Inhaltsverzeichnis 1 2 3 4 - Wiley-VCH

Inhaltsverzeichnis
1--15
16--18
19--21
22--34
35--37
38--45
Mechanik
Schwingungen und Wellen
Thermodynamik
Elektrostatik und Elektrodynamik
Optik
Jenseits der klassischen Physik
1
3
Messung und Maßeinheiten
Vektoren
1-1
Dinge messen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-2
Das internationale Einheitensystem SI . . .
1-3
Einheiten umwandeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-4
Länge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-5
Zeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-6
Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
Geradlinige Bewegung
2-1
2-2
2-3
2-4
2-5
2-6
Bewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ort und Verschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Durchschnittsgeschwindigkeit. . . . . . . . . . . . . .
Momentangeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Beschleunigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gleichmäßig beschleunigte Bewegung:
Ein Sonderfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-7
Ein weiterer Zugang zur gleichmäßig
beschleunigten Bewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-8
Der freie Fall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-1
Vektoren und Skalare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-2
Geometrische Addition von Vektoren . . . . .
3-3
Komponenten von Vektoren . . . . . . . . . . . . . . . .
3-4 Einheitsvektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-5
Vektoren komponentenweise addieren . . .
3-6
Vektoren und physikalische Gesetze . . . . . .
3-7
Multiplikation von Vektoren . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-8 Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-9
Partielle Ableitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-10 Der Gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-11
Die Divergenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-12 Die Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-13 Zweite Ableitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-14 Komplexe Zahlen und Funktionen . . . . . . . . .
1 4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 4 Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 5 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
21
2
2
3
5
6
9
9
10
40
40
42
47
48
50
51
55
56
58
59
59
60
61
63
64
65
4
24 Bewegung in zwei und drei Dimensionen
27
27
31
32
33
4-1
4-2
4-3
4-4
Bewegung in zwei oder drei Dimensionen
Ort und Verschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Durchschnittsgeschwindigkeit und
Momentangeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Durchschnittsbeschleunigung und
Momentanbeschleunigung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
70
72
74
X
Inhaltsverzeichnis
4-5 Wurfbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-6 Analyse der Wurfbewegung. . . . . . . . . . . . . . . . .
4-7
Die gleichförmige Kreisbewegung . . . . . . . . .
4-8 Relativbewegung in einer Dimension . . . . .
4-9 Relativbewegung in zwei Dimensionen . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
Kraft und Bewegung -- I
5-1
Wodurch wird Beschleunigung
verursacht? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5-2
Das erste Newtonsche Gesetz . . . . . . . . . . . . . .
5-3
Kraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5-4 Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5-5 Das zweite Newtonsche Gesetz . . . . . . . . . . . .
5-6 Einige besondere Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5-7
Das dritte Newtonsche Gesetz . . . . . . . . . . . . .
5-8 Anwendung der Newtonschen Gesetze . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Kraft und Bewegung -- II
6-1
6-2
6-3
Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Eigenschaften der Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . .
Strömungswiderstand und
Endgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6-4 Gleichförmige Kreisbewegung . . . . . . . . . . . . .
6-5 Scheinkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
78
85
87
89
91
92
93
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
Potenzielle Energie und Energieerhaltung
8-1
8-2
Potenzielle Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wegunabhängigkeit von konservativen
Kräften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8-3
Berechnung der potenziellen Energie . . . .
8-4 Der Energieerhaltungssatz der
Mechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8-5 Grafische Darstellung der potenziellen
Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 02
8-6 Von einer äußeren Kraft an einem
1 02
System verrichtete Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 03
8-7
Energieerhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 04
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 05
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
111
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 16
1 17
1 26
1 27
1 29 Systeme von Teilchen
9-1
9-2
9-3
Ein besonderer Punkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Schwerpunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das zweite Newtonsche Axiom für ein
Teilchensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9-4 Der Impuls eines Teilchens . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 38 9-5 Der Impuls eines Teilchensystems . . . . . . . . .
