Inhaltsverzeichnis
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6 Inhaltsverzeichnis Felder ORIENTIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1 Elektrischeund magnetischeFelder . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.1 ElektrischeLadungund elektrischesFeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektrisch .geladene .Körper . . . . . . . . . . . Elektrische .Ladung .und .Strom- . stärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kräfte .zwischen .geladenen .Körpern . . . . Elektrisches .Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektrische .Spannung .und . Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektrisches .Potenzial . . . . . . . . . . . . . . . . Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kondensatoren .in .Stromkreisen . . . . . . . . Energie .des .elektrischen .Felds . . . . . . . . . . Bestimmung .der .Elementarladung . . . . . . Bewegung .von .Ladungsträgern .im . . elektrischen .Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 .1 .1 . 1 .1 .2 . 1 .1 .3 . 1 .1 .4 . 1 .1 .5 . . 1 .1 .6 . 1 .1 .7 . 1 .1 .8 . 1 .1 .9 . 1 .1 .10 . 1 .1 .11 . Technik: .Faraday’scher .Käfig . . . . . . . . . . Umwelt: .Gewitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Technik: .Fotokopierer . . . . . . . . . . . . . . . Technik: .Rauchgasreinigung . . . . . . . . . . . Biologie: .Signalübertragung .durch 15 16 17 20 22 24 25 27 28 Überblick:Elektrischeund magnetischeFelder . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2 InduktionundLeitungsvorgänge . . . . . 50 2.1 ElektromagnetischeInduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2 .1 .1 . Induktionsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2 .1 .2 . Folgerungen .aus .dem .Induktions- . gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2 .1 .3 . Selbstinduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2 .1 .4 . Energie .des .magnetischen .Felds . . . . . . . . 59 2 .1 .5 . Wirbelströme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Technik: .Metalldetektoren . . . . . . . . . . . . 51 Technik: .Zündanlagen . . . . . . . . . . . . . . . 57 Technik: .Wirbelstrombremsen . . . . . . . . . 60 30 15 18 23 28 33 33 35 36 38 39 39 42 Geophysik: .Magnetfeld .der .Erde . . . . . . . 34 Grundgrößen: .Ampere .und . Elementarladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Forschung: .Elektromagnetisches . Rühren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 9783060130221 Inhalt_S006 6 14 14 Nervenfasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.2 MagnetischesFeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 .2 .1 . Felder .um .stromdurchflossene . . Leiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 .2 .2 . Magnetische .Feldstärke . . . . . . . . . . . . . . . 1 .2 .3 . Lorentzkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 .2 .4 . Halleffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 .2 .5 . Magnetfeld .in .einer .langen .Spule . . . . . . . 1 .2 .6 . Materie .im .magnetischen .Feld . . . . . . . . . 1 .2 .7 . Bestimmung .der .Masse .geladener . . Teilchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forschung: .Massenspektroskopie . . . . . . 42 Umwelt: .Polarlicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.2 Wechselstromkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 .2 .1 . Wechselstrom .und .Wechsel- . spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 .2 .2 . Ohm’scher .Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . 2 .2 .3 . Nichtohmsche .Bauelemente . . . . . . . . . . . 2 .2 .4 . Leistung .im .Wechselstromkreis . . . . . . . . . 2 .2 .5 . Einfache .Schaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . 62 62 64 65 67 68 Technik: .Drehstrommotor . . . . . . . . . . . . . 63 Technik: .Fernleitung .elektrischer . Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.3 2 .3 .1 . 2 .3 .2 . 2 .3 .3 . 2 .3 .4 . 2 .3 .5 . 2 .3 .6 . . 2 .3 .7 . . 2 .3 .8 . . 2 .3 .9 . . ElektrischeLeitungsvorgänge . . . . . . . . . Halbleiter .und .Metalle . . . . . . . . . . . . . . . Bändermodell .der .Festkörper . . . . . . . . . p- .und .n-Leitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der .p-n-Übergang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Integrierte .Schaltkreise . . . . . . . . . . . . . . . Supraleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Leitung .in .Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . Leitung .in .Gasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 71 71 73 74 78 79 81 83 84 26.01.10 13:53 Inhalt Technik: Solarzellen . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Technik: Leuchtdioden . . . . . . . . . . . . . . 77 Technik: Datenspeicher . . . . . . . . . . . . . . 80 Forschung: Grenzen der 7 Forschung: Nanoteilchen: mesoskopische Systeme . . . . . . . . . . . . . 