taschenbuch der physik
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TASCHENBUCH DER PHYSIK von Horst Kuchling, Oberstudienrat i. R. 19., aktualisierte Auflage Mit zahlreichen Bildern und Tabellen H FACHBUCHVERLAG LEIPZIG im Carl Hanser Verlag INHALTSVERZEICHNIS G GROSSEN UND EINHEITEN 26 1 Physikalische Größen 1.1 Basisgrößenarten .' 1.2 Abgeleitete Größenarten 1.3 Formelzeichen 1.4 Dimension 1.5 Skalare Größen 1.6 Vektorielle Größen 1.7 Rechnen mit vektoriellen Größen 1.7.1 Summe vektorieller Größen 1.7.2 Differenz vektorieller Größen 1.7.3 Produkt einer vektoriellen mit einer skalaren Größe . . 1.7.4 Skalarprodukt zweier vektorieller Größen 1.7.5 Vektorprodukt zweier vektorieller Größen 1.7.6 Komponentendarstellung vektorieller Größen 26 26 26 27 28 28 29 30 30 30 31 31 32 33 2 Gleichungen physikalischer Größen 2.1 Größengleichungen 2.2 Zugeschnittene Größengleichungen 2.2.1 Tabellenköpfe 2.2.2 Koordinatenachsen 2.3 Zahlenwertgleichungen 34 34 34 35 36 36 3 Internationales Einheitensystem (Sl) 3.1 Basiseinheiten des Sl 3.2 Abgeleitete Sl-Einheiten ." 3.3 Dezimale Vielfache und Teile der Sl-Einheiten 3.4 Einheiten außerhalb des Sl (Sl-fremde Einheiten) 3.5 Gesetzliche Einheiten 3.6 Physikalische Größenarten und ihre Einheiten 37 37 37 38 38 39 39 M MECHANIK 50 4 Basiseinheiten der Mechanik 4.1 Einheit der Länge 4.1.1 Fläche 4.1.2 Volumen 4.1.3 Winkel 4.2 Zeiteinheit 4.3 Masseneinheit 50 50 51 52 52 53 54 «? 10 Inhaltsverzeichnis Statik des starren Körpers 55 5.1 Zusammensetzen von Kräften 55 5.1.1 Kräfte mit gleicher Wirkungslinie 55 5.1.2 Kräfte mit gleichem Angriffspunkt 56 5.1.3 Kräfte mit verschiedenen Angriffspunkten 57 5.1.4 Parallele Kräfte , 57 5.2 Zerlegen von Kräften 58 5.3 Drehmoment 59 5.4 Gleichgewichtsbedingungen 60 5.5 Einfache Maschinen f 61 5.5.1 Hebel 61 5.5.2 Feste Rolle . 62 5.5.3 Lose Rolle 62 5.5.4 Flaschenzug . 62 5.5.5 Differenzialflaschenzug 63 5.5.6 Geneigte Ebene 63 5.5.7 Keil 64 5.5.8 Schraube 64 5.6 Gleichgewicht 65 5.6.1 Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) •. 65 5.6.2 Gleichgewichtsarten 67 5.6.3 Standfestigkeit 67 Kinematik 68 6.1 Translation 68 6.1.1 Gleichförmige Translation 69 6.1.2 Gleichmäßig beschleunigte Translation 70 6.1.3 Ungleichmäßig beschleunigte Translation 74 6.2 Fall und Wurf 77 6.2.1 Freier Fall 77 6.2.2 Senkrechter Wurf 78 6.2.3 Zusammengesetzte Bewegung ._ 79 6.2.4 Waagerechter Wurf 80 6.2.5 SchrägerWurf 82 6.3 Rotation 84 6.3.1 Gleichförmige Rotation . . .• 87 6.3.2 Gleichmäßig beschleunigte Rotation 87 6.3.3 Ungleichmäßig beschleunigte Rotation 91 6.3.4 Bewegung auf der Kreisbahn (Umfangsbewegung)... 94 6.3.5 Größen der Rotation als Vektoren 95 6.4 Krummlinige Bewegung 95 Dynamik 98 7.1 Kräfte bei der Translation 98 7.1.1 Masse und Kraft 98 7.1.2 Dichte 101 7.1.3 Federkraft f. . 