1 39 9-6 Die Impulserhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9-7
Systeme mit veränderlicher Masse:
1 44
Eine Rakete. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 47 9-8 Äußere Kräfte und Änderungen der
1 53
inneren Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 56 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 57 Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 58 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
Kinetische Energie und Arbeit
Stoßprozesse
Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Arbeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Arbeit und kinetische Energie . . . . . . . . . . . . . .
Von der Gravitationskraft verrichtete
Arbeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7-5
Von einer Federkraft verrichtete Arbeit . .
7-6
Von einer allgemeinen veränderlichen
Kraft verrichtete Arbeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7-7
Leistung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 96
1 97
1 99
203
207
210
214
218
219
22 1
9
7
7-1
7-2
7-3
7-4
1 88
1 90
1 66 10-1
1 67 10-2
1 68 10-3
Was ist ein Stoß? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kraftstoß und Impuls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Impuls und kinetische Energie bei
Stoßprozessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10-4
Inelastische, eindimensionale Stöße . . . . . .
1 72
1 78 10-5 Elastische, eindimensionale Stöße . . . . . . . .
10-6 Zweidimensionale Stöße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 8 1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 84 Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 87 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
232
232
237
24 1
24 1
243
247
250
253
254
255
262
263
266
267
27 1
275
277
278
280
Inhaltsverzeichnis
11
XI
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
Die Rotation ausgedehnter Körper
11-1
11-2
11-3
11-4
Translation und Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Rotationsvariable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sind Winkelgrößen Vektoren? . . . . . . . . . . . . . .
Rotation mit konstanter
Winkelbeschleunigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11-5 Beziehungen zwischen den Variablen für
lineare Bewegung und Rotation . . . . . . . . . . . .
11-6 Die kinetische Energie der Rotation. . . . . . .
11-7
Berechnung des Trägheitsmoments . . . . . .
11-8 Das Drehmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11-9 Das zweite Newtonsche Axiom für die
Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11-10 Arbeit und kinetische Energie der
Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
288
288
292
14
Gravitation
293
14-1
Die Gravitationskraft in unserem
Kosmos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
295 14-2 Das Newtonsche Gravitationsgesetz . . . . . .
298 14-3 Gravitation und das
299
Superpositionsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
303 14-4 Die Gravitation in der Nähe der
Erdoberfläche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
304 14-5 Die Gravitation innerhalb der Erde . . . . . . . .
14-6 Die potenzielle Energie der Gravitation . .
307 14-7 Planeten und Satelliten: Die Keplerschen
312
Gesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 1 3 14-8 Satelliten: Umlaufbahnen und Energie . . .
3 1 5 14-9 Einstein und die Gravitation . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
384
384
386
389
392
393
398
402
405
406
408
409
Rollen, Drehmoment und Drehimpuls
12-1
12-2
12-3
12-4
12-5
Rollen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die kinetische Energie der Rollbewegung
Kräfte bei der Rollbewegung . . . . . . . . . . . . . . .
Ein Jo-Jo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Eine erweiterte Definition des
Drehmoments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12-6 Der Drehimpuls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12-7 Das zweite Newtonsche Axiom in
Winkelschreibweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12-8 Der Drehimpuls eines Teilchensystems . . .
12-9 Der Drehimpuls eines rotierenden
starren Körpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12-10 Die Erhaltung des Drehimpulses . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
324
326
327 Fluide
329 15-1 Fluide in unserer Umgebung. . . . . . . . . . . . . . . .
15-2 Was ist ein Fluid? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
330 15-3 Dichte und Druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
332 15-4 Ruhende Fluide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15-5 Druckmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
334 15-6 Das pascalsche Prinzip. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
336 15-7 Das Archimedische Prinzip. . . . . . . . . . . . . . . . . .
15-8 Ideale Fluide in Bewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
337 15-9 Die Kontinuitätsgleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
340 15-10 Die Bernoulli-Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
347 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
348 Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
349 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
16
Gleichgewicht und Elastizität
Schwingungen
13-1
Gleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13-2 Bedingungen für das Gleichgewicht. . . . . . .
13-3 Das Gravitationszentrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13-4 Beispiele für statische Gleichgewichte . . .