86 Miniaturisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Überblick:Induktionund Leitungsvorgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 REFLEXION: FELDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Schwingungen und Wellen ORIENTIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 3 Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.1 3 .1 .1 MechanischeSchwingungen . . . . . . . . . . 96 Kenngrößen und Beschreibung einer Schwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Harmonische Schwingungen . . . . . . . . . 97 Nichtharmonische Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Energie harmonischer Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Gedämpfte harmonische Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Erzwungene Schwingungen und Resonanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Überlagerung von harmonischen Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3 .1 .2 3 .1 .3 3 .1 .4 3 .1 .5 3 .1 .6 3 .1 .7 Geophysik: Seismometer . . . . . . . . . . . . . 97 Bauphysik: Schwingungen von 3.3 3 .3 .1 3 .3 .2 3 .3 .3 3 .2 .2 3 .2 .3 3 .2 .4 3 .2 .5 3 .2 .6 ElektromagnetischeSchwingungen . . . . Schwingungen in einem Schwingkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ungedämpfte Schwingungen . . . . . . . . Gedämpfte Schwingungen . . . . . . . . . . Erzwungene Schwingungen und Resonanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rückkopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Überlagerung von Schwingungen . . . . 120 120 121 122 Überblick:Schwingungen . . . . . . . . . 126 4 Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 4.1 4 .1 .1 4 .1 .2 4 .1 .3 4 .1 .4 4 .1 .5 4 .1 .6 MechanischeWellen . . . . . . . . . . . . . . . Entstehung mechanischer Wellen . . . . . Ausbreitung mechanischer Wellen . . . . Überlagerung von Wellen . . . . . . . . . . . Stehende Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Huygens’sches Prinzip . . . . . . . . . . . . . Beugung, Reflexion und Brechung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bauten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Verkehr: Schwingungsdämpfer . . . . . . . 105 Tontechnik: Klanganalyse . . . . . . . . . . 108 3.2 3 .2 .1 SchwingungenundChaos . . . . . . . . . . . Deterministisches Chaos . . . . . . . . . . . Bifurkation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diagramme chaotischer Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 128 129 131 133 135 137 Biologie: Ultraschall bei Tieren . . . . . . 129 Umwelt: Meereswellen . . . . . . . . . . . . . 134 Geophysik: Seismische Wellen . . . . . . . 139 109 109 110 111 112 115 116 4.2 4 .2 .1 4 .2 .2 4 .2 .3 4 .2 .4 4 .2 .5 4 .2 .6 Akustik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schallsignale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ausbreitung des Schalls . . . . . . . . . . . . Wahrnehmung des Schalls . . . . . . . . . . Reflexion von Schallwellen . . . . . . . . . . Brechung, Beugung und Interferenz von Schallwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dopplereffekt und Überschall . . . . . . . . 140 140 140 141 143 144 145 Verkehr: Verkehrssteuerung . . . . . . . . . 112 Tontechnik: Mikrofon und Musik: Stehende Wellen an Lautsprecher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Zeitmessung: Schwingquarze als Taktgeber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Rundfunktechnik: Schwingungen in Sendeanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Medizin: Sonografie . . . . . . . . . . . . . . . 146 Biologie: Das menschliche Ohr . . . . . . 148 9783060130221 Inhalt_S007 7 Musikinstrumenten . . . . . . . . . . . . . . . . 142 4.3 4 .3 .1 ElektromagnetischeWellen . . . . . . . . . . 150 Entstehung von Radiowellen . . . . . . . . 150 26.01.10 13:53 8 Inhaltsverzeichnis 4 .3 .2 . Ausbreitungsgeschwindigkeit .von . . Radiowellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 .3 .3 . Maxwell’sche .Theorie . . . . . . . . . . . . . . . 4 .3 .4 . Eigenschaften .von .Radiowellen . . . . . . . 4 .3 .5 . Ausbreitung .von .Radiowellen . . . . . . . . . 4 .3 .6 . Informationsübertragung .mit . . elektromagnetischen .Wellen . . . . . . . . . . 4 .3 .7 . Elektromagnetisches .Spektrum . . . . . . . . Geschichte: .Geschichte .der . Informationsübertragung . . . . . . . . . . . . Technik: .Mikrowellenherd . . . . . . . . . . . . Technik: .Radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Technik: .Digitalisierung . . . . . . . . . . . . . Forschung: .Synchrotronstrahlung . . . . . Technik: .Wie .funktioniert . Fernsehen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 153 156 158 160 166 154 157 159 161 164 168 Überblick:Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . 