Giancoli Physik - Gymnasiale Oberstufe - *ISBN 978-3-86894-903

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Authorized translation from the English language edition, entitled PHYSICS FOR SCIENTISTS
AND ENGINEERS WITH MODERN PHYSICS, 3rd Edition, by GIANCOLI, DOUGLAS C., published
by Pearson Education, Inc., publishing as Prentice Hall, Copyright © 2000 by Douglas C. Giancoli.
All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form
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10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
13 12 11
ISBN: 978-3-86894-903-2
© 2011 Pearson Schule
ein Imprint der Pearson Education Deutschland GmbH,
Martin-Kollar-Straße 10–12, D-81829 München/Germany
Alle Rechte vorbehalten
www.pearson-studium.de
Übersetzung: Dipl.-Phys. Micaela Krieger-Hauwede, Leipzig (Kapitel 37–45);
Dr. Karen Lippert, Leipzig (Kapitel 22–36);
Dipl.-Übers. Ulrike Pahlkötter, Hilter (Kapitel 2–14);
Dipl.-Phys. Detlef Scholz, München (Kapitel 1, 15–21)
Fachlektorat Schulbuch: Christian Koch; Jan Mandler; Michael Sach
Lektorat: Birger Peil, [email protected];
Korrektorat: Carsten Heinisch, Kaiserslautern
Einbandgestaltung: adesso 21, Thomas Arlt, München
Einbandfoto: Masterfile/Brad Wrobleski
Herstellung: Philipp Burkart, [email protected]
Satz: le-tex publishing services GmbH, Leipzig
Druck: Firmengruppe APPL, aprinta druck, Wemding
Printed in Germany
Inhaltsverzeichnis
Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
IX
4
Einführung, Messungen,
Abschätzungen
Das Wesen der Wissenschaft . . . . . . . .
Modelle, Theorien und Gesetze . . . . . .
Messungen und Messfehler;
signifikante Stellen . . . . . . . . . . . . . .
Einheiten, Standards
und das Internationale Einheitensystem
Größenordnung: Schnelle Abschätzung
Einheiten und Einheitentest . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . .
.
2
3
.
4
.
7
9
11
12
12
.
.
.
.
.
4.8
4.9
Beschreibung von Bewegungen –
Kinematik in einer Raumrichtung
Bezugssystem und Weg . . . . . . . . . . . .
Mittlere
oder Durchschnittsgeschwindigkeit . . . .
Momentangeschwindigkeit . . . . . . . . .
Beschleunigung . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bewegung bei konstanter Beschleunigung
Problemlösungen . . . . . . . . . . . . . . . .
Der freie Fall . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
14
16
17
19
22
24
25
29
30
4.10
4.11
5
5.1
5.2
5.3
5.4
Kinematik in zwei
Raumrichtungen; Vektoren
Vektoren und Skalare . . . . . . . . . . .
Vektoraddition – Grafische Methoden
Wurfbewegung . . . . . . . . . . . . . . .
Lösung von Aufgaben
mit Wurfbewegungen . . . . . . . . . . .
Gleichförmige Kreisbewegung . . . . .
Relativgeschwindigkeit . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . .
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
34
34
37
39
43
46
47
48
5.5
5.6
6
6.1
Dynamik: Die Newton’schen
Axiome
Kraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das erste Newton’sche Axiom . . . . . . . .
Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das zweite Newton’sche Axiom . . . . . . .
Das dritte Newton’sche Axiom . . . . . . .
Gewicht – Die Gravitationskraft . . . . . .
Das Lösen von Aufgaben mit den
Newton’schen Axiomen:
Kräfteparallelogramme . . . . . . . . . . . .
Problemlösung – Allgemeine
Herangehensweise . . . . . . . . . . . . . . .
Anwendungen der Newton’schen Axiome
– Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dynamik der gleichförmigen
Kreisbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . .
Erhöhte und nicht erhöhte Straßenkurven
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
50
51
52
53
56
58
60
60
62
67
71
73
74
Gravitation und das Newton’sche
Gravitationsgesetz
Das Newton’sche Gravitationsgesetz . . .
Gravitation in der Nähe der Erdoberfläche
– Geophysikalische Anwendungen . . . . .
Satelliten und „Schwerelosigkeit“ . . . . .
Die Kepler’schen Gesetze und das
Newton’sche Gravitationsgesetz . . . . . .
Fundamentale Wechselwirkungen . . . . .
Schwere Masse – Träge Masse –
Äquivalenzprinzip . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
80
83
84
87
91
92
93
94
Arbeit und Energie,
Energieerhaltung
Durch eine konstante Kraft verrichtete
Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
Inhaltsverzeichnis
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
7
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
8
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
8.10
9
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
IV
Arbeit und kinetische Energie . . . . . . . .
Potentielle Energie . . . . . . . . . . . . . . .
Mechanische Energie und ihre Erhaltung
Anwendungen des Energieerhaltungssatzes der Mechanik . . . . . . . . . . . . . .
Der Energieerhaltungssatz . . . . . . . . . .
Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
111
115
117
120
121
Impuls und Stöße
Impuls und seine Beziehung zur Kraft . .
Impulserhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . .
Stöße und Kraftstoß . . . . . . . . . . . . . .
Energie- und Impulserhaltung bei Stößen
Elastische Stöße in einer Raumrichtung .
Inelastische Stöße . . . . . . . . . . . . . . . .
Massenmittelpunkt . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
124
125
128
131
132
136
138
140
140
Drehbewegung um eine feste
Achse
Winkelgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bewegungsgleichungen für gleichförmig
beschleunigte Drehbewegungen . . . . . .
Rollbewegung (ohne Gleiten) . . . . . . . .
Vektorielle Beschaffenheit
von Winkelgrößen . . . . . . . . . . . . . . .
Drehmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Drehdynamik; Drehmoment
und Trägheitsmoment . . . . . . . . . . . . .
Drehimpuls und Drehimpulserhaltung . .
Kinetische Energie der Drehbewegung . .
Rotierende Bezugssysteme; Trägheitskräfte
Die Coriolis-Kraft . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
144
148
149
151
152
10
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
10.7
10.8
10.9
10.10
10.11
10.12
10.13
11
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
11.6
154
156
158
160
161
163
163
12
166
168
173
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
Schwingungen
Schwingungen einer Feder . . . . . . . . . .
Harmonische Schwingung . . . . . . . . . .
Energie in einem harmonischen Oszillator
Zusammenhang zwischen harmonischer
Schwingung und gleichförmiger
Kreisbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Fadenpendel . . . . . . . . . . . . . . . .
Gedämpfte harmonische Schwingung . .
Erzwungene Schwingungen und Resonanz
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
101
106
109
12.1
12.7
176
177
178
182
12.8
184
185
Wellen und Wellenausbreitung
Eigenschaften von Wellen . . . . .
Wellenarten . . . . . . . . . . . . . .
Energietransport in Wellen . . . .
Mathematische Beschreibung
der Wellenausbreitung . . . . . . .
Das Superpositionsprinzip . . . . .
Reflexion und Transmission . . . .
Interferenz . . . . . . . . . . . . . . .
Stehende Wellen; Resonanz . . . .
Klangqualität und Geräusche . . .
Brechung . . . . . . . . . . . . . . . .
Beugung . . . . . . . . . . . . . . . . .
Doppler-Effekt . . . . . . . . . . . . .
Anwendungen: Sonar, Ultraschall
und Ultraschall-Abbildung . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
189
191
192
194
196
197
199
204
212
213
214
215
219
221
222
Temperatur, Wärmeausdehnung
und ideales Gasgesetz
Die Atomtheorie der Materie . . . . . . . .
Thermisches Gleichgewicht und der nullte
Hauptsatz der Wärmelehre . . . . . . . . .