13-5 Unterbestimmte Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . .
13-6 Elastizität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
358
359
360
362
369
37 1
375
16-1
16-2
16-3
16-4
16-5
Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Harmonische Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . .
Das Kraftgesetz der harmonischen
Schwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Energie der harmonischen
Schwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Torsionspendel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
416
416
416
419
422
423
424
428
429
433
437
438
439
448
448
45 1
455
457
XII
Inhaltsverzeichnis
16-6
16-7
Pendel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Harmonische Schwingungen und die
gleichförmige Kreisbewegung . . . . . . . . . . . . . .
16-8 Gedämpfte harmonische Schwingungen .
16-9 Erzwungene Schwingungen und
Resonanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16-10 Das Foucaultsche Pendel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
Wellen -- I
17-1
17-2
17-3
17-4
17-5
Wellen und Teilchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wellenarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Transversale und longitudinale Wellen . . .
Wellenlänge und Frequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Geschwindigkeit einer fortlaufenden
Welle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17-6 Die Wellengeschwindigkeit für ein
gespanntes Seil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17-7 Energie und Leistung einer fortlaufenden
Seilwelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17-8 Das Superpositionsprinzip für Wellen . . . .
17-9 Die Interferenz von Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17-10 Darstellung einer Welle durch einen
Vektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17-11 Stehende Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17-12 Stehende Wellen und Resonanz. . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
458
19
463
465
Temperatur, Wärme und der erste Hauptsatz
der Thermodynamik
Thermodynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der nullte Hauptsatz der Thermodynamik
Temperaturmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Celsius- und die Fahrenheit-Skalen . . .
Wärmeausdehnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Temperatur und Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Wärmeaufnahme bei Festkörpern und
Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19-8 Wärme und Arbeit:
Eine ausführlichere Betrachtung . . . . . . . . . .
19-9 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik
19-10 Einige Beispiele für den ersten Hauptsatz
486
der Thermodynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
486 19-11 Möglichkeiten der Wärmeübertragung . . .
487 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
488 Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
490
469
472
475
476
478
494
496
499
499
503
504
507
509
510
512
18
Wellen -- II
18-1
18-2
18-3
18-4
18-5
18-6
18-7
18-8
18-9
Schallwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Schallgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ausbreitung von Schallwellen . . . . . . . . . . . . . .
Interferenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schallintensität und Schallpegel . . . . . . . . . . .
Musikalische Töne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schwebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Doppler-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Überschallgeschwindigkeiten und
Schockwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
518
518
52 1
524
526
530
533
534
539
540
54 1
543
19-1
19-2
19-3
19-4
19-5
19-6
19-7
550
550
55 1
553
555
558
559
564
566
567
569
575
576
578
20
Die kinetische Gastheorie
20-1
20-2
20-3
20-4
Gase unter einem neuen Blickwinkel . . . . . .
Die Avogadro-Zahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ideale Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Druck, Temperatur und mittlere
Geschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20-5 Die kinetische Translationsenergie . . . . . . . .
20-6 Die mittlere freie Weglänge . . . . . . . . . . . . . . . . .
20-7 Die Verteilungsfunktion der
Molekülgeschwindigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20-8 Die molaren spezifischen Wärmen idealer
Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20-9 Thermodynamische Freiheitsgrade und
molare spezifische Wärmen . . . . . . . . . . . . . . . .
20-10 Die Quantenmechanik macht sich
bemerkbar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20-11 Adiabatische Ausdehnung eines idealen
Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20-12 Reale Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
586
586
587
590
593
594
596
600
604
606
607
61 1
614
615
616
21
Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik
21-1
21-2
21-3
Gerichtete Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624
Entropieänderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 629
Inhaltsverzeichnis
21-4
21-5
21-6
21-7
Die Entropie in Aktion: Maschinen . . . . . . . . .
Die Entropie in Aktion: Kältemaschinen . .
Die Wirkungsgrade realer Maschinen . . . . .