103 7.2 7.3 7.4 7.5 Inhaltsverzeichnis 11 7.1.4 Reibungskraft 7.1.5 Trägheitskräfte bei der Translation Arbeit, Energie und Leistung 7.2.1 Arbeit 7.2.2 Energie 7.2.3 Gesetz von der Erhaltung der Energie 7.2.4 Leistung 7.2.5 Wirkungsgrad ImpulsundStoß 7.3.1 Impuls 7.3.2 Kraftstoß 7.3.3 Impulssatz 7.3.4 Elastischer Stoß 7.3.5 Unelastischer Stoß 7.3.6 Teilelastischer Stoß Dynamik der Drehbewegung (Dynamik starrer Körper) 7.4.1 Zentripetalkraft 7.4.2 Trägheitskräfte bei der Rotation 7.4.3 Dynamisches Grundgesetz der Rotation 7.4.4 Trägheitsmoment 7.4.5 Arbeit bei der Rotation 7.4.6 Leistung bei der Rotation 7.4.7 Rotationsenergie 7.4.8 Drehimpuls (Drall) Gravitation 7.5.1 Gravitationsgesetz 7.5.2 Fallbeschleunigung 7.5.3 Gravitationsfeld 7.5.4 Arbeit im Gravitationsfeld 7.5.5 Astronautische Geschwindigkeiten 7.5.6 Kepler'sche Gesetze 7.5.7 Daten des Sonnensystems . . . 104 105 106 106 111 113 114 116 117 117 117 119 119 121 122 124 124 125 126 128 135 136 137 138 140 141 142 143 144 144 147 148 Ruhende Flüssigkeiten 8.1 Druck in Flüssigkeiten 8.1.1 Kolbendruck < 8.1.2 Schweredruck 8.2 Kompressibilität 8.3 Auftrieb 8.3.1 Bestimmung der Dichte fester Körper 8.3.2 Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten 150 151 151 152 153 153 154 155 Ruhende Gase 9.1 Druck und Volumen eines Gases 9.1.1 Überdruck 9.1.2 Messung des Gasdrucks 156 156 157 157 12 Inhaltsverzeichnis 9.2 10 Luftdruck 9.2.1 Luftdruckmessung 9.2.2 Wirkung des Luftdrucks 9.2.3 Auftrieb in Gasen 157 159 160 160 Strömungen 10.1 Reibungsfreie Strömung 10.1.1 Ausfluss aus Gefäßen 10.1.2 Durchfluss durch Röhren 10.1.3 Druck in Strömungen 10.1.4 Druckmessung in Strömungen 10.2 Laminare Strömung 10.2.1 Dynamische Viskosität (Zähigkeit) 10.2.2 Laminare Strömung durch ein Rohr 10.2.3 Laminare Strömung um eine Kugel 10.3 Turbulente Strömung 10.3.1 Strömungswiderstand 10.3.2 Strömungsleistung 10.3.3 Reynolds'schesÄhnlichkeitsgesetz - 161 161 161 162 163 165 167 168 169 172 173 173 174 174 11 Moleküle 11.1 Molekularkräfte 11.1.1 Kohäsion und Adhäsion 11.1.2 Oberflächenspannung 11.1.3 Kapillarität 11.2 Molekularbewegung 11.2.1 Diffusion 11.2.2 Osmose 11.3 Lösungen 11.3.1 Molekulardisperse Systeme (echte Lösungen) 11.3.2 Kolloiddisperse Systeme (kolloide Lösungen) 11.3.3 Korpuskulardisperse Systeme...- 176 176 176 177 179 180 181 181 181 181 182 182 12 Elastizität fester Körper 12.1 Dehnung 12.2 Kompression 12.3 Scherung 12.4 Torsion (Drillung) 12.5 Härte 184 184 187 188 189 190 13 ! Mechanische harmonische Schwingungen 13.1 Ungedämpfte harmonische Schwingung 13.1.1 Phasenwinkel 13.1.2 Elongation 13.1.3 Geschwindigkeit 13.1.4 Beschleunigung 13.1.5 Rückstellkraft 192 193 193 194 195 195 f. . 196 Inhaltsverzeichnis 13 13.2 Eigenfrequenz der ungedämpften harmonischen Schwingung 13.2.1 Schwingungsgleichung 13.2.2 Lineare Federschwingung 13.2.3 Drehschwingung 13.2.4 Pendelschwingungen 13.2.5 Flüssigkeitsschwingungen 13.2.6 Schwingungsenergie 13.3 Freie gedämpfte Schwingung 13.3.1 Schwingungsgleichung 13.3.2 Elongation '. 