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1982 | Buch

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Physik und Physikalisches Praktikum

Mit Fehlerrechnung und Statistik Ein Lehrbuch speziell für MTA

verfasst von: Dr. rer. nat. Bernd Ramm

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Professional Book Archive

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Über dieses Buch

Es gibt in der Bundesrepublik bisher kein Physildehrbuch, das speziell auf die Bedürf­ nisse von MTA-Schüler(innen) zugeschnitten ist. Dieser Zustand ist sowohl für die Lernenden als auch für die Lehrkräfte gleichermaßen unerfreulich. Dies ist der Grund für das Entstehen dieses Buches. Es soll den MTA-Schülerinnen und -Schülern er­ möglichen, sich neben dem Unterricht in einer verständlichen, ausführlichen und ihrem Niveau entsprechenden Darstellung mit der Physik vertraut zu machen. Wir haben außerdem den in Physikbüchern bisher nicht üblichen Versuch gemacht, neben dem Vorlesungsstoff ein dazu passendes Praktikum darzustellen und zwar mit echten Meßergebnissen sowie mit der dazugehörigen Auswertung und der entsprechenden Fehlerrechnung. Wir stellen Ihnen dazu insgesamt 23 Praktikumsversuche vor. Die Messungen sowie Auswertungen des Praktikumteils sind von den Schülerinnen und Schülern der Lette­ Schule in Berlin unter Aufsicht des Autors durchgeführt worden. Um den Bedürfnissen besonders derjenigen zu entsprechen, für die dieses Buch gedacht ist, nämlich der MT A, haben wir zwei Schülerinnen der Lette-Schule als Mitarbeiterinnen gewinnen können. Sie haben geholfen, das vorliegende Buch - was Gliederung, Darstellung und Verständlichkeit angeht - mitzugestaIten. Die beiden haben inzwischen ihr Examen abgelegt. Viele Lehrende sind im MTA-Unterricht häufig nur nebenberuflich tätig. Ihnen soll das vorliegende Buch ein wenig helfen, einen möglichst optimalen Unterricht bieten zu können. Vielleicht läßt sich in der Bundesrepublik mit Hilfe dieses Buches auf dem Gebiet des Physikunterrichts für das medizinische Fachpersonal eine gewisse Verein­ heitlichung erreichen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Einleitung
Zusammenfassung
Dem vorliegenden Buch liegt die folgende Konzeption zugrunde: Am Beginn werden die Basisgrößen neben ihren Einheiten erklärt. Es wird erläutert, was eine physikalische Größe ist, und anhand von vielen Praktikumsaufgaben wird deutlich, wie sie gemessen werden kann. Eine ausführliche Diskussion der statistischen Gesetzmäßigkeiten erleichtert die Auswertung. Auf den Basiseinheiten aufbauend, werden die wichtigsten Größen der Mechanik sowie die wichtigsten physikalischen Gesetze abgehandelt.
Bernd Ramm
1. Grundlagen der Statistik
Zusammenfassung
Für das Verständnis der folgenden Überlegungen gehen wir exemplarisch von der Längenmessung aus. Selbstverständlich sind die dabei gewonnenen Erkenntnisse prinzipiell auf die Messung jeder anderen Größe übertragbar.
Bernd Ramm
2. Einheiten der Physik
Zusammenfassung
Die Physik besteht in der Hauptsache im Auffinden von physikalischen Gesetzmäßigkeiten, wozu das Messen physikalischer Größen notwendig ist. Dazu werden Einheiten benötigt. Bevor wir mit der Erklärung und Definition von bestimmten Einheiten beginnen, sollen einige historische Anmerkungen gemacht werden.
Bernd Ramm
3. Physik fester Körper
Zusammenfassung
In Kap. 2 haben wir die Basisgrößen nebst ihren gesetzlichen Einheiten besprochen. Zusätzlich haben wir eine Reihe von statistischen Zusammenhängen dargestellt. In den nun folgenden Kapiteln sollen zusammengesetzte physikalische Größen mit ihren Einheiten dargestellt und diskutiert werden.
Bernd Ramm
4. Physik von Gasen und Flüssigkeiten
Zusammenfassung
Der Quotient aus der senkrecht auf eine Fläche A wirkenden Kraft F und der Fläche A wird als Druck bezeichnet:
Bernd Ramm
5. Wärmelehre
Zusammenfassung
In Kap. 2.2.5 ist bereits einiges über Wärme gesagt worden. Es wurde dort festgestellt, daß Wärme eine spezielle Energieform ist. Die kinetische Energie der Moleküle eines Stoffes ist dabei ein Maß für die Wärmemenge, die dieser Stoff besitzt.
Bernd Ramm
6. Drehbewegungen
Zusammenfassung
Wenn sich ein Körper statt auf einer Geraden auf einer Kreisbahn bewegt, so ergeben sich eine Reihe von Gesetzmäßigkeiten, auf die in den folgenden Kapiteln eingegangen werden soll.
Bernd Ramm
7. Schwingungen und Wellen
Zusammenfassung
Wir haben bereits eine Schwingung kennengelernt, und zwar in Kap. 3.2.1 die Schwingung des mathematischen Pendels zur Bestimmung der Erdbeschleunigung g. Im folgenden sollen die physikalischen und mathematischen Gesetzmäßigkeiten von Schwingungen und Wellen allgemein betrachtet werden.