Die Gasgesetze
und die absolute Temperatur . . . . . . . .
Das ideale Gasgesetz . . . . . . . . . . . . . .
Problemlösung mit dem idealen Gasgesetz
Ideales Gasgesetz
und Avogadro-Konstante . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
226
228
229
231
233
234
235
235
Kinetische Gastheorie und der
erste Hauptsatz
Das ideale Gasgesetz und die molekulare
Interpretation der Temperatur . . . . . . .
Molekulare Geschwindigkeitsverteilung .
Mittlere freie Weglänge . . . . . . . . . . .
Wärme und innere Energie . . . . . . . . .
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik
Anwendungen des ersten Hauptsatzes;
Arbeitsberechnung . . . . . . . . . . . . . . .
Wärmekapazität für Gase
und die Gleichverteilung der Energie . . .
Adiabatische Expansion eines Gases . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
238
242
243
246
249
250
255
258
260
261
Inhaltsverzeichnis
13
13.1
13.2
13.3
13.4
13.5
13.6
13.7
13.8
13.9
13.10
15
Der zweite Hauptsatz
Der zweite Hauptsatz
der Thermodynamik – Einführung . . . .
Wärmekraftmaschinen . . . . . . . . . . .
Reversible und irreversible Prozesse;
der Carnot-Prozess . . . . . . . . . . . . . .
Kältemaschinen, Klimaanlagen
und Wärmepumpen . . . . . . . . . . . . .
Entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Entropie und der zweite Hauptsatz
der Thermodynamik . . . . . . . . . . . . .
Aus Ordnung wird Unordnung . . . . . .
Energieverfügbarkeit; Wärmetod . . . .
Statistische Interpretation der Entropie
und des zweiten Hauptsatzes . . . . . . .
Thermodynamische Temperaturskala;
absoluter Nullpunkt und der dritte
Hauptsatz der Thermodynamik . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . .
.
264
265
.
267
.
273
275
.
.
.
276
280
281
.
282
.
284
286
287
.
.
.
.
15.1
15.2
15.3
15.4
15.5
15.6
15.7
16
16.1
16.2
16.3
16.4
14
14.1
14.2
14.3
14.4
14.5
14.6
14.7
14.8
14.9
14.10
14.11
14.12
14.13
14.14
14.15
14.16
14.17
Elektrische Ladung und
elektrisches Feld
Statische Elektrizität; elektrische Ladung
und ihre Erhaltung . . . . . . . . . . . . . . .
Elektrische Ladung im Atom . . . . . . . . .
Isolatoren und metallische Leiter . . . . . .
Influenz; das Elektrometer . . . . . . . . . .
Das Coulomb’sche Gesetz . . . . . . . . . . .
Das elektrische Feld . . . . . . . . . . . . . .
Feldlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Elektrische Felder und metallische Leiter .
Bewegung einer Punktladung
in einem elektrischen Feld . . . . . . . . . .
Das Gauß’sche Gesetz . . . . . . . . . . . . .
Das elektrische Potential . . . . . . . . . . .
Beziehung zwischen elektrischem
Potential und elektrischem Feld . . . . . .
Das elektrische Potential
einer Punktladung . . . . . . . . . . . . . . .
Äquipotentialflächen . . . . . . . . . . . . .
Die elektrostatische potentielle Energie
und das Elektronenvolt . . . . . . . . . . . .
Die Kathodenstrahlröhre: Fernseher,
Computerbildschirm
und Oszilloskop . . . . . . . . . . . . . . . . .
Elektrische Dipole . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
16.5
290
291
292
293
294
298
300
302
303
305
310
315
317
318
16.6
16.7
16.8
16.9
17
17.1
17.2
17.3
17.4
17.5
320
17.6
17.7
321
324
325
326
17.8
Kapazität, Dielektrika und
elektrische Energiespeicher
Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bestimmung der Kapazität . . . . . . . . . .
