Inhaltsverzeichnis 1 2 3 4 5 - Wiley-VCH

Inhaltsverzeichnis
1--15
16--18
19--21
22--34
35--37
38--42
Mechanik
Schwingungen und Wellen
Thermodynamik
1
Messung und Maßeinheiten
1-1
Dinge messen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-2
Das internationale Einheitensystem SI . . .
1-3
Einheiten umwandeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-4
Länge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-5
Zeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-6
Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2
3
5
6
9
10
2
3-7
Multiplikation von Vektoren . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-8 Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-9
Partielle Ableitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-10 Der Gradient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-11
Die Divergenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-12 Die Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-13 Zweite Ableitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-14 Komplexe Zahlen und Funktionen . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
47
48
50
51
51
52
53
55
4
Bewegung in zwei und drei Dimensionen
Geradlinige Bewegung
2-1
2-2
2-3
2-4
2-5
2-6
Bewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ort und Verschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Durchschnittsgeschwindigkeit. . . . . . . . . . . . . .
Momentangeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Beschleunigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gleichmäßig beschleunigte Bewegung:
Ein Sonderfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-7
Ein weiterer Zugang zur gleichmäßig
beschleunigten Bewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-8
Der freie Fall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
12
13
16
19
22
25
26
29
4-1
4-2
4-3
Bewegung in zwei oder drei Dimensionen
Ort und Verschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Durchschnittsgeschwindigkeit und
Momentangeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-4 Durchschnittsbeschleunigung und
Momentanbeschleunigung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-5 Wurfbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-6 Analyse der Wurfbewegung. . . . . . . . . . . . . . . . .
4-7
Die gleichförmige Kreisbewegung . . . . . . . . .
4-8 Relativbewegung in einer Dimension . . . . .
4-9 Relativbewegung in zwei Dimensionen . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
58
60
62
65
66
73
75
77
79
5
3
Die Newtonschen Gesetze der Mechanik
Vektoren
3-1
3-2
3-3
3-4
3-5
3-6
Elektrostatik und Elektrodynamik
Optik
Jenseits der klassischen Physik
Vektoren und Skalare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Geometrische Addition von Vektoren . . . . .
Komponenten von Vektoren . . . . . . . . . . . . . . . .
Einheitsvektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vektoren komponentenweise addieren . . .
Vektoren und physikalische Gesetze . . . . . .
32
32
34
39
40
42
5-1
5-2
5-3
5-4
5-5
5-6
Wodurch wird Beschleunigung
verursacht? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das erste Newtonsche Gesetz . . . . . . . . . . . . . .
Kraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das zweite Newtonsche Gesetz . . . . . . . . . . . .
Einige besondere Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
82
83
85
86
92
X
Inhaltsverzeichnis
5-7
Das dritte Newtonsche Gesetz . . . . . . . . . . . . .
5-8 Anwendung der Newtonschen Gesetze . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
97 9-4
98 9-5
1 06 9-6
9-7
Der Impuls eines Teilchens . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Impuls eines Teilchensystems . . . . . . . . .
Die Impulserhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Systeme mit veränderlicher Masse:
Eine Rakete. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9-8 Äußere Kräfte und Änderungen der
inneren Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Kraft und Bewegung
6-1
6-2
6-3
Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Eigenschaften der Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . .
Strömungswiderstand und
Endgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6-4 Gleichförmige Kreisbewegung . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
Kinetische Energie und Arbeit
7-1
7-2
7-3
7-4
Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Arbeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Arbeit und kinetische Energie . . . . . . . . . . . . . .
Von der Gravitationskraft verrichtete
Arbeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7-5
Von einer Federkraft verrichtete Arbeit . .
7-6
Von einer allgemeinen veränderlichen
Kraft verrichtete Arbeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7-7
Leistung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 10
111
1 16
1 19
1 25
Potenzielle Energie und Energieerhaltung
8-1
8-2
Potenzielle Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wegunabhängigkeit von konservativen
Kräften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8-3
Berechnung der potenziellen Energie . . . .
8-4 Der Energieerhaltungssatz der Mechanik
8-5 Grafische Darstellung der potenziellen
Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8-6 An einem System verrichtete Arbeit . . . . . .
8-7
Energieerhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 52
1 53
1 56
1 59
1 63
1 66
171
1 73
10-1
10-2
10-3
200
20 1
204
205
209
213
215
11
Die Rotation
Translation und Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Rotationsvariable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sind Winkelgrößen Vektoren? . . . . . . . . . . . . . .
