Grundlagen der Physik

Grundlagen der Physik
(Voraussetzung für den Kurs „Medizinische Physik/Biophysik“, 1-2 Semester,
Diplomstudium „Veterinärmedizin“ und „Biomedizin/Biotechnologie“).
Stand 8.06.2011
I.
Die physikalischen Grundgrößen
1. Die Längen- und Zeitmessung
2. Die Messung der Masse
3. Messfehler
II.
Mechanik
1. Das Bezugssystem und das Modell des materiellen Punktes
2. Die Geschwindigkeit eines materiellen Punktes
3. Die Beschleunigung eines materiellen Punktes
4. Die Kraft
5. Beschreibung einzelner Kräfte
6. Der Druck
7. Addition von Kräften
8. Das allgemeine Wechselwirkungsgesetz
9. Die Bedeutung der Grundgesetze
10. Die Bewegung auf der Fahrbahn
11. Die Bewegung auf der schiefen Ebene
12. Der waagrechte Wurf
13. Der schiefe Wurf
14. Die gleichförmige Bewegung auf der Kreisbahn
15. Der Begriff der Arbeit
16. Der Begriff der Leistung
17. Der Energiebegriff
18. Der Erhaltungssatz der Energie
19. Der Impulssatz im abgeschlossenen und nicht abgeschlossenen System
20. Der starre Körper, das statische Gleichgewicht
21. Die Herleitung der Gleichgewichtsbedingung
22. Das Drehmoment und der Massenmittelpunkt
23. Die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelbeschleunigung
24. Die Bewegungsgleichung für die Translationsbewegung
25. Die Bewegungsgleichung für die Rotationsbewegung
26. Der Drehimpulssatz im abgeschlossenen System.
27. Der Drehimpulssatz im nicht abgeschlossenen Systemen
28. Beschleunigt bewegte Bezugssysteme
29. Das geozentrische Weltbild
30. Das heliozentrische Weltbild
31. Die allgemeine Massenanziehung
32. Die Bewegung von Raketen und Satelliten
33. Die Grenzen der Newtonsehen Gravitationstheorie
III.
Thermodynamik
1. Die Kräfte zwischen den Atomen
2. Die Kräfte zwischen den Molekülen
3. Die thermische Bewegung der Moleküle.
4. Die Wärmeausdehnung und das Thermometer
5. Das Modell des idealen Gases
6. Der Druck eines Gases
7. Die absolute Temperatur und die Zustandsgleichung
8. Zustandsänderungen
9. Die Geschwindigkeit der Gasmoleküle
10. Lösungen und Osmose
11. Der erste Hauptsatz der Wärmelehre
12. Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre
13. Entropie und Information
14. Wärmekraftmaschinen
15. Kältemaschinen
16. Die Jagd nach dem absoluten Nullpunkt
17. Der Energiehaushalt der Erde
18. Der Energiebedarf der Menschheit
19. Neue Energiequellen
20. Oberflächenspannung und Kapillarität
IV.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
V.
Hydro- und Aeromechanik
Der Druck in schwerelosen Flüssigkeiten und Gasen
Der Druck in schweren Flüssigkeiten und Gasen
Das hydrostatische Paradoxon
Der hydrostatische Auftrieb
Das hydrodynamische Paradoxon
Der hydrodynamische Auftrieb
Der Strömungswiderstand
Die Bernoullische Gleichung
Schwingungen und Wellen
1. Das Federpendel
2. Das Fadenpendel
3. Freie harmonische Schwingungen und Rückkopplung
4. Erzwungene harmonische Schwingungen und Resonanz
5. Die Schwingung des Lissajous-Pendels
6. Transversal-und Longitudinalwellen
7. Das Gesetz der ungestörten Überlagerung
8. Das Prinzip von Huygens
9. Der Satz von Fourier
10. Die stehende harmonische Weile
11. Die Ausbreitung des Schalls
12. Die Tonhöhe
13. Klanghöhe und Klangfarbe
14. Die Lautstärke
15. Der Dopplereffekt
VI.
Optik
1. Die Messung der Lichtgeschwindigkeit
2. Gesetze für Reflexion und Brechung
3. Die Spektralfarben des Lichtes
4. Die Messung der Lichtwellenlänge
5. Die Polarisation des Lichtes
6. Die elektromagnetische Welle
7. Das Emissionsspektrum der Atome und der Atombau
8. Das Laserlicht
9. Absorption und Streuung
VII.