13.3.3 Eigenfrequenz 13.3.4 Aperiodische Bewegung 13.4 Erzwungene Schwingung 13.4.1 Schwingungsgleichung 13.4.2 Elongation 13.4.3 Resonanz 13.5 Überlagerung von Schwingungen 13.5.1 Schwingungen gleicher Richtung und Frequenz 13.5.2 Schwingungen gleicher Richtung und ungleicher Frequenz 13.5.3 Schwingungen ungleicher Richtung 13.6 Gekoppelte Schwingungen 14 Mechanische Wellen 14.1 Wellenausbreitung 14.1.1 Huygens'sches Prinzip 14.1.2 Wellenarten 14.2 Lineare Sinuswelle 14.2.1 Wellengleichung 14.2.2 Elongation 14.2.3 Phasengeschwindigkeit 14.2.4 Phasensprung 14.2.5 Stehende Wellen 14.3 Wellen in ausgedehnten Medien 14.3.1 Überlagerung ' 14.3.2 Reflexion 14.3.3 Brechung 14.3.4 Beugung 14.4 Größen.des Wellenfeldes 14.4.1 Energiedichte 14.4.2 Energiestrom 14.4.3 Leistung 14.4.4 Intensität 14.4.5 Wellenwiderstand 197 197 198 199 200 203 203 205 206 207 209 210 213 213 214 215 218 218 220 222 226 229 229 229 229 231 231 231 232 233 233 235 235 236 236 237 238 238 238 239 239 „ . . . 240 14 Inhaltsverzeichnis W WÄRMELEHRE 241 15 Temperatur 15.1 Temperaturmessung 15.1.1 Temperaturskalen 15.1.2 Thermometer 15.2 Ausdehnung fester Körper 15.2.1 Längenänderung 15.2.2 Flächenänderung 15.2.3 Volumenänderung 15.3 Ausdehnung von Flüssigkeiten 15.3.1 Volumenänderung 15.3.2 Dichteänderung 15.4 Ausdehnung der Gase 15.4.1 Volumenänderung 15.4.2 Druckänderung 15.5 Gasgesetze 15.5.1 Zustandsgieichung des idealen Gases 15.5.2 Gasdichte 15.5.3 Normvolumen 15.5.4 Gasgemische 15.5.5 Molare Größen 241 242 242 243 244 244 245 246 247 247 248 248 248 250 252 252 253 255 255 256 16 Wärmeenergie 16.1 Wärmemenge 16.1.1 Wärmeinhalt 16.1.2 Wärmekapazität 16.1.3 Wasserwert 16.2 Spezifische Wärmekapazität 16.3 Wärmemischung 16.4 Wärmequellen 16.4.1 Sonnenenergie 16.4.2 Verbrennungsenergie 16.4.3 Elektrische Energie 16.4.4 Mechanische Energie 259 259 260 260 261 262 264 265 265 266 267 267 17 Aggregatzustände •. 17.1 Schmelzen und Erstarren 17.1.1 Schmelzpunkt 17.1.2 Erstarrungspunkt von Lösungen 17.1.3 Volumenänderung 17.1.4 Schmelzwärme 17.1.5 Lösungswärme 17.2 Verdampfen und Kondensieren 17.2.1 Siedepunkt 17.2.2 Siedepunkt von Lösungen 17.2.3 Volumenänderung 269 269 270 270 271 271 272 272 273 273 *T. . 273 Inhaltsverzeichnis 15 17.2.4 Verdampfungswärme 17.2.5 Verdunsten 17.2.6 Sublimieren 17.3 Dämpfe 17.3.1 Gesättigter Dampf 17.3.2 Ungesättigter Dampf 17.3.3 Dampfbildung im gaserfüllten Raum 17.3.4 Tripelpunkt 17.3.5 Luftfeuchtigkeit 17.4 RealeGase 17.4.1 Zustandsgieichung realer Gase 17.4.2 Kritische Temperatur 17.4.3 VerflüssigungderGase 274 275 275 275 275 276 276 277 278 280 280 281 282 18 Zustandsänderung des idealen Gases 18.1 Erster Hauptsatz 18.1.1 Volumenänderungsarbeit 18.1.2 Innere Energie 18.1.3 Enthalpie 18.2 Isochore Zustandsänderung 18.3 Isobare Zustandsänderung 18.4 Isotherme Zustandsänderung 18.5 Isentrope Zustandsänderung 18.6 Polytrope Zustandsänderung 18.7 Kreisprozesse 18.7.1 Carnot'scher Kreisprozess 18.7.2 Thermischer Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses . . . . 18.7.3 Thermische Maschinen 18.8 Zweiter Hauptsatz 18.8.1 Reversible und irreversible Prozesse 18.8.2 Entropie 284 284 285 286 287 287 288 289 291 294 298 299 300 301 303 303 304 19 Kinetische Wärmetheorie -. 