Bernd Ramm
8. Elektrizitätslehre, Gleichstrom
Zusammenfassung
Die Grundlage der gesamten Elektrizitätslehre sind elektrische Ladungen. In 2.2.6 haben wir bereits ausführlich über Ladungen und Ströme gesprochen. Daher sollen an dieser Stelle die wichtigsten Tatsachen nur noch kurz wiederholt werden. Eine Ladung besitzt entweder ein positives oder ein negatives Vorzeichen. Die kleinste bekannte Ladung ist die Ladung eines Elektrons (e−) bzw. die des Protons (e+, p+). Eine bestimmte Menge Ladungen, nämlich 0,624·1019 e−, bezeichnet man als Coulomb.
Bernd Ramm
9. Elektrizitätslehre, Wechselstrom
Zusammenfassung
Bisher haben wir stets vorausgesetzt, daß Strom und Spannung konstant sind (wir es also mit Gleichstrom zu tun haben). Das ist aber in sehr vielen Fällen der täglichen Praxis sowie bei vielen elektrischen bzw. elektronischen Schaltkreisen nicht der Fall. Spannung und Strom ändern sich mit der Zeit. Das kann periodisch, wie z.B. sinusförmig, oder in anderer Form geschehen. Die in Abb. 83a-e dargestellten zeitlichen Verläufe sind nur ein paar Beispiele, wie sich eine Spannung zeitlich ändern kann. Alles sind Wechselspannungen. Da aber der Spannungsverlauf nach Abb. 83 a derjenige ist, der am meisten verwendet wird und der aus den „Steckdosen kommt“, soll auf ihn besonders eingegangen werden. Wenn wir im folgenden von Wechselstrom(-spannung) sprechen, so ist stets ein Verlauf nach Abb. 83a gemeint.
Bernd Ramm
10. Elektronik, Halbleiterelemente
Zusammenfassung
Die elektronischen Halbleiterelemente spielen u.a. in der medizinischen Meßtechnik eine sehr große Rolle. Es gibt keinen Taschenrechner, keine γ-Kamera, keine Röntgenanlage, in der sich nicht Halbleiterelemente befinden. So ist es heute bereits möglich, auf einem Halbleiterchip von einigen mm2 Fläche einige zigtausend Schaltelemente wie Transistoren, Dioden, Kondensatoren und Widerstände unterzubringen. So besitzen LSI-Chips (Large Scale Integration) auf ca. 4 mm2 rund 65 000 Elemente, VLSI-Chips (Very Large Scale Integration) sogar ca. 2 Millionen auf rund 10 mm2. Früher mit der Röhrentechnik hätte diese Anzahl an Schaltelementen große Räume erfordert. Da die Röhrentechnik heute keine kommerzielle Rolle mehr spielt, werden wir im folgenden nicht mehr darauf eingehen; mit Ausnahme einiger spezieller Röhren wie der Oszillographenröhre (Braunsche Röhre) oder der Röntgenröhre. Bevor wir uns mit einigen speziellen Halbleiterelementen beschäftigen können, ist es notwendig, einige Tatsachen über Leiter, Nichtleiter (Isolatoren) und Halbleiter darzustellen.
Bernd Ramm
11. Optik
Zusammenfassung
Die Optik befaßt sich mit den physikalischen Eigenschaften von sichtbarem Licht. Sichtbares Licht ist eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge λ zwischen etwa 380 nm (= 0,38 µm) und 780 nm (= 0,78 µm). Licht mit einer Wellenlänge von 380 nm wird vom menschlichen Auge als violett empfunden, mit einer Wellenlänge von 780 nm als rot. Licht mit einer Wellenlänge, die kleiner ist als 380 nm, liegt im ultravioletten Bereich (UV); Licht mit einer größeren Wellenlänge als 780 nm im Infraroten (IR). Sowohl UV als auch IR werden in der Medizin genutzt, können aber vom menschlichen Auge nicht mehr wahrgenommen werden. Es gibt jedoch Augen, z.B. die von bestimmten Insekten, die auch noch im UV-Bereich sehen können. Infrarot ist reine Wärmestrahlung.
Bernd Ramm
12. Strahlenphysik
Zusammenfassung
Es gibt natürliche und künstliche Radioaktivität. Physikalisch besteht zwischen beiden Arten von Strahlung keinerlei Unterschied. Der einzige Unterschied besteht darin, daß natürliche Radioaktivität von Substanzen herrührt, die seit der Entstehung der Welt „von selbst“ strahlen. Künstlich erzeugte radioaktive Substanzen dagegen müssen erst durch spezielle Prozesse, wie z.B. durch Neutronenbestrahlung in einem Reaktor, radioaktiv gemacht werden. Danach verhalten sie sich exakt so wie natürliche radioaktive Substanzen.
Bernd Ramm
13. Dosimetrie
Zusammenfassung
Die Dosimetrie ist der Bereich der Physik, der sich mit der Definition und der Messung einer Reihe von Größen der ionisierenden Strahlung beschäftigt. Wenn ionisierende Strahlung auf Materie auftrifft, so überträgt sie Energie. Diese Energieübertragung auf die Materie kann z.B. in der Bildung von Ionen und Elektronen, in der Erzeugung von Wärme oder in der Bildung von angeregten Zuständen des Kerns oder der Hülle bestehen.
Bernd Ramm
Backmatter
Metadaten
Titel
Physik und Physikalisches Praktikum
verfasst von
Dr. rer. nat. Bernd Ramm
Copyright-Jahr
1982
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-642-68398-5
Print ISBN
978-3-540-11245-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-68398-5