3 Inhaltsverzeichnis - Schulbuchzentrum
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Inhaltsverzeichnis 3 Elemente der Mechanik Beispiele für harmonische Schwingungen . . . . . . .78 Computersimulationen von Schwingungen . . . . . .80 Erzwungene Schwingungen und Resonanz . . . . . .82 Selbsterregte Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . .84 Physik und Musik I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86 Chaotische Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . .88 Chaos und nichtlineare Rückkopplung . . . . . . . . .90 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 Geradlinige und zusammengesetzte Bewegungen Bewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Gleichförmige Bewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 Gleichmäßig beschleunigte Bewegung . . . . . . . . .12 Der freie Fall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 Sicherheit im Straßenverkehr . . . . . . . . . . . . . . . .16 Unabhängigkeitsprinzip und Wurf . . . . . . . . . . . . .18 Wurfparabeln im Sport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 Prinzipien der Mechanik Newtons Trägheitsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 Die Grundgleichung der Mechanik . . . . . . . . . . . .24 Anwendungen der Grundgleichung . . . . . . . . . . . .26 Das Wechselwirkungsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . .28 Newtonsche Mechanik im Computer . . . . . . . . . .30 Erhaltungssätze Energieerhaltung – Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 Lageenergie und kinetische Energie . . . . . . . . . . .34 Spannenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36 Energieentwertung durch Reibung . . . . . . . . . . . .37 Impuls und Impulserhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . .38 Unelastische und elastische Stöße . . . . . . . . . . . .40 Anwendungen des Impulssatzes . . . . . . . . . . . . . .42 Die Methode der Physik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 Drehbewegungen Kreisbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46 Kraftgesetz der Kreisbewegung . . . . . . . . . . . . . .48 Kräfte in beschleunigten Bezugssystemen . . . . . .50 Zentripetalkräfte im Sport . . . . . . . . . . . . . . . . . .52 Aus Wissenschaft und Technik . . . . . . . . . . . . . .53 Drehbewegung starrer Körper . . . . . . . . . . . . . . .54 Symmetrien und Erhaltungssätze . . . . . . . . . . . . .56 Basiswissen Elemente der Mechanik . . . . . . . . . .57 Gravitation und Himmelsmechanik Aufbruch in der Antike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59 Das geozentrische Weltbild . . . . . . . . . . . . . . . . .60 Die Epizykeltheorie des Ptolomäus . . . . . . . . . . . .61 Das heliozentrische Weltbild . . . . . . . . . . . . . . . . .62 Ausbau des heliozentrischen Systems . . . . . . . . .64 Newtons Himmelsmechanik . . . . . . . . . . . . . . . . .66 Newtons methodisches Konzept der Himmelsmechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70 Mechanische Schwingungen und Wellen Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72 Mechanische Schwingungen Schwingungen und ihre Beschreibung . . . . . . . . .74 Harmonische Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . .76 Mechanische Wellen Entstehung und Ausbreitung von Wellen . . . . . . . .92 Eigenschaften von Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94 Überlagerung und Interferenz von Wellen . . . . . . .96 Stehende Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98 Physik und Musik II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100 Beugung und Brechung von Wellen . . . . . . . . . . .102 Schall in Natur und Technik . . . . . . . . . . . . . . . .104 Biophysik des Hörvorgangs . . . . . . . . . . . . . . . .106 Basiswissen Schwingungen und Wellen 1 . . . . . .109 Elemente der Thermodynamik Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110 Innere Energie und Wärme Erster Hauptsatz der Thermodynamik . . . . . . . . .112 Quantitative Bestimmung der Wärme . . . . . . . . .114 Ideale Gase Zustandsänderungen idealer Gase . . . . . . . . . . .116 Kinetische Gastheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Tragweite der kinetischen Gastheorie . . . . . . . . .120 Energieentwertung und Irreversibilität Die Richtung thermischer Prozesse . . . . . . . . . .122 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik . . . . . . . .124 Zerfall und Entstehung von Strukturen . . . . . . . .126 Energienutzung durch periodisch arbeitende Maschinen Wärme und Verbrennungskraftmaschinen . . . . .128 Der Ottomotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130 Wärmepumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131 Temperaturstrahlung Energieübertragung durch Strahlung . . . . . . . . .132 Strahlungsgesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 Basiswissen Thermodynamik . . . . . . . . . . . . . . .135 Energieversorgung – Nutzung der Sonnenenergie Probleme der gegenwärtigen Energienutzung . . .136 Bessere Energienutzung in Wärmekraftwerken . .138 Die Sonne als Energiequelle . . . . . . . . . . . . . . . .140 Sonne und globales Treibhaus . . . . . . . . . . . . . .142 Solare Niedertemperaturwärme . . . . . . . . . . . . .144 Fotovoltaik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146 Großflächige Nutzung der Sonnenenergie . . . . . .148 4 Elektrizitätslehre Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .238 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150 Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Elektrische Ladungen und Felder Elektrische Ladungen und Strom . . . . . . . . . . . .152 Elektrisches Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154 Elektrische Feldstärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156 Aus Wissenschaft und Technik . . . . . . . . . . . . . .158 Grundgleichung des elektrischen Feldes . . . . . . .160 Coulombkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162 Elektrische Spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164 Elektrische Spannungen in Biologie und Medizin .166 Aus Wissenschaft und Technik . . . . . . . . . . . . . .168 Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170 Technische Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . .172 Energie des geladenen Kondensators . . . . . . . . .174 Geladene Teilchen im elektrischen Feld . . . . . . .175 Elektrizitätsleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176 Bewegung von Ladungen im elektrischen Feld . .178 Basiswissen Elektrizitätslehre 1 . . . . . . . . . . . . .179 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .240 Elektromagnetismus Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180 Felder bewegter Ladungen . . . . . . . . . . . . . . . . .182 Kraftwirkung auf Elektronen im Magnetfeld . . . .184 Spezielle Magnetfelder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186 Bewegung geladener Teilchen im Magnetfeld . . .188 Aus Wissenschaft und Technik . . . . . . . . . . . . . .190 Elektromagnetische Induktion Elektromagnetische Induktion – qualitativ . . . . .194 Elektromagnetische Induktion – quantitativ . . . .196 Lenzsche Regel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198 Induktionsspannung und Lorentzkraft . . . . . . . . .200 Selbstinduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202 Vertiefte Deutung der Induktionserscheinungen .204 Induktion – eine fundamentale Entdeckung . . . .206 Basiswissen Elektrizitätslehre 2 . . . . . . . . . . . . .207 Wechselstrom Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .208 Wechselspannung und Wechselstrom . . . . . . . . .210 Technische Erzeugung von Wechselspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212 Messung von Wechselspannungen . . . . . . . . . . .214 Kondensator im Wechselstromkreis . . . . . . . . . .216 Spule im Wechselstromkreis . . . . . . . . . . . . . . .218 Frequenzen können gefiltert werden . . . . . . . . . .220 Transformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222 Basiswissen Elektrizitätslehre 3 . . . . . . . . . . . . .225 Mikroelektronik Leitungsvorgänge in Festkörpern . . . . . . . . . . . .226 Der Hall-Effekt an Halbleitern . . . . . . . . . . . . . . .228 Halbleiter im Bändermodell . . . . . . . . . . . . . . . .230 Der pn-Übergang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .232 Fotodioden und Solarzellen . . . . . . . . . . . . . . . .234 Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .236 Elektromagnetische Schwingungen Elektromagnetischer Schwingkreis . . . . . . . . . .242 Eigenfrequenz und Resonanz von Schwingkreisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .244 Ungedämpfte Schwingungen durch Rückkopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .246 Aus Wissenschaft und Technik: Anwendungen elektromagnetischer Schwingungen . . . . . . . . .247 Elektromagnetische Wellen Dipole erzeugen elektromagnetische Wellen . . . .248 Eigenschaften elektromagnetischer Wellen . . . .250 Technische Anwendungen hertzscher Wellen . . .252 Optik Geometrische Optik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .254 Optische Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256 Lichtgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258 Modelle zur Lichtausbreitung . . . . . . . . . . . . . . .260 Interferenz von Lichtwellen . . . . . . . . . . . . . . . .262 Aus Wissenschaft und Technik . . . . . . . . . . . . . .264 Beugung von Lichtwellen am Spalt . . . . . . . . . . .266 Doppelspalt und Gitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .268 Kohärenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .270 Farbiges Licht – Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . .272 Polarisiertes Licht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274 Aus Wissenschaft und Technik: Farbenspiel farbloser Kunststoffe, Oechslewaage des Winzers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .276 Elektromagnetisches Spektrum . . . . . . . . . . . . .278 Basiswissen Schwingungen und Wellen 2 . . . . . .279 Relativität Spezielle Relativitätstheorie Das