172 REFLEXION: SCHWINGUNGEN UND WELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Quantenobjekte und Struktur der Materie ORIENTIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 5 Licht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 5.1 KlassischeOptik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 .1 .1 . Geschwindigkeit .des .Lichts . . . . . . . . . . . 5 .1 .2 . Fermat’sches .Prinzip, .Reflexion . . und .Brechung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 .1 .3 . Farbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 .1 .4 . Wellenmodell .des .Lichts . . . . . . . . . . . . . 5 .1 .5 . Interferenz .am .Doppelspalt . . . . . . . . . . 5 .1 .6 . Interferenz .am .Gitter . . . . . . . . . . . . . . . . 5 .1 .7 . Beugung .am .Einfachspalt . . . . . . . . . . . . 5 .1 .8 . Interferenz .an .dünnen . . Schichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 .1 .9 . Michelson-Interferometer . . . . . . . . . . . 5 .1 .10 . Polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 .1 .11 . . Kohärenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 178 5 .3 .1 . 5 .3 .2 . 180 182 182 183 184 185 5 .3 .3 . 5 .3 .4 . 5 .3 .5 . 5 .3 .6 . 5 .3 .7 . 5 .3 .8 . Lichtgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 181 Technik: .Farbmischung . . . . . . . . . . . . . . 186 Technik: .TFT-Bildschirme . . . . . . . . . . . 192 195 195 196 204 204 204 204 208 211 213 213 216 optischer .Instrumente . . . . . . . . . . . . . . . 220 Überblick:Licht . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 6 Quantenphysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 6.1 6 .1 .1 . 6 .1 .2 . 6 .1 .3 . 6 .1 .4 . 6 .1 .5 . Quantenobjekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wahrscheinlichkeitsdeutung . . . . . . . . . . Quanteninterferenz . . . . . . . . . . . . . . . . . Verschränkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektronen .als .Quantenobjekte . . . . . . . . Neutronen, .Atome .und .Moleküle . . . . . . 226 226 226 228 229 233 198 . 200 . 200 Forschung: .Elektronenmikroskop . . . . . . 227 Forschung: .Teleportation . . . . . . . . . . . . 230 Photonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 . Astronomie: .Strahlungsdruck . . . . . . . . 202 6.2 ElementederQuantenmechanik . . . . . . . 234 6 .2 .1 . Materiewellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 6 .2 .2 . Interferenz .von .Materiewellen . . . . . . . . . 235 Forschung: .Nachweis .von . 9783060130221 Inhalt_S008 8 IntensitätvonLicht: derZeigerformalismus . . . . . . . . . . . . . . Modelle .vom .Licht . . . . . . . . . . . . . . . . . Konstruktion .des .Zeiger- . formalismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Interferenz .am .Doppelspalt . . . . . . . . . . Beugung .am .schmalen .Spalt . . . . . . . . . . Beugung .am .breiten .Spalt . . . . . . . . . . . . Intensitätsoptimierung . . . . . . . . . . . . . . Interferenz .am .Mehrfachspalt . . . . . . . . . Optische .Abbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . Technik: .Optische .Beschichtung . . . . . . . 206 Technik: .Holografie . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Forschung: .Auflösungsvermögen . 187 189 190 193 Umwelt: .Halos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Grundgrößen: . 5.2 Lichtquanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 .2 .1 . Wechselwirkung .von .Licht .mit . . Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 .2 .2 . Fotoeffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 .2 .3 . Quantenhafte .Emission .von . . Licht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 .2 .4 . Impuls .von .Photonen . . . . . . . . . . . . . . . 5 .2 .5 . Compton-Streuung . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 26.01.10 13:53 Inhalt 6.2.3 Heisenberg’scheUnbestimmt- heitsrelation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 9 Forschung:Freie-Elektronen-Laser . . . 280 Überblick:Atome. . . . . . . . . . . . . . . . 284 8 KerneundElementarteilchen . . . . . . 286 Forschung:Rastertunnelmikroskop. . . 238 Überblick:Quantenphysik. . . . . . . . 241 7 Atome. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 7.1 EntwicklungderAtommodelle . . . . . . . . 7.1.1 EntstehungdesAtombegriffs inderantikenPhilosophie. . . . . . . . . . 7.1.2 Rutherford’schesAtommodell . . . . . . . 7.1.3 Linienspektren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.4 EnergieniveausinAtomen . . . . . . . . . . 7.1.5 Bohr’schesAtommodell . . . . . . . . . . . . 242 242 244 246 247 247 8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 8.1.5 Radioaktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . NachweisradioaktiverStrahlung. . . . . ArtenradioaktiverStrahlung . . . . . . . . Symbolschreibweise . . . . . . . . . . . . . . . AktivitätundZerfallsgesetz . . . . . . . . . WechselwirkungvonStrahlung mitMaterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.6 MessgrößendesStrahlen- schutzes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.7 BiologischeWirkungionisierender Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forschung:Spektralanalyse . . . . . . . . . 