Rotation mit konstanter
Winkelbeschleunigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11-5 Beziehungen zwischen den Variablen für
lineare Bewegung und Rotation . . . . . . . . . . . .
11-6 Die kinetische Energie der Rotation. . . . . . .
11-7
Berechnung des Trägheitsmoments . . . . . .
11-8 Das Drehmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11-9 Das zweite Newtonsche Axiom für die
Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11-10 Arbeit und kinetische Energie der
Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
218
218
222
223
226
229
230
233
234
238
242
12
Rollen, Drehmoment und Drehimpuls
9
1 76
1 76
12-1
12-2
12-3
12-4
12-5
181
12-6
Systeme von Teilchen
9-1
9-2
9-3
1 94
1 96
Stoßprozesse
1 43 11-1
1 46 11-2
1 48 11-3
11-4
8
191
10
Was ist ein Stoß? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kraftstoß und Impuls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Impuls und kinetische Energie bei
Stoßprozessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10-4 Inelastische eindimensionale Stöße . . . . . . .
10-5 Elastische eindimensionale Stöße . . . . . . . . .
1 28 10-6 Zweidimensionale Stöße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 29 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 30
1 34
1 39
1 85
1 85
1 87
Ein besonderer Punkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Schwerpunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das zweite Newtonsche Axiom für ein
Teilchensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Rollen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die kinetische Energie der Rollbewegung
Kräfte bei der Rollbewegung . . . . . . . . . . . . . . .
Ein Jo-Jo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Eine erweiterte Definition des
Drehmoments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Drehimpuls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
246
248
249
25 1
252
254
Inhaltsverzeichnis
12-7
Das zweite Newtonsche Axiom in
Winkelschreibweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12-8 Der Drehimpuls eines Teilchensystems . . .
12-9 Der Drehimpuls eines rotierenden
starren Körpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12-10 Die Erhaltung des Drehimpulses . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
XI
16
256
258 Schwingungen
16-1
16-2
16-3
Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Harmonische Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . .
Das Kraftgesetz der harmonischen
Schwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16-4 Die Energie der harmonischen
Schwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16-5 Das Torsionspendel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16-6 Pendel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gleichgewicht und Elastizität
16-7 Harmonische Schwingungen und die
13-1
Gleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
gleichförmige Kreisbewegung . . . . . . . . . . . . . .
13-2 Bedingungen für das Gleichgewicht. . . . . . . 273 16-8 Gedämpfte harmonische Schwingungen .
13-3 Das Gravitationszentrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 16-9 Erzwungene Schwingungen und
Resonanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13-4 Beispiele für statische Gleichgewichte . . . 276
16-10
Das Foucaultsche Pendel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13-5 Unterbestimmte Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . 283
Zusammenfassung
....................................
13-6 Elastizität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
259
262
269
13
34 1
345
347
348
354
355
357
358
359
17
14
Wellen
17-1
17-2
14-1 Die Gravitationskraft in unserem Kosmos 292
14-2 Das Newtonsche Gravitationsgesetz . . . . . . 292 17-3
17-4
14-3 Gravitation und das
17-5
Superpositionsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
14-4 Die Gravitation in der Nähe der
Erdoberfläche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 17-6
14-5 Die Gravitation innerhalb der Erde . . . . . . . . 300
17-7
14-6 Die potenzielle Energie der Gravitation . . 30 1
14-7 Planeten und Satelliten: Die Keplerschen
17-8
Gesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
17-9
14-8 Satelliten: Umlaufbahnen und Energie . . . 3 1 0
17-10
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 2
Gravitation
Wellen und Teilchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wellenarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Transversale und longitudinale Wellen . . .
Wellenlänge und Frequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Geschwindigkeit einer fortlaufenden
Welle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Wellengeschwindigkeit für ein
gespanntes Seil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Energie und Leistung einer
fortlaufenden Seilwelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Superpositionsprinzip für Wellen . . . .
Die Interferenz von Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Darstellung einer Welle durch einen
Vektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17-11 Stehende Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17-12 Stehende Wellen und Resonanz. . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
Fluide
15-1 Was ist ein Fluid? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15-2 Dichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15-3 Druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15-4 Ruhende Fluide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15-5 Druckmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15-6 Das Pascalsche Prinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15-7 Das Archimedische Prinzip. . . . . . . . . . . . . . . . . .
