / Die KEPLERschen Gesetze der Planetenbewegung und das Gravitationsgesetz / Arbeit gegen die Schwerkraft. Kosmische Geschwindigkeiten //9 Dynamik der Punktmassen-Systeme / Impulserhaltungssatz. Massenmittelpunkt / Die Gesetze des Stoßes / Raketenantrieb //10 Statik des starren Körpers / Freiheitsgrade des starren Körpers / Kräfte am starren Körper. Drehmoment. Gleichgewichtsbedingungen / Kräftepaar / Der Schwerpunkt / Arten des Gleichgewichts //11 Dynamik des starren Körpers / Bewegung eines frei beweglichen Körpers bei Einwirkung einer Kraft / Kinetische Energie der Drehbewegung. Massenträgheitsmoment / Arbeit und Leistung bei der Drehbewegung. Grundgesetz der Dynamik / Der Drehimpuls (Drall). Drehimpulserhaltungssatz / Kreiselbewegungen. Freie Achsen / Bewegung des symmetrischen Kreisels //12 Die Zustandsformen der Stoffe / Einteilung der Stoffe. Aggregatzustände / Der kristalline Aufbau der Festkörper / Bindungsarten //III Kontinua/Mechanik der deformierbaren Medien /13 Der deformierbare feste Körper / Elastische Verformung. HooKEsches Gesetz / Querkontraktion. Kompressibilität / Elastisches Verhalten bei Scherbeanspruchung / Der einachsige Spannungszustand / Dreiachsiger Spannungs- und Dehnungszustand / Zusammenhang zwischen Schubmodul, Elastizitätsmodul und POissoNscher Querkontraktionszahl / Plastische Verformung. Spannungs-Dehnungs-Diagramm / Härte fester Körper //14 Ruhende Flüssigkeiten und Gase / Druck in Flüssigkeiten (hydrostatischer Druck) / Schweredruck. Auftrieb. Schwimmstabilität / Druck in Gasen. Zusammenhang zwischen Druck, Volumen und Dichte / Schweredruck in Gasen. Barometrische Höhenformel / Erscheinungen an Grenzflächen. Kohäsion und Adhäsion / Spezifische Oberflächenenergie, Oberflächenspannung / Benetzung und Kapillarwirkung //15 Strömende Flüssigkeiten und Gase (Strömungsmechanik) / Das Strömungsfeld. Kennzeichnung und Einteilung von Strömungen / Strömungen idealer Flüssigkeiten und Gase. Kontinuitätsgleichung / Die BERNOULLische Gleichung. Druckmessung / Strömungen realer Flüssigkeiten und Gase. Laminare Strömung / Gesetze von HAGEN-POISEUILLE und Stokes / Umströmung durch reale Flüssigkeiten und Gase. / Die Bewegungsgleichung eines Fluids //IV Wärme/Thermodynamik und Gaskinetik /16 Verhalten der Körper bei Temperaturänderung / Die Temperatur und ihre Messung / Thermische Ausdehnung fester und flüssiger Körper / Durch Änderung der Temperatur bewirkte Zustandsänderungen der Gase. Der absolute Nullpunkt / Die thermische Zustandsgleichung des idealen Gases //17 Der I. Hauptsatz der Thermodynamik (Energiesatz) / Wärmemenge und Wärmekapazität / Innere Energie eines Systems. Formulierung des I. Hauptsatzes / Spezifische Wärmekapazität des idealen Gases. Kalorische Zustandsgleichung / Anwendung des I. Hauptsatzes auf spezielle Zustandsänderungen des idealen Gases / Zustandsänderungen des idealen Gases in offenen Systemen. Technische Arbeit. Enthalpie //18 Kinetische Gastheorie / Die Masse der Atome und Moleküle / Druck und mittlere quadratische Geschwindigkeit der Gasmoleküle. Grundgleichung der kinetischen Gastheorie / Die Geschwindigkeitsverteilung der Gasmoleküle / Molekularenergie und Temperatur. Wärmekapazität der Körper / Stoßzahl und mittlere freie Weglänge / Gemische idealer Gase. Gesetz von Dalton //19 Der II. Hauptsatz der Thermodynamik (Entropiesatz) / Der