243 Technik:Atomuhren. . . . . . . . . . . . . . . 248 7.2 Energieabsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1 Franck-Hertz-Experiment. . . . . . . . . . 7.2.2 ResonanzabsorptionundResonanz- fluoreszenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.3 FluoreszenzundPhosphoreszenz . . . . 251 251 253 256 Geschichte:Fraunhofer’sche Linien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 Technik:Anwendungder Fluoreszenz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.3.5 7.3.6 AtommodellderQuantenphysik. . . . . . Schrödingergleichung . . . . . . . . . . . . . . ModelldeslinearenPotenzialtopfs . . . Tunneleffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wasserstoffatom . . . . . . . . . . . . . . . . . . OrbitaleundQuantenzahlen . . . . . . . . PeriodensystemderElemente. . . . . . . . 258 258 259 261 262 263 265 Umwelt:Farbstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 264 7.4 Laser-undRöntgenstrahlung . . . . . . . . 7.4.1 Laserstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.2 EigenschaftenvonRöntgen- strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.3 SpektrumderRöntgenstrahlung. . . . . 268 268 273 275 Forschung:Femtosekundenlaser . . . . . 270 Forschung:Laserdiode . . . . . . . . . . . . . 272 Forschung:Kristallstruktur- analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Medizin:DiagnosemitRöntgen- strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 9783060130221 Inhalt_S009 9 Umwelt:Bestrahlungvon Lebensmitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forschung:Altersbestimmung . . . . . . . Medizin:RadioaktiveStrahlung inderMedizin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Umwelt:Belastungdurch ioniserendeStrahlung. . . . . . . . . . . . . . 8.2 AufbauderAtomkerne . . . . . . . . . . . . . 8.2.1 Kernbausteine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2 Massendefektund Bindungsenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3 TröpfchenmodelldesKerns. . . . . . . . . 8.2.4 Schalen-undPotenzialtopfmodell desKerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 286 288 289 289 292 295 296 287 290 294 298 300 300 302 302 304 Geschichte:Entdeckungdes Neutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 8.3 8.3.1 8.3.2 8.3.3 8.3.4 8.3.5 Kernumwandlungen . . . . . . . . . . . . . . . . 306 ArtenradioaktivenZerfalls . . . . . . . . . 306 NatürlicheZerfallsreihen. . . . . . . . . . . 308 KünstlicheKernumwandlungen. . . . . . 309 Kernspaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 KettenreaktionundEnergie- bilanz........................... 311 8.3.6 Kernfusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 8.3.7 Kernreaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 Geophysik:DerNaturreaktor vonOklo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geschichte:Das»Manhattan Project« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Technik:ModerneKernkraftwerke. . . Energie:Fusionsreaktoren. . . . . . . . . . 313 314 316 319 26.01.10 13:53 10 Inhaltsverzeichnis 8.4 8 .4 .1 . 8 .4 .2 . 8 .4 .3 . Elementarteilchenphysik . . . . . . . . . . . . Standardmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wechselwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vielfalt .und .Ordnung .im . . Teilchenzoo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 320 325 Forschung: .Der .»Large .Hadron Collider« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 Forschung: .Detektoren .in . der .Teilchenphysik . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 327 Forschung: .Kosmische .Strahlung . . . . . . 322 Überblick:Kerneund Elementarteilchen . . . . . . . . . . . . . . . . 332 REFLEXION: QUANTENOBJEKTE UND STRUKTUR DER MATERIE . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 Relativität und Astrophysik ORIENTIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 9 Relativitätstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . 338 9.1 9 .1 .1 . 9 .1 .2 . 9 .1 .3 . 9 .1 .4 . Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Relativbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . Lichtgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . Äthertheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einstein-Postulate . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 9 .2 .1 . 9 .2 .2 . 9 .2 .3 . 9 .2 .4 . 9 .2 .5 . 9 .2 .6 . 9 .2 .7 . 338 338 338 339 341 Forschung: .Gravitationswellen- detektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 Überblick:Relativitätstheorie . . . . . . 365 Technik: .Satellitennavigation . . . . . . . . . 339 Geschichte: .Relativität .und . 10 Astrophysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 Elektrodynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 10.1 10 .1 .1 . 