15-8 Ideale Fluide in Bewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15-9 Die Kontinuitätsgleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15-10 Die Bernoulli-Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
338
338
316
316
316
318
32 1
322
324
327
328
33 1
335
362
362
363
364
366
370
372
375
375
379
380
383
385
18
Schallwellen
18-1
18-2
18-3
18-4
18-5
18-6
18-7
18-8
Schallwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Schallgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ausbreitung von Schallwellen . . . . . . . . . . . . . .
Interferenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schallintensität und Schallpegel . . . . . . . . . . .
Musikalische Töne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Schwebungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der Doppler-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
388
388
39 1
394
396
400
402
404
XII
Inhaltsverzeichnis
22
18-9
Überschallgeschwindigkeiten und
Schockwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 Elektrische Ladung
22-1 Elektromagnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22-2 Elektrische Ladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22-3 Leiter und Isolatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22-4 Das Coulombsche Gesetz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
Temperatur, Wärme und der erste Hauptsatz
der Thermodynamik
19-1
19-2
Thermodynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der nullte Hauptsatz der
Thermodynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19-3 Temperaturmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19-4 Die Celsius- und die Fahrenheit-Skalen . . .
19-5 Wärmeausdehnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19-6 Temperatur und Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19-7 Die Wärmeaufnahme bei Festkörpern
und Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19-8 Wärme und Arbeit:
Eine ausführlichere Betrachtung . . . . . . . . . .
19-9 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik
19-10 Einige Beispiele für den ersten
Hauptsatz der Thermodynamik . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
478
478
480
48 1
489
412
412
413
415
417
419
23
Elektrische Felder
23-1
Ladungen und Kräfte - genauer
betrachtet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23-2 Das elektrische Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
420
23-3 Elektrische Feldlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
426 23-4 Das elektrische Feld einer Punktladung . .
428 23-5 Das Feld eines elektrischen Dipols. . . . . . . . .
23-6 Das elektrische Feld einer linearen
Ladungsverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
429
43 1 23-7 Das elektrische Feld einer geladenen
Scheibe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23-8 Verhalten einer Punktladung in einem
elektrischen Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23-9 Verhalten eines Dipols in einem
elektrischen Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die kinetische Gastheorie
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20-1 Gase unter einem neuen Blickwinkel . . . . . . 434
20-2 Die Avogadro-Zahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
20-3 Ideale Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
20-4 Druck, Temperatur und mittlere
Geschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
20-5 Die kinetische Translationsenergie . . . . . . . . 44 1 Der Gaußsche Satz
20-6 Die mittlere freie Weglänge . . . . . . . . . . . . . . . . . 442 24-1 Das Coulombsche Gesetz in neuem Licht
20-7 Die Verteilungsfunktion der
24-2 Fluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Molekülgeschwindigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444 24-3 Fluss eines elektrischen Felds . . . . . . . . . . . . . .
20-8 Die molaren spezifischen Wärmen
24-4 Der Gaußsche Satz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
idealer Gase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448
24-5 Gaußscher Satz und Coulombsches
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452
Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24-6 Eigenschaften eines geladenen,
isolierten Leiters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
492
492
493
495
497
498
503
504
507
510
24
21
512
512
513
517
519
520
524
Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik
21-1
21-2
21-3
21-4
21-5
21-6
21-7
Gerichtete Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Entropieänderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik
Die Entropie in Aktion: Maschinen . . . . . . . . .
Die Entropie in Aktion: Kältemaschinen . .
Die Wirkungsgrade realer Maschinen . . . . .
Eine statistische Interpretation der
Entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
456
457
46 1 Elektrisches Potenzial
462
468 25-1 Elektrische potenzielle Energie . . . . . . . . . . . .
469 25-2 Elektrisches Potenzial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25-3 Äquipotenzialflächen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
470 25-4 Berechnung des Potenzials aus dem Feld
474 25-5 Potenzial einer Punktladung. . . . . . . . . . . . . . . .
526
527
530
53 1
533
Inhaltsverzeichnis
25-6 Potenzial einer Gruppe von
Punktladungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25-7 Potenzial eines elektrischen Dipols . . . . . . .
25-8 Potenzial einer kontinuierlichen
Ladungsverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25-9 Berechnung des elektrischen Felds
aus dem elektrischen Potenzial . . . . . . . . . . . .
25-10 Elektrische potenzielle Energie eines
Systems von Punktladungen. . . . . . . . . . . . . . . .
