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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Einleitung

1. Größen und Einheiten

Zusammenfassung
Die Physik ist eine grundlegende Naturwissenschaft. Sie beschäftigt sich mit den Bestandteilen der Materie, ihren Wechselwirkungen und Eigenschaften.
Werner Stolz

Mechanik

Bewegungen

Zusammenfassung
Wenn sich ein Körper bewegt, so verändert er gegenüber einem anderen Körper seinen Ort. Jede Bewegung ist eine Relativbewegung. Es wird willkürlich angenommen, daß der Bezugskörper ruht. Ihm wird ein dreidimensionales Koordinatensystem, das Bezugssystem, zugeordnet. Es dient der Lagebeschreibung der bewegten Körper. Zur Darstellung von Bewegungen auf der Erde wird meist die ruhend gedachte Erdoberfläche als Bezugssystem gewählt.
Werner Stolz

3. Newtonsche Axiome

Zusammenfassung
Die Ursache für die Bewegungsänderung eines Körpers heißt Kraft. Kräfte bewirken beschleunigte Bewegungen (dynamische Wirkung, s. 3.2). Jede Kraft rührt von einem anderen Körper her und besitzt einen Angriffspunkt. Da Bewegungsänderungen gerichtet erfolgen, ist die Kraft eine vektorielle Größe.
Werner Stolz

4. Arbeit, Energie, Leistung

Zusammenfassung
Verschiebt man einen Körper (Massenpunkt) unter der Einwirkung einer Kraft F um eine Wegstrecke s, so wird die Arbeit W verrichtet.
Werner Stolz

5. Impuls

Zusammenfassung
Das Produkt von Masse und Geschwindigkeit
$$ {\text{p = mv}} $$
eiß Impuls des Massenpunktes.
Werner Stolz

6. Bewegung starrer Körper

Zusammenfassung
Bisher wurde die Bewegung von Massenpunkten behandelt. In vielen Fällen ist es jedoch nicht gerechtfertigt, die räumliche Ausdehnung der Körper zu vernachlässigen. Ein ausgedehnter Körper kann als System aus einer endlichen Anzahl von Massenpunkten aufgefaßt werden. Wenn sich die gegenseitige Lage dieser Massenpunkte bei der Einwirkung äußerer Kräfte nicht ändert, spricht man vom starren Körper.
Werner Stolz

7. Schwingungen und Wellen

Zusammenfassung
Periodisch hin- und hergehende Bewegungen von Massenpunkten werden Schwingungen genannt.
Werner Stolz

Wärme

8. Zustandsgrößen

Zusammenfassung
Das Volumen (Rauminhalt) V eines Körpers ist der von seiner Oberfläche eingeschlossene Teil des Raumes.
Werner Stolz

9. Zustandsänderungen

Zusammenfassung
Berühren sich zwei Körper unterschiedlicher Temperatur, so geht Energie (Wärme) vom wärmeren Körper zum kälteren über. Die Wärmemenge Q ist eine Form der Energie. Ihre Einheit stimmt mit der Einheit der mechanischen Arbeit überein.
Werner Stolz

Elektrizität und Magnetismus

10. Elektrostatik

Zusammenfassung
Es gibt zwei verschiedene Arten der elektrischen Ladung Q. Sie werden durch ihr Vorzeichen, positiv (+) oder negativ (-), voneinander unterschieden. Jede elektrische Ladung ist an eine Masse gebunden. Der Quotient aus Ladung und Masse des Körpers heißt spezifische Ladung Q/m.
Werner Stolz

11. Elektrischer Strom

Zusammenfassung
Besteht zwischen den Enden eines elektrischen Leiters eine Potentialdifferenz, so herrscht in seinem Inneren ein elektrisches Feld der Stärke E. Auf freie Ladungsträger wird die Kraft F = Q E ausgeübt, so daß sie sich bewegen.
Werner Stolz

12. Elektromagnetische Induktion

Zusammenfassung
Magnetischer Fluß. Das Produkt aus der magnetischen Flußdichte B eines homogenen Feldes und der von ihr senkrecht durchsetzten Fläche A ergibt eine weitere Feldgröße, den magnetischen Fluß:
$$ \varphi = BA. $$
Werner Stolz

Optik

13. Geometrische Optik

Zusammenfassung
Licht ist eine elektromagnetische Wellenerscheinung. Mit dem Auge ist nur ein schmaler Wellenlängenbereich zwischen 380 und 780 nm wahrnehmbar. Es breitet sich im Vakuum mit der Geschwindigkeit
$$ C_0 = \frac{1} {{\sqrt {\varepsilon _0 \mu _0 } }} = 2,99792458\cdot10^8 \,m/s $$
aus. Im stofferfüllten Raum ist die Lichtgeschwindigkeit kleiner als im Vakuum. Es gilt die Beziehung
$$ C = \frac{{C_0 }} {{\sqrt {\varepsilon _r \mu _r } }} = \frac{{C_0 }} {n} < C_0 $$
Werner Stolz

14. Wellenoptik

Zusammenfassung
Interferenz und Beugung sind zwingende Beweise für die Wellennatur des Lichtes (s. 7.5 und 7.6). Das Zustandekommen optischer Interferenzerscheinungen ist jedoch an die zusätzliche Voraussetzung der Kohärenz geknüpft.
Werner Stolz

15. Quantenoptik

Zusammenfassung
Mit den Vorstellungen der Strahlen- und Wellenoptik lassen sich nicht alle Erscheinungen des Lichtes verstehen. Die Entstehung von Licht, seine Absorption und die Wechselwirkungen mit Atomen können nur erklärt werden, wenn man Licht als einen Strom diskreter Teilchen bestimmter Energie auffaßt. Licht besitzt Wellen- und Teilcheneigenschaften (Welle- Teilchen-Dualismus).
Werner Stolz