19.1 Anzahl und Masse der Moleküle 19.1.1 Loschmidt-Konstante 19.1.2 Avogadro-Konstante 19.1.3 Boltzmann-Konstante ' 19.1.4 Masse eines Moleküls 19.2 Druck in einem Gas 19.3 Geschwindigkeit der Moleküle 19.3.1 Maxwell-Verteilung der Geschwindigkeit 19.3.2 Wahrscheinlichste Geschwindigkeit 19.3.3 Mittlere quadratische Geschwindigkeit 19.3.4 Mittelwert der Geschwindigkeit 19.4 Energie der Moleküle . 19.4.1 Kinetische Energie eines Moleküls 309 309 309 309 310 310 310 312 312 313 314 314 315 315 16 Inhaltsverzeichnis 19.4.2 Gleichverteilungssatz 19.4.3 Innere Energie und spezifische Wärmekapazität 19.5 Stoßzahl und freie Weglänge 19.5.1 Mittlere Stoßzahl 19.5.2 Mittlere freie Weglänge 316 316 318 318 319 20 Wärmetransport 20.1 Wärmeströmung (Konvektion) 20.2 Wärmeleitung 20.3 Wärmeübergang 20.4 Wärmedurchgang 20.5 Temperaturstrahlung 20.5.1 Absorption 20.5.2 Emission 20.5.3 Strahlungsgesetz von Stefan und Boltzmann 20.5.4 Strahlungsgesetz von Planck 20.5.5 Verschiebungsgesetz von Wien 321 321 321 324 325 328 328 329 330 331 332 A 21 AKUSTIK 333 Schallerzeugung 333 21.1 Wesen des Schalls 333 21.2 Schallquellen 334 21.2.1 Schwingende Saiten 334 21.2.2 Schwingende Luftsäulen 335 21.3 Tonleiter 335 21.3.1 Harmonische (diatonische) Tonleiter 336 21.3.2 Chromatische Tonleiter 336 21.3.3 Gleichmäßig temperierte chromatische Tonleiter . . . . 337 21.3.4 Normstimmton 337 21.3.5 Intervalle '338 Schallausbreitung 340 22.1 Schallgeschwindigkeit 340 22.1.1 Schallgeschwindigkeit in Festkörpern 340 > 22.1.2 Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten 340 22.1.3 Schallgeschwindigkeit in Gasen 341 22.1.4 Schallgeschwindigkeit in Luft 341 22.2 Doppler-Effekt 342 22.3 Überlagerung von Schallwellen 346 22.3.1 Auslöschung 346 22.3.2 Verstärkung 346 22.3.3 Schwebung 346 22 23 Schallmessung 23.1 Schallfeldgrößen 23.1.1 Schallschnelle 23.1.2 Schalldruck 23.1.3 Schallintensität 348 348 348 349 f . . . 350 Inhaltsverzeichnis 23.2 24 23.1.4 23.1.5 Hören 23.2.1 23.2.2 23.2.3 17 Schallpegel Relativer Schallpegel 351 354 354 354 355 357 Hörfläche Lautstärkepegel Bewerteter Schallpegel Ultraschall 24.1 Eigenschaften 24.1.1 Schallstärke 24.1.2 Ausbreitung 24.2 Erzeugung von Ultraschall 0 OPTIK 25 Strahlenoptik 25.1 Lichtausbreitung 25.1.1 Geradlinigkeit der Ausbreitung 25.1.2 Lichtgeschwindigkeit 25.2 Reflexion 25.2.1 Reflexionsgesetz 25.2.2 Ebener Spiegel 25.2.3 Hohlspiegel (Konkavspiegel) 25.2.4 Wölbspiegel (Konvexspiegel) 25.3 Brechung 25.3.1 Brechungsgesetz 25.3.2 Totalreflexion 25.3.3 Planparallele Platte 25.3.4 Prisma 25.4 Linsen , 25.4.1 Linsenarten 25.4.2 Bestimmung der Brennweite 25.4.3 Konstruktion des Linsenbildes 25.4.4 Abbildungsgesetze .' 25.4.5 Dicke Linsen 25.4.6 Abbildungsfehler 25.5 Optische Geräte 25.5.1 Projektor '. 25.5.2 Kamera (Fotoapparat) 25.5.3 Auge 25.5.4 Lupe 25.5.5 Mikroskop 25.5.6 Fernrohre 25.6 Zerlegung des Lichts 25.6.1 Lichtquellen 25.6.2 Lichtzerlegung 25.6.3 Komplementärfarben = 358 358 358 358 359 360 360 360 360 360 361 361 362 362 364 365 365 366 367 368 369 369 371 372 373 374 375 376 376 378 379 381 382 383 385 385 386 ^ . 