CARNOT-Kreisprozess. Wärmekraftmaschine, Kältemaschine und Wärmepumpe / Thermodynamische Temperatur / Reversible und irreversible Vorgänge. II. Hauptsatz / Entropie / Entropieänderung des idealen Gases. Irreversible Prozesse / Entropie und Wahrscheinlichkeit / III. Hauptsatz (Satz von der Unerreichbarkeit des absoluten Nullpunkts) //20 Reale Gase. Phasenumwandlungen / Die van-der-WÄALSsche Zustandsgleichung. Gasverflüssigung / JOULE-THOMSON-Effekt. Erzeugung tiefer Temperaturen / Gleichgewicht zwischen flüssiger und gasförmiger Phase. Sieden und Verdunsten / Gleichgewicht zwischen fester und flüssiger Phase. Koexistenz dreier Phasen / Lösungen. Siedepunktserhöhung, Gefrierpunktserniedrigung /21 Ausgleichsvorgänge / Wärmeleitung / Wärmeübergang, Wärmedurchgang, Konvektion /21.3 Diffusion //V Felder/Gravitation. Elektrizität und Magnetismus/22 Das Gravitationsfeld / Nahwirkungstheorie. Der Feldbegriff / Gravitationsfeldstärke» Gravitationspotenzial / Massen als Senken des Gravitationsfeldes / Grundaussagen der allgemeinen Relativitätstheorie //23 Das elektrostatische Feld / Die elektrische Ladung. Ladungsnachweis / Ladungen als Quellen bzw. Senken des elektrischen Feldes / Kraftwirkungen des elektrischen Feldes. Elektrische Feldstärke / Elektrostatisches Potenzial. Spannung / Elektrische Ladungen auf Leitern. Influenz / Elektrischer Fluss, Flussdichte / Das elektrische Zentralfeld (Punktladung und Punktladungssystem) / Kapazität. Kondensatoren //24 Das elektrische Feld in Isolatoren (Dielektrika) / Elektrische Polarisation der Dielektrika. Piezoelektrizität / Permittivität (Dielektrizitätskonstante), elektrische Suszeptibilität / Verhalten von D und E an der Grenzfläche zweier Medien / Energieinhalt des elektrischen Feldes //25 Der Gleichstromkreis / Das stationäre elektrische Feld in einem Leiter / Stromstärke, Spannung, Widerstand. OHMsches Gesetz / Schaltungen und Messmethoden / Arbeit und Leistung elektrischer Gleichströme //26 Elektrische Leitungsvorgänge in Festkörpern und Flüssigkeiten / Klassische Theorie der freien Elektronen in Metallen / Thermoelektrische Effekte / Elektrokinetische Effekte / Elektrolytische Stromleitung. FARADAYsche Gesetze / Elektrochemische Spannungsquellen //27 Elektrische Leitungsvorgänge im Vakuum und in Gasen / Bewegung freier Ladungsträger im elektrischen Feld / Ladungsträgerinjektion, Katodenstrahlen / Gasentladungen / Plasmaströme //28 Das magnetostatische Feld der Dipole und Gleichströme / Analogien und Unterschiede zum elektrostatischen Feld / Kraftwirkungen des magnetischen Feldes auf magnetische Dipole. Magnetische Feldstärke / Das Magnetfeld eines geraden Stromleiters. Durchflutungsgesetz / Einfache Feldberechnungen / Magnetische Flussdichte (Induktion) / Kraftwirkungen des magnetischen Feldes auf Stromleiter / Bewegung freier Ladungsträger im magnetischen Feld. / Galvano- und thermomagnetische Effekte. HALL-Effekt. Quanten-HALL-Effekt //29 Das magnetische Feld in Stoffen / Magnetische Polarisation der Stoffe / Magnetisierung der Ferromagnetika. Hysterese / Der magnetische Kreis. Entmagnetisierung //30 Elektromagnetische Induktion / Das FARADAYsche Induktionsgesetz / Selbstinduktion / Energieinhalt des magnetischen Feldes / Elektromagnetische Induktion in einem bewegten Leiter //31 Der Wechselstromkreis / Wechselspannung, Wechselstrom, Dreiphasenstrom / Arbeit und Leistung elektrischer Wechselströme / Wechselstromwiderstände. OHMsches Gesetz für Wechselstrom / Der Transformator / Anharmonische Wechselströme in der Elektronik / Gleichrichter und Verstärker. Elektronische Bauelemente //32 Die MAXWEllxschen Gleichungen / Wirbel des magnetischen Feldes. Verschiebungsstrom / Wirbel des elektrischen Feldes. Wirbelströme / Elektromagnetisches Feld. System der MAXWELLschen Gleichungen / Relativistische Elektrodynamik //VI Wellen/Mechanische und elektromagnetische Schwingungen und Wellen/33 Mechanische Schwingungen / Lineare Federschwingungen / Energiebilanz des harmonischen Oszillators / Drehschwingungen / Pendelschwingungen / Freie gedämpfte Schwingungen / Erzwungene Schwingungen //34 Elektrische Schwingungen / Der geschlossene Schwingkreis / Strom- und Spannungsresonanz / Erzeugung ungedämpfter elektrischer Schwingungen //35 Überlagerung harmonischer Schwingungen / Überlagerung zweier Schwingungen längs gleicher Richtung / Gekoppelte Schwingungen / Überlagerung zweier Schwingungen längs aufeinander senkrechter Richtungen / Überlagerung von harmonischen zu anharmonischen Schwingungen / Nichtlineare Schwingungen. Deterministisches Chaos //36 Allgemeine Wellenlehre / Zusammenhang von Schwingungen und Wellen / Die eindimensionale Wellengleichung und ihre allgemeine Lösung / Transversal- und Longitudinalwellen / Stehende Wellen. Eigenschwingungen / Wellenausbreitung in ausgedehnten Medien //37 Schallwellen (Akustik) / Wellenausbreitung im Schallfeld. Phasengeschwindigkeit / Schallfeldgrößen / Schallquellen. Ton, Klang, Geräusch / Schallempfänger und Gehör. Schallpegel und Lautstärke / Stehende Schallwellen / DOPPLER-Effekt / MACHscher Kegel //38 Elektromagnetische Wellen / Ausbreitung elektromagnetischer Wellen entlang von Leitungen / Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im freien Raum / Erzeugung und Nachweis elektromagnetischer Wellen / Die Entdeckung der elektromagnetischen Wellen (H. Hertz, 1888) / Das elektromagnetische Spektrum //39 Einfluss von Stoffen auf die Wellenausbreitung / Absorption und Streuung / Phasengeschwindigkeit und Dispersion. Gruppengeschwindigkeit / HüYGENSsches Prinzip / Reflexion und Brechung (Refraktion). Totalreflexion / Optische Dispersion. Prisma, Spektral- und Körperfarben //40 Strahlenoptik (Geometrische Optik) / Lichtstrahlen. FERMATsches Prinzip / Reflexion und Brechung von Lichtstrahlen / Abbildung durch Spiegel (ebener und gekrümmte Spiegel) / Abbildung durch Linsen (dünne und dicke Linsen, Linsensysteme) / Das Auge und der Sehvorgang / Optische Geräte zur Sehwinkelvergrößerung (Lupe, Mikroskop, Fernrohr) / Abbildungsfehler //41 Wellenoptik / Interferenz. Interferenzbedingungen / Interferenzen gleicher Neigung und gleicher Dicke / Beugung (Diffraktion). Das Beugungsphänomen / FRAUNHOFERsche Beugung am Spalt und an der Lochblende / Auflösungsvermögen optischer Geräte. Holografie / FRAUNHOFERsche Beugung am Strichgitter / Spektrometer / Beugung von RÖNTGENStrahlen am Raumgitter der Kristalle / Polarisation. Polarisation des Lichts durch Reflexion und Brechung / 0 Polarisation durch Doppelbrechung / 1 Interferenz des polarisierten Lichts / 2 Drehung der Schwingungsebene des polarisierten Lichts / 3 Nichtlineare Optik //VII Quanten/Struktur und Eigenschaften der Materie /42 Die Gesetze