Inhalt - FH Dortmund
Werbung
Inhalt 1 1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.2.1 1.2.2 Einführung Wie wird das Wissen gewonnen? ................................................................... Gültigkeitsbereiche physikalischer Gesetze .................................................... Prinzipien der klassischen Physik .................................................................. Physikalische Größen ..................................................................................... Basisgrößen und Maßsysteme ......................................................................... Rechnen mit physikalischen Größen ............................................................... 1 2 4 5 6 8 9 2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 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 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.7 2.6.4 2.6.5 2.6.6 2.7 2.7.1 2.7.2 2.7.3 Mechanik Bewegung ....................................................................................................... Rotation ........................................................................................................... Translation ...................................................................................................... Kinematik ....................................................................................................... Eindimensionale Bewegungen ........................................................................ Spezielle eindimensionale Bewegungen ......................................................... Allgemeiner Zusammenhang zwischen den kinematischen Größen ............... Bewegungszustände und ihre Änderung ......................................................... Bewegungen in zwei und drei Dimensionen ................................................... Dynamik von Massenpunkten ......................................................................... Erstes Newtonsches Axiom ............................................................................ Mengenartige physikalische Größen. .............................................................. Zweites Newtonsches Axiom ......................................................................... Drittes Newtonsches Axiom ........................................................................... Kräfte in der Natur .......................................................................................... Anwendungen der Newtonschen Axiome ....................................................... Koordinatentransformationen ......................................................................... Numerisches Lösen von Bewegungsgleichungen ........................................... Arbeit und Energie .......................................................................................... Systeme von Massenpunkten .......................................................................... System und Systemgrenze .............................................................................. Schwerpunkt ................................................................................................... Einfluss von äußeren Kräften .......................................................................... Schwerpunktsystem ........................................................................................ Kinetische Energie eines Systems von Massenpunkten .................................. Stoßprozesse ................................................................................................... Unelastische Stöße .......................................................................................... Antrieb durch Massenströme: Raketen............................................................ Elastische Stöße............................................................................................... Kräfte bei Stößen............................................................................................. Dynamik des starren Körpers, Drehbewegungen ........................................... Freiheitsgrade bei der Rotation ....................................................................... Rotationsenergie und Trägheitsmoment ......................................................... Vektorielle Beschreibung der Drehbewegung................................................. Vermischte Probleme der Dynamik ................................................................ Drehmoment ................................................................................................... Drehimpuls ..................................................................................................... Arbeit und Leistung bei Drehbewegungen ..................................................... Mechanik deformierbarer Körper ................................................................... Deformation fester Körper .............................................................................. Flüssigkeiten.................................................................................................... Strömungen ..................................................................................................... 13 13 14 15 15 16 20 21 22 23 34 34 35 36 37 40 47 57 63 68 87 87 88 92 94 94 95 96 99 103 108 110 111 111 121 155 124 137 153 164 165 169 178 3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.3 Thermodynamik Temperatur ..................................................................................................... Temperaturskalen ........................................................................................... Temperaturmessung ........................................................................................ Thermodynamische Systeme .......................................................................... Zustandsgrößen in der Thermodynamik ......................................................... Thermische Ausdehnung ................................................................................ 191 191 192 194 196 197 198 3.3.1 Festkörper: Längenausdehnung....................................................................... 3.3.2 Flüssigkeiten.................................................................................................... 3.3.3 Gase................................................................................................................. 3.4 Die Zustandsgleichung idealer Gase ............................................................... 3.5 Mikroskopische Beschreibung der Wärme – kinetische Gastheorie ............... 3.5.1 Kinetische Energie und Temperatur eines idealen Gases ............................... 3.5.2 Geschwindigkeitsverteilung der Moleküle ..................................................... 3.5.3 Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung ..................................................... 3.6 Erster Hauptsatz der Thermodynamik ............................................................ 3.6.1 Formulierungen des 1. Hauptsatzes................................................................. 3.6.2 Wärme und Wärmekapazität .......................................................................... 3.6.3 Spezielle Zustandsänderungen idealer Gase.................................................... 3.7 Thermodynamische Maschinen ...................................................................... 3.7.1 Kreisprozesse .................................................................................................. 3.7.2 Carnotscher Kreisprozess ............................................................................... 3.7.3 Vergleichsprozesse für reale thermodynamische Maschinen ......................... 3.7.4 Kreisprozesse für Turbinen ............................................................................. 3.7.5 1. Hauptsatz für offene Systeme ..................................................................... 3.8 2. Hauptsatz der Thermodynamik. ...................................................................... 3.8.1 Irreversible Prozesse ....................................................................................... 3.8.2 Wirkungsgrade thermodynamischer Maschinen ............................................. 3.8.3 Entropie ........................................................................................................... 3.8.4 Thermodynamische Potentiale ........................................................................ 3.9 Reale Gase und Phasenänderungen ................................................................. 3.9.1 Reale Gase ..................................................................................................... 3.9.2 Phasenübergänge reiner Stoffe ....................................................................... 3.9.3 Phasenübergänge von Stoffgemischen ............................................................ 3.9.4 Feuchte Luft .................................................................................................... 3.10 Wärmetransport .............................................................................................. 3.10.1 Wärmeleitung .............................................................................................. 3.10.2 Konvektion ................................................................................................. 3.10.3 Wärmestrahlung........................................................................................... 