Kondensatoren in Reihenund Parallelschaltungen . . . . . . . . . . .
Speicherung elektrischer Energie . . . . . .
Dielektrika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Molekulare Beschreibung von Dielektrika
Schaltkreise mit Widerstand
und Kondensator (RC-Schaltkreise) . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
330
331
333
336
337
340
344
349
350
Magnetismus
Magnete und Magnetfelder . . . . . . . . .
Elektrische Ströme erzeugen Magnetfelder
Die Kraft auf einen elektrischen Strom
im Magnetfeld; Definition von B . . . . . .
Die Kraft auf eine bewegte elektrische
Ladung in einem Magnetfeld:
die Lorentz-Kraft . . . . . . . . . . . . . . . .
Das auf eine Leiterschleife
wirkende Drehmoment . . . . . . . . . . . .
Anwendungen: Elektromotoren
und Lautsprecher . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Elektron: Entdeckung
und Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . .
Der Hall-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Massenspektrometer . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
354
357
358
360
364
366
367
370
371
372
372
Erzeugung von Magnetfeldern
Das Magnetfeld eines geraden Leiters . .
Die Kraft zwischen zwei parallelen Drähten
Das Ampère’sche Gesetz . . . . . . . . . . .
Das Magnetfeld einer Spule
und eines Toroids . . . . . . . . . . . . . . . .
Magnetische Materialien –
Ferromagnetismus . . . . . . . . . . . . . . .
Elektromagnete und Spulen . . . . . . . . .
Magnetfelder in magnetischen
Materialien; Hysterese . . . . . . . . . . . . .
Paramagnetismus und Diamagnetismus .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
376
377
379
381
383
385
386
388
390
390
V
Inhaltsverzeichnis
18
18.1
18.2
18.3
18.4
18.5
18.6
18.7
18.8
19
19.1
19.2
19.3
19.4
19.5
19.6
19.7
20
20.1
20.2
20.3
20.4
20.5
20.6
20.7
21
21.1
VI
Elektromagnetische Induktion
und das Faraday’sche Gesetz
21.2
Die Induktionsspannung . . . . . . . . . . .
Das Faraday’sche Induktionsgesetz
und die Lenz’sche Regel . . . . . . . . . . . .
Induktion einer Spannung in einem
bewegten Leiter . . . . . . . . . . . . . . . . .
Elektrische Generatoren . . . . . . . . . . .
Gegenspannung und Gegendrehmoment;
Wirbelströme . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Transformatoren und Stromübertragung
Ein sich ändernder magnetischer Fluss
erzeugt ein elektrisches Feld . . . . . . . . .
Anwendungen des Induktionsgesetzes:
Tonsysteme, Datenspeicher
und Seismografen . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
392
393
398
400
21.6
402
405
22
409
22.1
22.2
22.3
22.4
22.5
411
413
413
22.6
22.7
Induktivität und
elektromagnetische
Schwingungen
22.8
22.9
Gegeninduktivität . . . . . . . . . . . . . . .
Selbstinduktivität . . . . . . . . . . . . . . . .
Energiespeicherung im Magnetfeld . . . .
Ein- und Ausschaltvorgang einer Spule . .
Elektrischer Schwingkreis . . . . . . . . . . .
Gedämpfter elektrischer Schwingkreis . .
Ungedämpfte Schwingung, Rückkopplung
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
416
418
420
421
423
426
427
428
429
Wechselstromkreise
Einleitung: Wechselstromkreise . . . . .
Widerstand im Wechselstromkreis . . .
Induktionsspule im Wechselstromkreis
Kondensator im Wechselstromkreis . .
LRC-Wechselstromkreise
in Reihenschaltung . . . . . . . . . . . . .
Resonanz im Wechselstromkreis . . . .
Drehstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . .
21.3
21.4
21.5
23
23.1
23.2
23.3
23.4
23.5
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
432
432
433
435
438
441
442
444
445
Die Maxwell’schen Gleichungen
und elektromagnetische Wellen
Ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt
ein Magnetfeld – eine allgemeine Form für
das Ampère’sche Gesetz . . . . . . . . . . . 448
23.6
23.7
23.8
23.9
23.10
23.11
23.12
24
24.1
24.2
Das Gauß’sche Gesetz
für den Magnetismus . . . . . . . . . . . .
Die Maxwell’schen Gleichungen . . . . .
Erzeugung elektromagnetischer Wellen
Licht als elektromagnetische Welle
und das elektromagnetische Spektrum .
Radio und Fernsehen . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
450
451
452
455
457
460
460
Die Wellennatur des Lichts;
Interferenz
Lichtgeschwindigkeit und Brechungsindex
Huygens-Prinzip und Beugung . . . . . . .
Sichtbares Spektrum und Dispersion . . .
Huygens-Prinzip und Brechungsgesetz . .
Interferenz – Das Young’sche
Doppelspaltexperiment . . . . . . . . . . . .
Kohärenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Intensität im Interferenzmuster
des Doppelspalts . . . . . . . . . . . . . . . .
Interferenz in dünnen Schichten . . . . . .
Das Michelson-Interferometer . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
464
466
467
468
470
474
475
479
483
484
485
Beugung und Polarisation
Beugung am Einfachspalt . . . . . . . . . .
Intensität im Beugungsmuster
des Einfachspalts . . . . . . . . . . . . . . . .
Beugung am Doppelspalt . . . . . . . . . . .
Beschränkung der Auflösung;
kreisförmige Öffnungen . . . . . . . . . . .
Auflösung von Teleskopen
und Mikroskopen . . . . . . . . . . . . . . . .
Auflösungsvermögen des menschlichen
Auges und sinnvolle Vergrößerung . . . .
Beugungsgitter . . . . . . . . . . . . . . . . .
Spektrometer und Spektroskopie . . . . .
Linienbreite und Auflösungsvermögen
eines Beugungsgitters . . . . . . . . . . . . .
Röntgenstrahlen und Röntgenbeugung .
Polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Streuung des Lichts an der Atmosphäre
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
489
491
494
496
498
500
501
503
504
507
509
514
515
516
Spezielle Relativitätstheorie
Galilei-Newton’sches Relativitätsprinzip .
Das Michelson-Morley-Experiment . . . . .
518
522
Inhaltsverzeichnis
24.3
24.4
24.5
24.6
24.7
24.8
24.9
24.10
24.11
24.12
25
25.1
25.2
25.3
25.4
25.5
25.6
25.7
25.8
25.9
25.10
25.11
26
26.1
26.2
26.3
26.4
26.5
26.6
26.7
Die Postulate der speziellen
Relativitätstheorie . . . . . . . . . . . . . . .
Gleichzeitigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zeitdilatation und das Zwillingsparadoxon
Längenkontraktion . . . . . . . . . . . . . . .
Die vierdimensionale Raumzeit . . . . . . .
Relativistischer Impuls
und relativistische Masse . . . . . . . . . . .
Grenzgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . .
Energie und Masse; E = m c2 . . . . . . . . .
Doppler-Verschiebung des Lichts . . . . . .
Die Auswirkungen
der speziellen Relativitätstheorie . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
525
526
529
533
536
537
540
540
545
546
547
548
Frühe Quantentheorie und
Atommodelle
Die Planck’sche Quantenhypothese . .
Photonentheorie des Lichts
und der fotoelektrische Effekt . . . . .
Photonen und der Compton-Effekt . .
Photonenwechselwirkungen;
Paarerzeugung . . . . . . . . . . . . . . .
Welle-Teilchen-Dualismus;
das Komplementaritätsprinzip . . . . .
Die Wellennatur der Materie . . . . . .
Elektronenmikroskope . . . . . . . . . .
Frühe Atommodelle . . . . . . . . . . . .