Eine statistische Interpretation der
Entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
Elektrische Ladung
22-1
22-2
22-3
22-4
22-5
22-6
Elektromagnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Elektrische Ladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Leiter und Isolatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Coulombsche Gesetz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die elektrische Ladung ist quantisiert . . . .
Die elektrische Ladung ist eine
Erhaltungsgröße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
XIII
630 24-4 Der Gaußsche Satz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
636 24-5 Gaußscher Satz und Coulombsches
Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
637
24-6 Eigenschaften eines geladenen, isolierten
Leiters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
638
642 24-7 Anwendung des Gaußschen Satzes:
Zylindersymmetrie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
644
645 24-8 Anwendung des Gaußschen Satzes:
Ebene Symmetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24-9 Anwendung des Gaußschen Satzes:
Kugelsymmetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
650
650
652
653
66 1
Elektrisches Potenzial
70 1
703
704
707
709
712
714
714
715
25
Elektrische potenzielle Energie . . . . . . . . . . . .
Elektrisches Potenzial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Äquipotenzialflächen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Berechnung des Potenzials aus dem Feld
Potenzial einer Punktladung. . . . . . . . . . . . . . . .
Potenzial einer Gruppe von
Punktladungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25-7 Potenzial eines elektrischen Dipols . . . . . . .
25-8 Potenzial einer kontinuierlichen
Elektrische Felder
Ladungsverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25-9 Berechnung des elektrischen Felds
23-1 Ladungen und Kräfte -- genauer
aus dem elektrischen Potenzial . . . . . . . . . . . .
betrachtet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670
23-2 Das elektrische Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670 25-10 Elektrische potenzielle Energie eines
Systems von Punktladungen. . . . . . . . . . . . . . . .
23-3 Elektrische Feldlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 1
25-11
Potenzial eines geladenen, isolierten
23-4 Das elektrische Feld einer Punktladung . . 673
leitenden Körpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23-5 Das Feld eines elektrischen Dipols. . . . . . . . . 675
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23-6 Das elektrische Feld einer linearen
Ladungsverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676 Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23-7 Das elektrische Feld einer geladenen
Scheibe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682
23-8 Verhalten einer Punktladung in einem
elektrischen Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683
23-9 Verhalten eines Dipols in einem
elektrischen Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688 Kapazität
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689 26-1 Kondensatoren und ihre Anwendungen . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 690 26-2 Kapazität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26-3 Berechnung der Kapazität . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26-4 Parallelschaltungen und
Reihenschaltungen von Kondensatoren . .
26-5 In einem elektrischen Feld gespeicherte
Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Gaußsche Satz
26-6 Kondensator mit Dielektrikum . . . . . . . . . . . . .
24-1 Das Coulombsche Gesetz in neuem Licht 696 26-7 Dielektrika -- auf atomarem Niveau
betrachtet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24-2 Fluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696
24-3 Fluss eines elektrischen Felds . . . . . . . . . . . . . . 697 26-8 Dielektrika und Gaußscher Satz . . . . . . . . . . . .
663
664
664
666
25-1
25-2
25-3
25-4
25-5
25-6
23
722
723
726
727
729
730
732
734
736
738
739
74 1
742
743
26
24
750
750
752
756
76 1
764
766
767
XIV
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 1
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773
27
Elektrischer Strom und Widerstand
27-1
27-2
27-3
27-4
27-5
27-6
Ladung in Bewegung: Elektrische Ströme
Elektrischer Strom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Stromdichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Widerstand und spezifischer Widerstand
Ohmsches Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Ohmsche Gesetz -- mikroskopisch
betrachtet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27-7 Elektrische Leistung in Stromkreisen . . . . .