Relativitätsprinzip der Mechanik . . . . . . . . .280 Synchronisation von Uhren . . . . . . . . . . . . . . . .282 Das Global Positioning System (GPS) . . . . . . . . .283 Auf der Suche nach dem Äther . . . . . . . . . . . . . .284 Einsteins Postulate der Relativitätstheorie . . . . .285 Relativität der Gleichzeitigkeit und Zeitdilatation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .286 Zeitdilatationsexperimente und Zwillingsparadoxon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .288 Lorentz-Transformation und Längenkontraktion .290 Transformation von Geschwindigkeiten . . . . . . .291 Relativistische Masse und Energie . . . . . . . . . . .292 Ausblick auf die Allgemeine Relativitätstheorie Gravitation, schwarze Löcher und Expansion des Weltalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .294 Kosmologie: das physikalische Bild des Universums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .296 5 Quanten und Atome Kernphysik Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .298 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .346 Photonen Die Geburt der Quantenphysik . . . . . . . . . . . . . .300 Der Photoeffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .302 Beugung von Röntgenstrahlen . . . . . . . . . . . . . .304 Der Compton-Effekt – ein Entscheidungsexperiment? . . . . . . . . . . . . . .306 “Dualismus” von Welle und Teilchen beim Licht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .307 Natürliche Radioaktivität Radioaktive Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .348 Strahlungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .350 Atombau und Spektrallinien Atommodelle und Linienspektren . . . . . . . . . . . .308 Bohrs Atommodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .310 Quantenhafte Energieaufnahme und -abgabe bei Atomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .312 Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .314 Atomfallen und Laserkühlung . . . . . . . . . . . . . . .316 Elektronen und Atome als Quantenobjekte Die Wellenstruktur der Materie . . . . . . . . . . . . . .318 Experimenteller Nachweis der “Materiewellen” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .320 Das Potentialtopf-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . .322 Dreidimensionaler Potentialtopf und Farbzentren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .324 Tunneleffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .325 Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation . . . . . .326 Beispiele für die Unbestimmtheitsrelation . . . . . .328 Das Atommodell der Quantenmechanik . . . . . . .330 Orbitale und der Aufbau der Atome . . . . . . . . . .332 Deutungen der Quantenmechanik Doppelspaltexperimente . . . . . . . . . . . . . . . . . .334 Atome ohne Ortseigenschaft . . . . . . . . . . . . . . .336 Messprozess in der Quantenphysik . . . . . . . . . .338 Schrödingers Katze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .340 Verborgene Parameter und das EPR-Gedankenexperiment . . . . . . . . . . . . . . . . .342 Die Realismusdebatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .344 Basiswissen Quanten und Atome . . . . . . . . . . . .345 Nachweis und Eigenschaften der Atomkerne Die Entdeckung des Atomkerns . . . . . . . . . . . . .352 Aufbau der Atomkerne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .354 Was hält die Atomkerne zusammen? . . . . . . . . .356 Kernmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .358 Radioaktiver Zerfall – Zerfallsgesetz . . . . . . . . . .360 Aus Wissenschaft und Technik . . . . . . . . . . . . . .362 Radioaktive Strahlung und Materie %-Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .363 Durchgang von %-Strahlung durch Materie . . . . .364 "-Strahlen und ihre Wechselwirkung mit Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .366 Der "-Zerfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .368 Energieverteilung und Absorption von !-Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .369 !-Zerfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .370 Gefahren durch ionisierende Strahlung – Strahlenschutz Biologische Strahlenwirkung . . . . . . . . . . . . . . . .372 Quellen radioaktiver und ionisierender Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .374 Aus Wissenschaft und Technik: Anwendung radioaktiver Isotope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .376 Nutzung der Kernenergie Kernfusion – die Energiequelle der Sonnen . . . . .377 Kernspaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .378 Kernkraftwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .380 Risiken der Kernenergienutzung . . . . . . . . . . . . .382 Basiswissen Kernphysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . .383 Ausblick Elementarteilchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .384 Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .388 Nuklidkarte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .398 Interferenzmodell nach Pohl . . . . . . . . . . . . . .400