Atomspektren: Schlüssel zur Struktur
des Atoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Bohr’sche Atommodell . . . . . . . .
Die Anwendung der De-Broglie’schen
Hypothese auf Atome . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . .
. .
552
. .
554
559
. .
. .
562
26.8
26.9
27
27.1
27.2
27.3
27.4
27.5
27.6
27.7
27.8
28
28.1
. .
. .
. .
. .
. .
. .
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. .
. .
563
564
566
567
568
570
577
579
580
28.2
28.3
28.4
28.5
28.6
28.7
28.8
28.9
28.10
28.11
Quantenmechanik
Die Quantenmechanik: Eine neue Theorie
Die Wellenfunktion
und ihre Interpretation; das Doppelspaltexperiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Heisenberg’sche Unschärferelation . .
Philosophische Konsequenzen;
Wahrscheinlichkeit und Determinismus .
Die Schrödinger-Gleichung
in einer Dimension . . . . . . . . . . . . . . .
Freie Teilchen; Ebene Wellen
und Wellenpakete . . . . . . . . . . . . . . .
Teilchen in einem unendlich tiefen
Potentialtopf . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
584
585
588
592
594
596
598
29
29.1
29.2
29.3
29.4
29.5
29.6
29.7
Endlicher Potentialtopf . . . . . . . . .
Tunneln durch eine Potentialbarriere
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . .
. . .
. . .
. . .
. . .
602
604
608
609
Quantenmechanik von Atomen
Quantenmechanische Sicht auf Atome
Das Wasserstoffatom:
Schrödinger-Gleichung
und Quantenzahlen . . . . . . . . . . . .
Die Wellenfunktionen
des Wasserstoffatoms . . . . . . . . . . .
Komplexe Atome, das Pauli-Prinzip . .
Das Periodensystem der Elemente . . .
Röntgenspektren und Ordnungszahl .
Fluoreszenz und Phosphoreszenz . . .
Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . .
. .
612
. .
613
. .
617
620
622
624
626
627
630
631
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
Kernphysik und Radioaktivität
Struktur und Eigenschaften
des Atomkerns . . . . . . . . . . . . .
Bindungsenergie und Kernkräfte
Radioaktivität . . . . . . . . . . . . .
Alphazerfall . . . . . . . . . . . . . .
Betazerfall . . . . . . . . . . . . . . .
Gammazerfall . . . . . . . . . . . . .
Erhaltung der Nukleonenzahl
und weitere Erhaltungssätze . . .
Halbwertszeit und Zerfallsrate . .
Zerfallsreihen . . . . . . . . . . . . .
Die Radiokarbonmethode . . . . .
Strahlungsmessung . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . .
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. . . . .
634
637
639
640
642
644
645
645
648
650
651
652
653
Kernenergie; Auswirkungen und
Anwendungsmöglichkeiten der
Strahlung
Kernreaktionen und Transmutation
von Elementen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kernspaltung; Kernreaktoren . . . . . . . .
Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Durchgang der Strahlung durch Materie;
Strahlungsschäden . . . . . . . . . . . . . . .
Strahlungsmessung – Dosimetrie . . . . . .
Strahlentherapie . . . . . . . . . . . . . . . .
Indikatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
656
657
663
667
669
672
672
VII
Inhaltsverzeichnis
29.8
Bildgebung durch Tomografie . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . .
Verständnisfragen . . . . . . . . . . . . . . .
673
676
677
Anhang
A
B
C
D
E
VIII
Mathematische Formeln . . . . . . . . . . .
Ableitungen und Integrale . . . . . . . . . .
Ausgewählte Isotope . . . . . . . . . . . . .
Physikalische Größen:
Verwendete Symbole und ihre Einheiten
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
680
680
681
684
689
Copyright
Daten, Texte, Design und Grafiken dieses eBooks, sowie die eventuell angebotenen
eBook-Zusatzdaten sind urheberrechtlich geschützt. Dieses eBook stellen wir
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