27-8 Halbleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27-9 Supraleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29-8 Drehmoment auf eine stromdurchflossene
Drahtschleife . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854
29-9 Magnetisches Dipolmoment . . . . . . . . . . . . . . . . 857
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 859
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 860
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 1
30
778
778 Magnetfelder aufgrund von Strömen
78 1
785 30-1 Das Magnetfeld eines Stroms . . . . . . . . . . . . . . 868
789 30-2 Die Kraft zwischen parallelen Strömen . . . 874
30-3 Das Amperesche Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 876
790 30-4 Zylinder- und Ringspulen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 879
792 30-5 Eine stromführende Spule als magnetischer
Dipol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 882
794
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 884
795
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 885
797
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 886
798
799
31
28
Induktion und Induktivität
Stromkreise
28-1
Pumpen“ von Ladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
”
28-2 Arbeit, Energie und Spannung . . . . . . . . . . . . .
28-3 Berechnung des Stroms in einem
unverzweigten Stromkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28-4 Weitere unverzweigte Stromkreise . . . . . . . .
28-5 Potenzialdifferenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28-6 Verzweigte Stromkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28-7 Amperemeter und Voltmeter . . . . . . . . . . . . . . .
28-8 RC-Kreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
806
806
808
810
812
815
823
823
827
828
829
31-1
Zwei symmetrische Situationen . . . . . . . . . . .
31-2 Zwei Experimente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31-3 Das Faradaysche Induktionsgesetz . . . . . . . .
31-4 Die lenzsche Regel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31-5 Induktion und Energietransfer . . . . . . . . . . . . .
31-6 Induzierte elektrische Felder . . . . . . . . . . . . . . .
31-7 Induktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31-8 Selbstinduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31-9 RL-Glieder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31-10 Energiespeicherung im Magnetfeld . . . . . . .
31-11 Die Energiedichte eines Magnetfelds . . . . .
31-12 Gegeninduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
32
Magnetfelder
Magnetismus und Materie
29-1 Das Magnetfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
...............................
29-2 Definition von B
29-3 Gekreuzte Felder: Die Entdeckung des
Elektrons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29-4 Gekreuzte Felder: Der Hall-Effekt . . . . . . . . . .
29-5 Geladene Teilchen auf einer Kreisbahn. . .
29-6 Zyklotron und Synchrotron . . . . . . . . . . . . . . . . .
29-7 Magnetische Kraft auf einen
stromdurchflossenen Draht . . . . . . . . . . . . . . . . .
836
836
32-1
32-2
32-3
84 1 32-4
842 32-5
845 32-6
850 32-7
32-8
852 32-9
Magnete. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Gaußsche Satz für Magnetfelder . . . . .
Der Erdmagnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Magnetismus von Elektronen . . . . . . . . .
Magnetische Materialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diamagnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Paramagnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ferromagnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Induzierte magnetische Felder . . . . . . . . . . . . .
894
894
895
898
90 1
904
908
909
910
914
916
918
92 1
922
924
932
932
933
934
938
939
940
942
945
Inhaltsverzeichnis
32-10 Der Verschiebungsstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
948
950
952
953
33
Elektromagnetische Schwingkreise
und Wechselstrom
33-1 Neue Physik -- alte Mathematik . . . . . . . . . . . .
33-2 LC-Schwingungen: Eine qualitative
Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33-3 Die Analogie: Elektrischer und
mechanischer Schwingkreis . . . . . . . . . . . . . . . .
33-4 LC-Schwingungen: Eine quantitative
Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33-5 Gedämpfte Schwingungen in einem
RLC-Kreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33-6 Wechselstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33-7 Erzwungene Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . .
33-8 Drei einfache Stromkreise. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33-9 Der in Reihe geschaltete RLC-Kreis . . . . . . .
33-10 Die Leistung in Wechselstromkreisen . . . . .
33-11 Transformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
958
958
35-4 Abbildungen an Kugelspiegeln . . . . . . . . . . . . .
35-5 Sphärische brechende Flächen . . . . . . . . . . . .
35-6 Dünne Linsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35-7 Optische Instrumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35-8 Drei Herleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 042
1 045
1 048
1 054
1 057
1 059
1 060
1 062
36
Interferenz
36-1
36-2
36-3
36-4
36-5
36-6
Interferenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Licht als Welle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96 1
Beugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Doppelspaltversuch von Young . . . . . . .
962
Kohärenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
966
Intensitäten bei der Interferenz am
Doppelspalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
968
969 36-7 Interferenz an dünnen Schichten . . . . . . . . . .