198 201 204 205 211 212 215 217 221 222 226 236 244 244 248 253 262 265 269 269 271 277 299 301 301 306 317 320 323 324 338 346 4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 4.2.7 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 Schwingungen und Wellen Klassifikation von Schwingungen und Wellen ............................................... Eindimensionale Schwingungen ..................................................................... Freie harmonische Schwingungen .................................................................. Gedämpfte freie harmonische Schwingungen ................................................ Erzwungene Schwingungen ............................................................................ Parametrisch angeregte Schwingungen .......................................................... Selbsterregte Schwingungen ........................................................................... Überlagerung von Schwingungen ................................................................... Gekoppelte Schwingungen ............................................................................. Wellen ............................................................................................................. Ausbreitung eindimensionaler Wellen ............................................................ Reflexion von eindimensionalen Wellen ........................................................ Überlagerung von eindimensionalen Wellen ................................................. Wellenfelder ................................................................................................... Doppler-Effekt ................................................................................................ 357 357 358 358 374 384 396 397 398 413 417 419 428 432 444 458 5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.2.6 Elektrizität und Magnetismus Ladung und Ladungsstrom ............................................................................. Elektrische Leiter und Ladungsträger ............................................................ Ladungserhaltung und Kontinuitätsgleichung ................................................ Elektrischer Strom und Energiestrom ............................................................ Elektrische Netzwerke (Gleichstrom) ............................................................ Elektrostatik .................................................................................................... Coulombsches Gesetz...................................................................................... Das elektrische Feld ........................................................................................ Elektrische Felder kontinuierlicher Ladungsverteilungen .............................. 3. Maxwellgleichung ...................................................................................... Feldberechnung mit Hilfe der 3. Maxwellgleichung ...................................... Arbeit und elektrisches Potential .................................................................... 463 464 465 467 469 482 507 507 509 516 523 528 538 5.2.7 Leiter im elektrischen Feld ............................................................................. 5.2.8 Kondensatoren ................................................................................................ 5.2.9 Dielektrika ...................................................................................................... 5.2.10 Bewegungen geladener Teilchen in elektrischen Feldern............................ 5.2.11 Energie des elektrischen Feldes ................................................................... 5.3 Das Magnetfeld .............................................................................................. 5.3.1 Magnetische Flussdichte, 4. Maxwellgleichung.............................................. 5.3.2 Magnetische Kraft auf Ladungsträger ............................................................ 5.3.3 Erzeugung von Magnetfeldern durch elektrische Ströme................................ 5.3.4 Magnetfeldberechnung mit dem Ampèreschen Satz ...................................... 5.3.5 Biot-Savartsches Gesetz ................................................................................. 5.3.6 Materie im Magnetfeld, magnetische Erregung .............................................. 5.3.7 Magnetische Induktion ................................................................................... 5.3.8 Energie des Magnetfeldes ............................................................................... 5.4 Wechselstrom ................................................................................................. 5.4.1 Wechselstromkreise ........................................................................................ 5.4.2 Drehstrom........................................................................................................ 5.4.3 Transformatoren ............................................................................................. 5.4.4 Elektrische Maschinen .................................................................................... 5.5 Elektromagnetische Wellen ............................................................................ 5.5.1 Verschiebungsstrom ....................................................................................... 5.5.2 Maxwellgleichungen und elektromagnetische Wellen ................................... 5.5.3 Energietransport durch elektromagnetische Felder ........................................ 5.5.4 Erzeugung elektromagnetischer Wellen ......................................................... 5.5.5 Elektromagnetische Wellen in Leitern ........................................................... 552 561 567 578 584 590 592 595 610 615 620 628 647 666 674 675 699 706 712 726 727 729 734 736 741 6 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 6.2.6 6.2.7 6.2.8 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 Optik Licht ................................................................................................................ Was ist Licht? ................................................................................................. Lichtquellen..................................................................................................... Ausbreitung von Licht .................................................................................... Polarisation von Licht ..................................................................................... Geometrische Optik......................................................................................... Optische Abbildung......................................................................................... Abbildung mit Spiegeln................................................................................... Abbildung durch Brechung an Grenzflächen .................................................. Abbildung durch Linsen ................................................................................. Strahlbegrenzungen in optischen Systemen .................................................... Abbildungsfehler ............................................................................................ Energietransport durch Licht .......................................................................... Optische Instrumente ...................................................................................... Interferenz und Beugung von Licht ................................................................ Kohärenz ......................................................................................................... Interferenzen an dünnen Schichten ................................................................ Beugung von Licht .......................................................................................... 747 748 748 749 758 779 789 790 792 807 813 824 830 836 848 872 873 879 889 7 7.1 7.1.1 7.1.2 7.2 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.4 7.4.1 7.4.2 7.4.3 7.4.4 Messungen und ihre Auswertung Direkte Messung einer Größe ......................................................................... Normalverteilung ........................................................................................... Vertrauensbereiche ......................................................................................... Fehlerfortpflanzung ........................................................................................ Ausgleichsgeraden und Kurvenanpassung ...................................................... Graphische Konstruktion der Ausgleichsgeraden ........................................... Rechnerische Bestimmung der Ausgleichsgeraden ........................................ Ausgleichsgeraden bei nicht linearen Zusammenhängen ............................... Korrelation ...................................................................................................... Spezielle Probleme ......................................................................................... Vergleich eines Messergebnisses mit dem Literaturwert ................................ Ausreißer ......................................................................................................... Vergleich der Mittelwerte zweier Messungen ................................................ Ergebnisse verschiedener Messreihen zusammenfassen ................................. 931 933 934 937 940 945 946 948 951 957 958 958 959 959 961 Index 963