Elektrik und Magnetismus
1. Elektrizität als strukturbildende Kraft in der Welt der Atome
2. Die elektrische Kommunikation rund um den Erdball
3. Elektrische Signale aus dem Weltall
4. Das Konzept der elektrischen Spannung
5. Die Ausbreitung der elektrischen Spannung in Leitern
6. Kombination und Vergleich von Spannungsquellen
7. Die Einheit der elektrischen Spannung
8. Die Einheit der elektrischen Ladung
9. Elektrische Energien und Leistungen
10. Die Einheit der elektrischen Stromstärke
11. Das Prinzip der digitalen Spannungsmessung
12. Die Messung der elektrischen Stromstärke
13. Die Regelung der Stromstärke in Gleichstromkreisen
14. Ströme bei tiefen Temperaturen: Supraleitung
15. Stromverzweigungen
16. Stromkreise im Haushalt
17. Das Konzept des elektrischen Feldes
18. Beispiele elektrischer Felder in der Natur
19. Graphische Darstellung von Feldern: Feldlinienbilder
20. Das Coulombsche Gesetz
21. Die elektrische Feldstärke
22. Potential und elektrische Spannung
23. Die Einheit der elektrischen Feldstärke
24. Elektrostatische Felder in Natur und Technik
25. Der Plattenkondensator
26. Elektrostatik -Alltagsphänomene
27. Leiter im elektrischen Feld
28. Isolatoren im elektrischen Feld
29. Das Magnetfeld
30. Ströme im Magnetfeld
31. Die Erzeugung magnetischer Felder durch Ströme
32. Die Lorentzkraft
33. Das Induktionsgesetz
34. Die Lenzsche Regel
35. Geschlossene elektrische Feldlinien
36. Generator und Motor
37. Der Wechselstrom
38. Der Transformator
39. Die elektrische Energieübertragung
40. Eigenschaften von Halbleiterbausteinen
41. Der reine Halbleiter
42. Der dotierte Halbleiter
43. Der pn-Übergang: Diode und Transistor
44. Optoelektronische Bauelemente
45. Mikroelektronik und integrierte Schaltungen
46. Der Schwingkreis
47. Elektromagnetische Wellen
48. Die Maxwellschen Feldgleichungen
VIII. Relativitätstheorie
1. Kausalität und Vorhersagbarkeit
2. Einfache Rückkopplung
3. Fraktale in der Physik
4. Spezielle Relativitätstheorie ( Raum und Zeit, Transformationen und Raum-ZeitDiagramme, Masse und Energie)
5. Grundlagen der Allgemeinen Relativitätstheorie (Die Rotverschiebung, Uhren im
Gravitationsfeld, Maßstäbe im Gravitationsfeld)
6. Temperaturstrahlung
7. Photonen
8. Lichtteilchen und Lichtwellen
9. Materiewellen
10. Die Heisenbergsche Unschärferelation
11. Beispiele zur Unschärferelation
12. Erkenntnisprobleme der Quantenphysik
IX.
Struktur der Materie, Atomphysik, Kernphysik, Teilchenphysik
1. Der Aufbau eines Streuexperiment.es
2. Rutherford entdeckt den Atomkern
3. Die Strellung von Quantenteilchen
4. Elektronen in Kraftfeldern
5. Inelastische Streuung und Energiestufen des Atoms
6. Das Auflösungsvermögen des Elektronenmikroskops6
7. Spektrallinien und Energieniveaus
8. Quantisierung der Energie
9. Das Wasserstoffatom
10. Das Periodensystem der Elemente
11. Bändermodell des Festkörpers
12. Die Struktur der Atomkerne.
13. Radioaktivität
14. Strahlenschutz
15. Die Kernenergie
16. Beschleuniger und Detektoren.
17. Die Vielfalt der Teilchen
18. Kraftübertragung durch Austausch von Teilchen
19. Kräfte zwischen den Quarks
20. Leptonen und ihre Wechselwirkung mit Quarks
Empfohlene Literatur:
1. Sexl et al. Physik 5-8 Realgymnasium/Oberstufenrealgymnasium, ÖBV
2. Jaros et al. Physik compact Basiswissen, ÖBV