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2023 | Buch

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Grundlagen der Physik

kurz und knapp

verfasst von: Klaus Lüders

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Physikalische Grundlagen stehen am Anfang der meisten Ingenieur- und Naturwissenschaften bis hin zur Medizin. Dieses Lehrbuch enthält die wichtigsten Grundlagen der Mechanik, Elektrizität, Optik und Wärme sowie exemplarisch einige Fakten der Atom- und Kernphysik. Kurz und knapp werden die physikalischen Begriffe und Gesetze dargestellt und erläutert. Auf die in der Physik üblichen exakten mathematischen Formulierungen wird dabei nicht verzichtet. Mathematische Einschübe geben, wenn nötig, Hilfestellung. Typische Merkmale der Physik werden vermittelt, wie z.B. Vorgehensweisen bei Ableitungen von Gesetzen, Querverbindungen oder die Beschreibung von Materialeigenschaften. Viele übersichtliche Abbildungen und einfache Beispiele sind zum leichteren Verständnis eingefügt, ebenso wie über 50 Aufgaben mit Lösungen zur Vertiefung und Nacharbeitung des Stoffes.

Die vorliegende 4. Auflage wurde gründlich überarbeitet und neu geschrieben. Sie wendet sich an Studierende mit Physik als Nebenfach ebenso wie an alle, die bei ihrer Arbeit mit Physik konfrontiert sind.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Mechanik

Zusammenfassung

Neben der Einführung physikalischer Größen und ihrer Verwendung in Größengleichungen wird zunächst die Beschreibung von Bewegungen punktförmiger Körper auf geraden und kreisförmigen Bahnen besprochen. Als erste physikalische Gesetze folgen die Erhaltungssätze von Impuls und Energie. Nach Einführung von Kräften werden ausführlich Bewegungsgleichungen am Beispiel des freien Falls und verschiedener Schwingungen besprochen. Dies geschieht unter Einbeziehung von Drehbewegungen über gedämpfte bis hin zu erzwungenen Schwingungen. Es folgen beschleunigte Bezugssysteme und elastische Eigenschaften von Festkörpern. Schließlich kommen am Beispiel von Flüssigkeiten und Gasen Begriffe wie Druck und Auftrieb sowie Strömungsgesetze und Oberflächenspannung zur Sprache. Mathematische Einschübe beziehen sich auf Funktionen und Vektoren.

Klaus Lüders

Kapitel 2. Elektrizität

Zusammenfassung

Zunächst werden die elektrischen Grundbegriffe Ladung, Strom, Potential und Spannung eingeführt. Es folgen das elektrische und magnetische Feld sowie ihre Beschreibung mithilfe der Maxwell’schen Gleichungen. Ein mathematischer Einschub dazu behandelt das Flächenintegral. Dann werden die Vorgänge der Influenz und Induktion sowie ausführlich Wechselströme und deren Widerstände besprochen, woran sich elektrische Schwingungen mit der Analogie zu harmonischen Schwingungen in der Mechanik anschließen. Schließlich geht es um den Einfluss von Materie auf elektromagnetische Phänomene. Das wird an Beispielen erläutert wie dem Kondensator, der elektrischen Leitfähigkeit sowie dem Verhalten von Materie in elektrischen und magnetischen Feldern.

Klaus Lüders

Kapitel 3. Optik

Zusammenfassung

Diesem Kapitel ist zunächst ein allgemeiner Abschnitt über Wellen vorangestellt, um dann speziell auf elektromagnetische Wellen einzugehen, wozu ja auch die Lichtwellen gehören. Danach werden die auf der Wellennatur des Lichtes beruhenden optischen Erscheinungen besprochen, wie Interferenz, Beugung, Reflexion und Brechung. Daraus ergeben sich die Strahlengänge von Linsen und ihre Anwendung bei Abbildungen bis hin zu optischen Instrumenten, wie Lupe, Fernrohr und Mikroskop. Der im Vergleich mit der Vergrößerung wichtigere Begriff des Auflösungsvermögens wird ausführlich besprochen. Schließlich wird noch kurz auf polarisiertes Licht eingegangen.

Klaus Lüders

Kapitel 4. Wärme

Zusammenfassung

Im Zusammenhang mit den Eigenschaften idealer Gase werden grundlegenden Begriffe der Wärmelehre, wie Temperatur, Wärmeenergie, innere Energie, Stoffmenge und spezifische Wärme eingeführt. Die Zustandsänderungen der Gase einschließlich realer Gase werden anhand von Druck-Volumen-Diagrammen erläutert und im Zusammenhang mit der kinetischen Gastheorie diskutiert. Auch auf den Inhalt der beiden Hauptsätze der Wärmelehre wird ausführlich eingegangen und im Zusammenhang damit speziell auf den Begriff der Entropie. Kurz kommen auch Mechanismen der Wärmeleitung zur Sprache.

Klaus Lüders

Kapitel 5. Atom- und Kernphysik

Zusammenfassung

Hier werden nur einige Beispiele herausgegriffen: Zunächst der Photoeffekt und der Compton-Effekt und ihre Bedeutung für den Welle-Teilchen-Dualismus, dann einige Methoden zur Strukturuntersuchung, wie Röntgen- und Neutronen-Beugung sowie Elektronen- und Raster-Tunnel-Mikroskopie, die Begriffe Spin und magnetisches Moment einschließlich Kernresonanz (NMR) und schließlich einige Eigenschaften von Atomen und Elementarteilchen.

Klaus Lüders

Backmatter

Titel: Grundlagen der Physik
verfasst von: Klaus Lüders
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-66364-6
Print ISBN: 978-3-662-66363-9
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-66364-6

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