der Strahlung / Das Wesen der Temperaturstrahlung (Wärmestrahlung) / Strahlungsphysikalische Größen / Emission und Absorption von Strahlung. KiRCHHOFFsches Strahlungsgesetz / Das PLANCKsche Strahlungsgesetz / Folgerungen aus dem PLANCKschen Strahlungsgesetz / Lichttechnische Größen (Photometrie) / Zusammenhang zwischen strahlungsphysikalischen und lichttechnischen Größen //43 Der Welle-Teilchen-Dualismus der Mikroobjekte / Die Teilchennatur des Lichts. Lichtquanten (Photonen) / Der lichtelektrische Effekt (Photoeffekt) / Der COMPTON-Effekt / Rückstoß durch Quantenemission. MÖSSBAUER-Effekt / Die Wellennatur der Teilchen / Das HEISENBERGsche Unbestimmtheitsprinzip (Unschärferelation) //44 Atombau und Spektren / Die Streuexperimente von Lenard und Rutherford. Das RUTHERFORDsche Atommodell / Das Spektrum des Wasserstoffatoms / Das BOHRsche Atommodell / Die Spektren der Alkaliatome. Bahndrehimpulsquantenzahl / Richtungsquantelung des Bahndrehimpulses der Elektronen / Das magnetische Bahnmoment der Elektronen. BOHRsches Magneton / Elektronenspin und magnetisches Spinmoment. Die Feinstruktur der Atomspektren / Mehrelektronensysteme / Aufspaltung der Spektrallinien im Magnetfeld / 0 Das PAULI-Prinzip und das Periodensystem der Elemente / 1 Die RÖNTGENspektren und ihre Deutung / 2 Absorption und Streuung von / 3 Induzierte Emission. Maser und Laser //45 Wellenmechanik / Die Schrödinger-Gleichung / Elektron im Kastenpotenzial / Das wellenmechanische Bild des Atoms / Der Tunneleffekt //46 Elektrische und magnetische Eigenschaften von Festkörpern / Elektrische Leitfähigkeit. Das Modell des Elektronengases / Bändermodell des Festkörpers. Metalle, Halbleiter, Isolatoren / Elektrische Ströme in Halbleitern. Eigenleitung, Störstellenleitung / Der / Halbleiterdiode, Transistor / Magnetische Eigenschaften. Dia- und Paramagnetismus / Ferromagnetismus, Antiferro- und Ferrimagnetismus / Supraleitung. Der / Supraflüssigkeit //47 Atomkerne / Masse, Ladung und Zusammensetzung der Kerne / Isotope / Isobare, Isotone, Nuklide, Isomere / Massendefekt und Bindungsenergie der Kerne / Stabilitätskriterien. Kernsystematik / Kernkräfte / Kernmodelle //48 Die natürliche Radioaktivität / Dera-Zerfall der schweren Kerne / Der ß-Zerfall. Gammastrahlung / Das Zerfallsgesetz. Spezifische Aktivität / Radioaktive Zerfallsreihen und radioaktives Gleichgewicht / Dosimetrie und biologische Wirkung ionisierender Strahlung //49 Künstliche Kernumwandlungen / Arten künstlicher Kernumwandlungen / Massen- und Energiebilanz von Kernreaktionen. Wirkungsquerschnitt / Kernspaltung. Gewinnung von Kernspaltungsenergie / Arten von Kernreaktoren / Kernfusion //50 Elementarteilchen / Entwicklung zum Teilchen- „Zoo / Erhaltungssätze für Baryonenladung, Leptonenladung, Isospin, Strangeness und Hyperladung / Die elementaren Teilchen: Leptonen und Quarks / Zusammengesetzte Elementarteilchen. Hadronen / Die elementaren Kräfte (Wechselwirkungen). Feldquanten / Standardmodell der Teilchenphysik. Vereinheitlichte Theorie der elementaren Kräfte / Kosmologie. Dunkle Materie und Dunkle Energie //A ANHANG: Fehlerrechnung (Messabweichungen) /A.1 Arten und Ursachen von Messabweichungen /A.2 Ermittlung von Messergebnis und Messabweichung /A.3 Zufallsstreuung von Messwerten /A.4 Fehlerfortpflanzung /A.5 Geradenausgleich (lineare Regression). Korrelation