10 .1 .2 . 10 .1 .3 . 10 .1 .4 . 10 .1 .5 . UnserStern:dieSonne . . . . . . . . . . . . . . Sonne .und .Sonnensystem . . . . . . . . . . . . Zustandsgrößen .der .Sonne . . . . . . . . . . . Sonnenatmosphäre . . . . . . . . . . . . . . . . . Sonnenaktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Innerer .Aufbau .der .Sonne . . . . . . . . . . . . RelativistischeKinematik . . . . . . . . . . . . Gleichzeitigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zeitdilatation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Längenkontraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . Addition .von .Geschwindigkeiten . . . . . . Koordinatentransformation . . . . . . . . . . Minkowski-Diagramme . . . . . . . . . . . . . . Raumzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 343 343 344 347 348 349 351 Zeit: .Zwillingsparadoxon . . . . . . . . . . . . 345 Forschung: .Myonen . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 Technik: .Atomuhrenvergleich . . . . . . . . . 352 9.3 9 .3 .1 . 9 .3 .2 . 9 .3 .3 . 9 .3 .4 . 9 .4 .3 . Krümmung .der .Raumzeit . . . . . . . . . . . . 362 RelativistischeDynamik . . . . . . . . . . . . . Relativität .der .Masse . . . . . . . . . . . . . . . . Masse-Energie-Beziehung . . . . . . . . . . . . Relativistische .Energie . . . . . . . . . . . . . . . Energie-Impuls-Beziehung . . . . . . . . . . . 353 353 354 356 356 366 366 367 368 369 370 Umwelt: .Sonne, .Leben, .Energie . . . . . . . 367 Geschichte: .Solare .Neutrinos . . . . . . . . . 371 10.2 PhysikderSterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 .2 .1 . Helligkeiten .und .Entfernungen . . der .Sterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 .2 .2 . Zustandsgrößen .der .Sterne . . . . . . . . . . . . 10 .2 .3 . Hertzsprung-Russell- . Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 .2 .4 . Sternentstehung .und .Stern- . entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 374 375 378 380 Forschung: .Entfernungs- bestimmung .von .Sternen . . . . . . . . . . . . 376 Forschung: .Relativistische .Effekte . in .Teilchenbeschleunigern . . . . . . . . . . . 354 Forschung: .Bedingungen .für . Leben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 Forschung: .Altersbestimmung . 9.4 ElementederAllgemeinen Relativitätstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 9 .4 .1 . Gravitationsfeld .und .Relativität . . . . . . . 358 9 .4 .2 . Experimentelle .Belege . . . . . . . . . . . . . . . 359 9783060130221 Inhalt_S010 10 von .Sternen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 10.3 GroßstrukturenimKosmos . . . . . . . . . . . 386 10 .3 .1 . Milchstraßensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . 386 26.01.10 13:53 Inhalt Forschung: .Entwicklung .des . 10 .3 .2 . Außergalaktische .Sternsysteme . . . . . . . . 387 10 .3 .3 . Kosmologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 Forschung: .Quasare . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 11 Kosmos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 Überblick: Astrophysik . . . . . . . . . . . . 393 REFLEXION: RELATIVITÄT UND ASTROPHYSIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 Methoden der Physik M 1 Experimente und ihre Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 M .1 .1 . M .1 .2 . M .1 .3 . M .1 .4 . M .1 .5 . Experiment .als .Teil .der .Erkenntnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Regeln .des .Experimentierens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beispiel .eines .quantitativen .Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Messgenauigkeit .und .Angabe .von .Ergebnissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fehlerarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 396 397 401 401 M 2 Modelle in der Physik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 M .2 .1 . Denken .in .Modellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 M .2 .2 . Eignung .eines .mathematischen .Modells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 M 3 Mathematische Funktionen und Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 M .3 .1 . M .3 .2 . M .3 .3 . M .3 .4 . M .3 .5 . M .3 .6 . M .3 .7 . Wichtige .Funktionen .in .der .Physik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funktionsanpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Iterative .Rechenmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ableitung .und .Integral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Differenzialgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vektorielle .Größen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mathematische .Behandlung .von .Messfehlern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 406 408 410 415 417 419 Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 9783060130221 Inhalt_S011 11 26.01.10 13:53