970 36-8 Das Michelson-Interferometer. . . . . . . . . . . . . .
976 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
98 1 Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
983 Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
987
988
990
1 068
1 068
1 072
1 073
1 077
1 077
1 08 1
1 088
1 089
1 090
1 09 1
37
Beugung
34
37-1
37-2
Maxwell-Gleichungen und
elektromagnetische Wellen
34-1 Maxwells Regenbogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-2 Die Maxwellgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-3 Fortpflanzung elektromagnetischer
Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-4 Energietransport und Poynting-Vektor . . .
34-5 Der Strahlungsdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-6 Polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-7 Reflexion und Brechung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-8 Innere Totalreflexion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-9 Polarisation durch Reflexion. . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
XV
998
999
1 00 1
1 008
101 1
1014
1019
1 024
1 026
1 027
1 029
1 030
Beugung und die Wellentheorie des Lichts 1 1 00
Beugung am Einzelspalt: Lokalisierung der
Minima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 0 1
37-3 Intensitäten bei der Beugung am Einzelspalt
-- qualitative Betrachtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 04
37-4 Intensitäten bei der Beugung am Einzelspalt
-- quantitative Betrachtung . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 05
37-5 Beugung an einer kreisrunden Öffnung . . 1 1 08
37-6 Beugung am Doppelspalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 1
37-7 Beugungsgitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 4
37-8 Beugungsgitter: Dispersion und
Auflösungsvermögen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 7
37-9 Röntgenbeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 20
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 22
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 23
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 24
35
38
Abbildungen
Relativitätstheorie
35-1 Zwei Arten von Bildern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 038 38-1 Womit beschäftigt sich die
Relativitätstheorie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 32
35-2 Ebene Spiegel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 039
35-3 Kugelspiegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 040 38-2 Die Postulate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 32
XVI
Inhaltsverzeichnis
38-3
38-4
38-5
38-6
38-7
38-8
Messung von Ereignissen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Relativität der Gleichzeitigkeit . . . . . . . .
Die Relativität der Zeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Relativität der Länge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Lorentz-Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . .
Einige Folgen aus den
Lorentz-Gleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38-9 Die Relativität der Geschwindigkeiten . . . .
38-10 Der Doppler-Effekt für Lichtwellen . . . . . . . .
38-11 Der relativistische Impuls . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38-12 Die relativistische Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
39
Photonen und Materiefelder
39-1 Eine neue Welt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39-2 Das Photon: Teilchen des Lichts . . . . . . . . . . .
39-3 Der photoelektrische Effekt. . . . . . . . . . . . . . . . .
39-4 Photonen haben einen Impuls . . . . . . . . . . . . . .
39-5 Licht als Wahrscheinlichkeitswelle . . . . . . . .
39-6 Elektronen und Materiewellen. . . . . . . . . . . . . .
39-7 Die Schrödinger-Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . .
39-8 Die Heisenbergsche Unschärferelation . . .