387 18 Inhaltsverzeichnis 25.6.4 Farbmischung 25.6.5 Spektren 25.6.6 Dispersion 387 388 389 26 Wellenoptik 26.1 Interferenz 26.1.1 Farben dünner Schichten 26.1.2 Newton'sche Ringe 26.2 Beugung 26.2.1 Beugung am engen Spalt 26.2.2 Beugung am Doppelspalt 26.2.3 Beugungsgitter 26.2.4 Beugungsspektrum 26.2.5 Beugung an kreisförmiger Öffnung 26.2.6 Auflösungsvermögen optischer Geräte 26.3 Polarisation 26.3.1 Polarisation durch Reflexion 26.3.2 Polarisation durch Doppelbrechung 26.3.3 Spannungsdoppelbrechung 26.3.4 Kerr-Effekt 26.3.5 Optische Aktivität 26.3.6 Faraday-Effekt 391 391 391 392 393 394 395 395 396 396 397 398 399 400 401 402 402 403 27 Lichtstrahlung 27.1 Strahlungsphysikalische Größen 27.2 Lichttechnische Größen (Fotometrie) 27.2.1 Spektraler Hellempfindlichkeitsgrad 27.2.2 Lichtstärke 27.2.3 Leuchtdichte 27.2.4 Lichtstrom 27.2.5 Spezifische Lichtausstrahlung 27.2.6 Lichtmenge 27.2.7 Beleuchtungsstärke .27.2.8 Belichtung 27.3 Fotometer 27.3.1 Messung der Lichtstärke 27.3.2 Messung des Gesamtlichtstroms 27.3.3 Messung der Beleuchtungsstärke 404 404 406 406 407 409 410 411 411 412 413 414 414 415 415 E ELEKTRIK 28 Gleichstromkreis 28.1 Elektrischer Strom 28.1.1 Elektrische Stromstärke 28.1.2 Elektrische Ladung 28.2 Elektrische Spannung 28.2.1 Quellenspannung Uq (Urspannung) 28.2.2 Spannungsabfall U 416 416 416 416 416 417 417 f . . . 418 Inhaltsverzeichnis 28.3 Elektrischer Widerstand 28.3.1 Spezifischer elektrischer Widerstand 28.3.2 Widerstand und Temperatur 28.4 Elektrischer Stromkreis 28.5 Stromverzweigung 28.6 Schaltung von Widerständen 28.6.1 Reihenschaltung 28.6.2 Parallelschaltung 28.6.3 Spannungsteiler 28.6.4 Wheatstone'sche Messbrücke 28.7 Messung von Stromstärke und Spannung 28.7.1 Strommesser 28.7.2 Spannungsmesser 28.8 Elektrische Arbeit und Leistung 28.8.1 Elektrische Arbeit 28.8.2 Elektrische Leistung 19 418 420 420 421 424 424 424 425 426 426 427 427 428 429 429 430 -•. 29 Elektrisches Feld 29.1 Elektrische Ladung 29.2 Elektrische Feldstärke 29.2.1 Elektrisches Potenzial 29.2.2 Elektrische Flussdichte 29.2.3 Dielektrikum 29.2.4 Feldstärke an Kugeloberflächen 29.3 Kapazität. '. 29.3.1 Kondensator 29.3.2 Parallelschaltung von Kondensatoren 29.3.3 Reihenschaltung von Kondensatoren 29.4 Kraft und Energie im elektrischen Feld 29.4.1 Kraftwirkung im Feld 29.4.2 Energie des Feldes 29.4.3 Energiedichte 29.4.4 Auf- und Entladung eines Kondensators 431 431 432 433 435 436 437 438 439 442 442 443 443 444 445 445 30 Magnetisches Feld 30.1 Dauermagnetismus (permanenter Magnetismus) 30.1.1 Stabmagnet . . . .' 30.1.2 Magnetfeld der Erde 30.2 Elektromagnetismus 30.2.1 Magnetische Feldstärke 30.2.2 Durchflutungsgesetz 30.2.3 Magnetische Spannung 30.2.4 Magnetische Flussdichte 30.2.5 Magnetischer Fluss 30.2.6 Stoff im magnetischen Feld 30.2.7 Ferromagnetische Stoffe 448 448 448 448 449 449 451 452 454 455 456 458 & 20 Inhaltsverzeichnis 30.3 Elektromagnetische Induktion 461 30.3.1 Induktionsgesetz 461 30.3.2 Induktion im bewegten Leiter 462 30.3.3 Selbstinduktion 463 30.3.4 Schaltung von Induktivitäten 465 30.3.5 Ein- und Ausschalten von Stromkreisen mit Induktivität 465 30.4 Kraft und Energie im magnetischen Feld 466 30.4.1 Kraftwirkungen im Feld 466 30.4.2 Energie des Feldes 472 30.4.3 Energiedichte .' 