Atome

16. Atomhülle

Zusammenfassung
Die Atome sind die kleinsten mit chemischen Mitteln nicht weiter zerlegbaren Teilchen eines chemischen Elementes. Ihr Durchmesser beträgt etwa 10-10 m. Jedes Atom besteht aus einer Elektronenhülle und einem positiv geladenen Kern. Die positive Kernladung +Z e wird durch die Summe der negativen Ladungen aller Hüllenelektronen -Z e kompensiert. Die Elektronen in der Atomhülle bestimmen die chemischen und viele physikalische Eigenschaften des betreffenden Elementes. Ihre Anzahl Z heißt Ordnungszahl. Sie gibt die Stellung des Elementes im Periodensystem an. Der Atomkern ist aus Nukleonen aufgebaut (s. 17.1). Die Gesamtzahl der Nukleonen wird Nukleonenzahl A genannt.
Werner Stolz

17. Atomkern

Zusammenfassung
Atomkerne bestehen aus zwei Arten von Nukleonen, den positiv geladenen Protonen (Qp = +e) und den ungeladenen Neutronen (Qn = 0). Die Protonen- oder Kernladungszahl Z ist identisch mit der Ordnungszahl (s. 16.1). Die Zahl der Neutronen im Kern heißt Neutronenzahl N. Somit gilt für die Nukleonenzahl
$$ {\text{A = Z + N }}{\text{.}} $$
Werner Stolz

Festkörper

18. Struktur fester Körper

Zusammenfassung
Im Gegensatz zu Flüssigkeiten und Gasen setzen Festkörper der Änderung ihrer Gestalt einen großen Widerstand entgegen. Viele feste Materialien, die als Werkstoffe oder zur Herstellung elektronischer und optischer Bauelemente dienen, gehören zu den kristallinen Substanzen. Sie schmelzen bei einer genau definierten Temperatur. Ideale Kristalle sind dadurch gekennzeichnet, daß ihre Bausteine (Atome, Atomgruppen, Ionen) räumlich periodisch angeordnet sind. Diese räumliche Periodizität reicht über makroskopische Dimensionen hinweg. Es liegt eine sogenannte Fernordnung vor, die mit Hilfe der Röntgen-, Elektronen- oder Neutronenbeugung nachgewiesen werden kann. Erstreckt sich die regelmäßige Anordnung der Kristallbausteine über große Volumina, so liegen Einkristalle vor.
Werner Stolz

19. Mechanische Eigenschaften

Zusammenfassung
Unter dem Einfluß äußerer Kräfte ändert sich die Gestalt fester Körper. Sind die Kräfte hinreichend klein, verschwinden die Formänderungen nach Beendigung der Krafteinwirkung vollständig. Solche reversiblen Verformungen bezeichnet man als elastische Deformationen.
Werner Stolz

20. Elektrische Eigenschaften

Zusammenfassung
Metalle besitzen eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Sie beruht auf der Wanderang freier Elektronen. Im Mittel gibt jedes Atom ein Elektron an das Kristallgitter ab. Diese Leitungselektronen bewegen sich völlig ungeordnet wie die Moleküle eines Gases. Die Vorstellung des “Elektronengases” liegt der 1902 von P. DRUDE entwickelten klassischen Theorie der metallischen Leitfähigkeit zu Grund.
Werner Stolz

Flüssigkeiten

21. Ruhende Flüssigkeiten

Zusammenfassung
In Festkörpern ist die Lage der Atome im Wesentlichen unveränderlich, wenn man von Schwingungsbewegungen mit kleiner Amplitude absieht. Die Moleküle in einer Flüssigkeit lassen sich dagegen leicht gegeneinander verschieben. Bei vorgegebenem Volumen ist daher die Gestalt einer Flüssigkeit stark von äußeren Krafteinwirkungen abhängig. Aus der leichten Verschiebbarkeit der Teilchen folgt:
Die Oberfläche einer Flüssigkeit steht stets senkrecht zu der auf die Flüssigkeit wirkenden Gesamtkraft.
Werner Stolz

22. Grenzflächeneffekte

Zusammenfassung
Die anziehenden Molekularkräfte zwischen gleichartigen Molekülen eines Stoffes heißen Kohäsionskräfte. Sie sind im Wesentlichen elektrischer Natur (van-der-Waals-Kräfte). Die Gravitationskräfte zwischen den Molekülen sind vernachlässigbar klein. Kohäsion wird vor allem bei Festkörpern und Flüssigkeiten beobachtet. Die anziehenden Kräfte zwischen Molekülen verschiedener Stoffe nennt man Adhäsionskräfte.
Werner Stolz

23. Strömende Flüssigkeiten

Zusammenfassung
Strömungsvorgänge sind immer mit einem Massentransport verbunden. Ein anschauliches Bild einer Strömung ergibt sich, wenn man zum gleichen Zeitpunkt an alle Teilchen die Geschwindigkeitsvektoren v anträgt. Diese Vektoren werden so zu Stromlinien zusammengefasst, dass deren Tangenten in jedem Raumpunkt mit der Geschwindigkeitsrichtung zusammenfallen. Bei stationären Strömungen ändert sich das Strömungsbild zeitlich nicht. Die reibungsfreie Strömung inkompressibler Flüssigkeiten wird als ideale Strömung bezeichnet.
Werner Stolz

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