39-9 Der Tunneleffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39-10 Das Plancksche Strahlungsgesetz . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
40
Mehr über Materiewellen
40-1 Der Aufbau der Atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40-2 Wellen auf einem Seil und Materiewellen
40-3 Die Energie eines Elektrons in einer
Elektronenfalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40-4 Die Wellenfunktionen eines Elektrons in
einem Kastenpotenzial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40-5 Ein Elektron in einem endlichen
Kastenpotenzial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40-6 Weitere Elektronenfallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40-7 Zwei- und dreidimensionale
Elektronenfallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40-8 Das Bohrsche Modell des
Wasserstoffatoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
1 34
1 35
1 37 Atome
1 42
41-1 Unser atomares Weltbild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 238
1 44
41-2 Einige Eigenschaften von Atomen . . . . . . . . . 1 238
41-3 Der Spin des Elektrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 240
1 46
41-4 Drehimpulse und magnetische
1 49
Dipolmomente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 24 1
1 50 41-5 Das Stern-Gerlach-Experiment . . . . . . . . . . . . . 1 243
1 54 41-6 Kernspinresonanz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 246
1 55 41-7 Das Pauli-Prinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 248
1 6 1 41-8 Mehrere Elektronen in kastenförmigen
1 62
Potenzialtöpfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 248
1 63 41-9 Der Aufbau des Periodensystems . . . . . . . . . 1 252
41-10 Röntgenstrahlen und die Ordnungszahl der
Elemente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 254
41-11 Laser und Laserlicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 258
41-12 Die Funktionsweise eines Lasers . . . . . . . . . . . 1 259
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 263
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 264
1 70
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 265
1 70
1 72
1 76
1 79
1 8 1 Elektrische Leitfähigkeit von Festkörpern
1 85
1 87 42-1 Festkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 272
1 88 42-2 Die elektrischen Eigenschaften von
Festkörpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 272
191
42-3 Die Energieniveaus in einem kristallinen
1 93
Festkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 273
1 94
42-4 Nichtleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 275
1 95 42-5 Metalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 276
1 202
1 202
1 203
1 207
42
42-6 Halbleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42-7 Dotierte Halbleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42-8 Der pn-Übergang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42-9 Der Halbleiter-Gleichrichter . . . . . . . . . . . . . . . .
42-10 Anwendungen des pn-Übergangs. . . . . . . . . .
42-11 Der Transistor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 283
1 286
1 288
1 290
1 29 1
1 294
1 296
1 297
1 298
43
1212
1 2 1 4 Kernphysik
43-1 Die Entdeckung des Atomkerns . . . . . . . . . . . .
1 2 1 6 43-2 Einige Eigenschaften von Atomkernen . . .
43-3 Radioaktiver Zerfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 2 1 8 43-4 Der Alpha-Zerfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 229 43-5 Der Beta-Zerfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 230 43-6 Radiometrische Zeitmessung . . . . . . . . . . . . . .
1 23 1 43-7 Maße für Strahlungsdosen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 304
1 305
1312
1316
1318
1 32 1
1 323
Inhaltsverzeichnis
43-8 Kernmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 324
1 327
1 328
1 329
44
Kernenergie
44-1
44-2
44-3
44-4
44-5
44-6
XVII
45-3
45-4
45-5
45-6
45-7
45-8
45-9
Ein typischer Teilchenprozess . . . . . . . . . . . . . .
Leptonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hadronen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Noch ein Erhaltungssatz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Achtfache Weg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Quark-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die fundamentalen Kräfte und die
Vermittlerteilchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45-10 Der Teil und das Ganze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45-11 Das Universum dehnt sich aus . . . . . . . . . . . . .
45-12 Die kosmische Hintergrundstrahlung . . . . .
45-13 Dunkle Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45-14 Der Urknall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45-15 Ein Rückblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Atom und sein Kern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 338
Kernspaltung: Der grundlegende Prozess 1 338
Ein Modell der Kernspaltung. . . . . . . . . . . . . . . . 1 34 1
Der Kernreaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 343
Ein natürlicher Kernreaktor. . . . . . . . . . . . . . . . . 1 348
Thermonukleare Fusion: Der grundlegende
Prozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 350
44-7 Thermonukleare Fusion in der Sonne und
anderen Sternen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 352
44-8 Kontrollierte thermonukleare Fusion . . . . . 1 355
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 358
Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 359
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 360 A
B
C
D
E
F
Quarks, Leptonen und der Urknall
1 369
1 373
1 375
1 377
1 378
1 379
1 382
1 384
1 385
1 387
1 387
1 388
1 389
1 389
1 390
1 39 1
Anhang
45
45-1 Die Physik am Rande der Erkenntnisse . . . 1 366
45-2 Teilchen, Teilchen und nochmals Teilchen 1 366
Das Internationale Einheitensystem (SI) . . . . . . .
Astronomische Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Umrechnungsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mathematische Formeln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Eigenschaften der Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ergebnisse der Kontrollfragen, Fragen
und Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
G Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
H Bildquellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 398
1 400
1 40 1
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1410
1 425
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