473 30.4.4 Elektrische und magnetische Feldgrößen 474 31 Elektrische Maschinen 31.1 Generatoren 31.1.1 Wechselstromgenerator 31.1.2 Gleichstromgenerator 31.1.3 Drehstromgenerator 31.2 Motoren 31.2.1 Wechselstrommotoren 31.2.2 Gleichstrommotoren 31.2.3 Drehstrommotoren 475 475 475 477 478 479 480 480 481 32 Wechselstromkreis 32.1 Effektivwerte von Strom und Spannung 32.2 Wechselstromwiderstand 32.2.1 Induktiver Widerstand 32.2.2 Kapazitiverwiderstand 32.2.3 Blindwiderstand 32.2.4 Scheinwiderstand 32.2.5 Phasenverschiebung 32.2.6 Resonanz 32.3 Wechselstromleistung 32.3.1 Wirkleistung " 32.3.2 Blindleistung 32.3.3 Scheinleistung 32.4 Transformator ; 482 482 483 483 485 486 487 488 489 490 490 491 492 493 33 Elektrische Leitung 33.1 Stromleitung durch Festkörper 33.1.1 Energiebändermodell 33.1.2 Metallische Leiter 33.1.3 Thermoelektrizität 33.1.4 Halbleiter 33.1.5 Eigenleitung 33.1.6 n-Leitung 33.1.7 p-Leitung 33.1.8 pn-Übergang 495 497 497 498 499 501 501 503 504 504 f 34 Inhaltsverzeichnis 21 33.1.9 Bipolarer Transistor 33.1.10 Unipolarer Transistor 33.2 Stromleitung in Flüssigkeiten 33.2.1 Elektrolyse 33.2.2 Galvanische Elemente 33.2.3 Akkumulatoren 33.3 Stromleitung in Gasen 33.3.1 Unselbstständige Entladung 33.3.2 Selbstständige Entladung 33.3.3 Glimmentladung 33.3.4 Kathodenstrahlen 33.3.5 Kanalstrahlen 33.3.6 Röntgenstrahlung 33.4 Stromleitung im Vakuum . . 33.4.1 Energie und Geschwindigkeit freier Elektronen 33.4.2 Elektronenbewegung im elektrischen Querfeld 33.4.3 Elektronenemission aus Metallen 33.4.4 Elektronenröhren 506 509 510 510 512 512 514 514 515 515 516 517 517 517 517 520 521 524 Elektrische Schwingungen und Wellen 34.1 Elektromagnetische Schwingungen 34.1.1 Schwingkreis . 34.1.2 Ungedämpfte elektromagnetische Schwingung 34.1.3 Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Schwingungen . 34.1.4 Offener Schwingkreis 34.1.5 Gedämpfte elektromagnetische Schwingung 34.2 Elektromagnetische Wellen 34.2.1 Elektromagnetische Welle auf einer Leitung 34.2.2 Freie elektromagnetische Wellen 34.2.3 Spektrum elektromagnetischer Wellen 527 527 527 527 529 529 530 531 531 533 535 K ATOM- U N D KERNPHYSIK 537 35 Quanten 35.1 Energie-Masse-Relation 35.2 Photon 35.2.1 Masse des Photons .' 35.2.2 Impuls des Photons 35.2.3 Compton-Effekt. ., 35.3 Materiewellen 35.4 Unschärferelation 537 537 538 538 538 539 541 543 36 Atome 36.1 Aufbau und Kennzeichnung 36.1.1 Isotope Nuklide 36.1.2 Isobare Nuklide 36.1.3 Isotone Nuklide 545 545 546 546 547 -, 22 Inhaltsverzeichnis 36.2 Masse 36.2.1 Atommasse 36.2.2 Anzahl der Atome 36.2.3 Massendefekt 36.3 Kernbindungsenergie 36.4 Größe, 36.4.1 Elektronenradius 36.4.2 Kernradius 36.4.3 Atomradius / 37 Atomhülle 37.1 Bohr'sche Postulate 37.1.1 1. Postulat 37.1.2 2. Postulat ". 37.2 Wasserstoffatom 37.2.1 Bahngeschwindigkeit 37.2.2 Umlauffrequenz 37.2.3 Bahnradius 37.2.4 Energieniveau 37.2.5 Frequenzen der Strahlung 37.2.6 Wasserstoffspektrum 37.3 Quantenzahlen 37.3.1 Hauptquantenzahl n 37.3.2 Nebenquantenzahl l (Drehimpulsquantenzahl) 37.3.3 Magnetische Quantenzahl m 37.3.4 Spinquantenzahl s 37.3.5 Besetzung der Schalen 37.4 Strahlungsemission 37.4.1 Termschema 37.4.2 Anregung 37.4.3 Metastabile Zustände 37.4.4 Röntgenstrahlung . ". 37.5 Wellenmechanisches Atommodell 38 Radioaktivität 38.1 Radioaktive Umwandlung (radioaktiver Zerfall) 38.1.1 Stabilität des Kerns 38.1.2 a-Zerfall 38.1.3 ß-Zerfall : 38.1.4 ß+Zerfall 38.1.5 y-Emission 38.2 Statistik des Zerfalls 38.2.1 Zerfallskonstante 38.2.2 Zerfallsgesetz 38.2.3 Halbwertszeit 38.2.4 Aktivität 547 547 549 549 550 551 551 552 552 553 553 553 554 554 554 555 556 557 559 560 561 561 561 562 563 564 565 565 565 566 567 568 570 570 570 571 571 572 573 573 573 573 574 f . . . 574 Inhaltsverzeichnis 38.3 Zerfallsreihen 38.4 Schwächung der Kernstrahlung 38.4.1 y-Strahlung 38.4.2 ß-Strahlung 38.4.3 a-Strahlung 38.5 Dosimetrie 38.5.1 Energiedosis 38.5.2 Energiedosisleistung 38.5.3 lonendosis 38.5.4 Äquivalentdosis 38.6 Strahlenschutz 38.7 Strahlennachweis 39 Künstliche Kernumwandlungen 39.1 Teilchenbeschleuniger 39.2 Kernreaktionen 39.3 Uranspaltung 39.3.1 Kettenreaktion 39.3.2 Energiebilanz 39.4 Kernfusion 39.5 Anwendung radioaktiver Nuklide 23 576 577 577 579 580 581 581 581 582 _. . . . . 583 584 585 : 586 586 586 587 588 589 589 590 40 Elementarteilchen 40.1 Elementare Teilchen 40.1.1 Leptonen 40.1.2 Quarks 40.2 Zusammengesetzte Elementarteilchen (Hadronen) 40.2.1 Mesonen 40.2.2 Baryonen 591 592 592 592 593 593 594 R 41 RELATIVISTISCHE MECHANIK Relativistische Mechanik 41.1 Galilei-Transformation 41.1.1 Zeitkoordinaten : 41.1.2 Ortskoordinaten 41.1.3 Geschwindigkeit 41.1.4 Beschleunigung 41.2 Lorentz-Transformation ' 41.2.1 Ortskoordinaten 41.2.2 Zeitkoordinaten 41.3 Relativistische Kinematik 41.3.1 Zeitdilatation 41.3.2 Längenkontraktion 41.3.3 Addition von Geschwindigkeiten 41.4 Relativistische Dynamik 41.4.1 Masse 41.4.2 Impuls 595 595 595 596 596 596 597 597 598 598 598 598 599 600 601 601 602 24 Inhaltsverzeichnis 41.4.3 Kraft 41.4.4 Energie F 42 FEHLERRECHNUNG Fehlerrechnung bei physikalischen Messungen 42.1 Fehlerbegriff 42.2 Systematische Fehler 42.3 Zufällige Fehler 42.3.1 Mittelwert der Messreihe 42.3.2 Standardabweichung (mittlerer Fehler) der Einzelmessung 42.3.3 Standardabweichung (mittlerer Fehler) des Mittel~ wertes 42.4 Fehlerfortpflanzung 42.4.1 Mittelwert des Funktionswertes 42.4.2 Mittlerer Fehler des Funktionswertes 42.4.3 Größtfehler des Funktionswertes 42.4.4 Fehlerschätzung 42.5 Darstellung des Endergebnisses T TABELLEN Tabelle 1a Dichte fester Stoffe Tabelle 1b Dichte von Flüssigkeiten Tabelle 1c Normdichte gasförmiger Stoffe Tabelle 2 Reibungszahlen Tabelle 3 Stoßzahl Tabelle 4 Kompressibilität von Flüssigkeiten Tabelle 5 Luftdruck in Abhängigkeit von der Höhe Tabelle 6 Dynamische Viskosität und kinematische Viskosität Tabelle 7 Widerstandsbeiwert Tabelle 8 Oberflächenspannung Tabelle 9 Elastizitätsmodul, Schubmodul, Kompressionsmodul Tabelle 10 Längenausdehnungskoeffizient fester Stoffe Tabelle 11 Volumenausdehnungskoeffizient von Flüssigkeiten Tabelle 12 Volumenausdehnungskoeffizient gasförmiger Stoffe Tabelle 13 Luftdichte in Abhängigkeit von Druck und Temperatur Tabelle 14 Spezielle Gaskonstante Tabelle15 Dichte des Wassers in Abhängigkeit von der Temperatur . . . . Tabelle 16 Spezifische Wärmekapazität fester Stoffe Tabelle 17 Spezifische Wärmekapazität von Flüssigkeiten Tabelle 18 Spezifische Wärmekapazität von Gasen Tabelle 19 Spezifischer Heizwert fester Brennstoffe Tabelle 20 Spezifischer Heizwert flüssiger Brennstoffe Tabelle 21 Spezifischer Heizwert gasförmiger Brennstoffe Tabelle 22 Schmelztemperatur und spezifische Schmelzwärme Tabelle 23 Siedetemperatur und spezifische Verdampfungswärme .<*... 603 603 605 605 605 605 606 606 607 608 609 609 610 611 612 612 614 614 616 616 617 619 619 620 621 622 623 624 625 627 627 628 628 629 629 631 632 633 633 633 634 637 Inhaltsverzeichnis Tabelle 24 Siedetemperatur des Wassers in Abhängigkeit vom Druck . . . Tabelle 25 Siedetemperatur des Wassers in Abhängigkeit vom Luftdruck. Tabelle 26 Sättigungsdruck Tabelle 27 Sättigungsdruck und Sättigungsmenge für W a s s e r d a m p f . . . . Tabelle 28 Kryoskopische und ebullioskopische Konstante Tabelle 29 Van-der-Waals-Konstanten Tabelle 30 Kritische Temperatur und kritischer Druck Tabelle 31 Wärmeleitfähigkeit Tabelle 32 Wärmeübergangskoeffizient Tabelle 33 Wärmedurchgangskoeffizient Tabelle 34 Emissionsgrad Tabelle 35 Schallgeschwindigkeit Tabelle 36 Schalldämmmaß Tabelle 37 Lautstärkepegel Tabelle 38 Lichtgeschwindigkeit Tabelle 39 Brechzahl Tabelle 40 Grenzwinkel Tabelle 41 Polarisationswinkel Tabelle 42 Wellenlängen wichtiger Spektrallinien Tabelle 43 Mittlere Dispersion und Abbe'sche Zahl Tabelle 44 Gesamtlichtstrom und Lichtausbeute von Lampen Tabelle 45 Spezifischer elektrischer Widerstand Tabelle 46 Temperaturkoeffizient Tabelle 47 Permittivitätszahl Tabelle48 Permeabilitätszahl Tabelle 49 Curie-Temperatur ferromagnetischer Stoffe Tabelle 50 Beweglichkeit von Ladungsträgern Tabelle 51 Sprungtemperatur bei Supraleitern Tabelle 52 Elektrochemisches Äquivalent Tabelle 53 Elektrochemische Spannungsreihe Tabelle54 Ablösearbeit Tabelle 55 Elektronenanordnung bei den Elementen Tabelle 56 Chemische Elemente und ihre Isotope Tabelle 57 Halbwertszeit und Zerfallsenergie radioaktiver Isotope Tabelle 58 Schwächungskoeffizient für y-Strahlung Tabelle 59 Schwächungskoeffizient für y-Strahlung des Co-60 Tabelle 60 Halbwertsschichtdickefüry-Strahlung Tabelle61 Maximale Reichweite und Halbwertsschichtdicke für ß-Strahlung in Aluminium Tabelle 62 Dosisleistungskonstante Tabelle 63 Griechische Buchstaben S SACHWORTVERZEICHNIS 25 640 640 641 641 642 642 643 644 646 647 648 650 651 652 652 653 654 654 655 655 656 658 659 660 661 663 664 665 666 666 667 668 671 686 688 689 689 689 690 690 691