25-11 Potenzial eines geladenen, isolierten
leitenden Körpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
535
536
26-1
26-2
26-3
26-4
Kondensatoren und ihre Anwendungen . .
Kapazität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Berechnung der Kapazität . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Parallel- und Reihenschaltung von
Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
540
542
29-3 Gekreuzte Felder: Die Entdeckung des
Elektrons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 1
29-4 Gekreuzte Felder: Der Hall-Effekt . . . . . . . . . . 6 1 2
29-8 Drehmoment auf eine
stromdurchflossene Drahtschleife. . . . . . . . . 624
29-9 Magnetisches Dipolmoment . . . . . . . . . . . . . . . . 627
548 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
548
550
30
554
556 Magnetfelder aufgrund von Strömen
30-1
Das Magnetfeld eines Stroms . . . . . . . . . . . . . . 632
30-2 Die Kraft zwischen parallelen Strömen . . . 638
30-3 Das Ampèresche Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643
560
560
563
567 Induktion und Induktivität
570
31-1
Zwei symmetrische Situationen . . . . . . . . . . . 646
31
572
574
576
577
579
28
31-2
Zwei Experimente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
31-3
Das Faradaysche Induktionsgesetz . . . . . . . . 647
31-4
Die Lenzsche Regel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650
31-5
Induktion und Energietransfer . . . . . . . . . . . . . 653
31-6
Induzierte elektrische Felder . . . . . . . . . . . . . . . 656
31-7
Induktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
31-8
Selbstinduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 1
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663
Stromkreise
28-1
Pumpen“ von Ladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
”
28-2 Arbeit, Energie und Spannung . . . . . . . . . . . . .
28-3 Der einfache Stromkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28-4 Widerstände im einfachen Stromkreis . . . .
28-5 Potenzialdifferenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28-6 Verzweigte Stromkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28-7 Amperemeter und Voltmeter . . . . . . . . . . . . . . .
28-8 Stromkreise mit Kondensator . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Magnetfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
29-2 Definition von B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
29-7 Magnetische Kraft auf einen
stromdurchflossenen Draht . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
Elektrischer Strom und
Widerstand
Ladung in Bewegung: Elektrische Ströme
Elektrischer Strom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Stromdichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Widerstand und spezifischer Widerstand
Ohmsches Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Das Ohmsche Gesetz - mikroskopisch
betrachtet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27-7 Elektrische Leistung in Stromkreisen . . . . .
27-8 Halbleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27-9 Supraleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Magnetfelder
544 29-5 Geladene Teilchen auf einer Kreisbahn. . . 6 1 5
545 29-6 Zyklotron und Synchrotron . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
27
27-1
27-2
27-3
27-4
27-5
27-6
29
538 29-1
26
Kapazität
XIII
582
582
584
586
588
59 1
599
599
603
32
Magnetismus und Materie
32-1
Magnete. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 666
32-2
Der Gaußsche Satz für Magnetfelder . . . . . 666
32-3
Der Erdmagnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667
32-4 Der Magnetismus von Elektronen . . . . . . . . . 668
XIV
Inhaltsverzeichnis
32-5 Magnetische Materialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32-6 Diamagnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32-7 Paramagnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32-8 Ferromagnetismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32-9 Induzierte magnetische Felder . . . . . . . . . . . . .
32-10 Der Verschiebungsstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
672 35-4 Abbildungen an Kugelspiegeln . . . . . . . . . . . . . 756
673 35-5 Sphärische brechende Flächen . . . . . . . . . . . . 759
674 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764
676
679
682
684
Interferenz
36
36-1 Interferenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36-2 Licht als Welle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36-3 Beugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Elektromagnetische Schwingkreise und Wechselstrom 36-4 Der Doppelspaltversuch von Young . . . . . . .
36-5 Kohärenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33-1 Neue Physik - alte Mathematik . . . . . . . . . . . . . 688
36-6 Intensitäten bei der Interferenz
33-2 LC-Schwingungen: Eine qualitative
am Doppelspalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688
36-7 Interferenz an dünnen Schichten . . . . . . . . . .
33-3 Die Analogie: Elektrischer und
36-8 Das Michelson-Interferometer. . . . . . . . . . . . . .
mechanischer Schwingkreis . . . . . . . . . . . . . . . . 69 1
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33-4 LC-Schwingungen: Eine quantitative
Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692
33-5 Gedämpfte Schwingungen in einem
RLC-Kreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696
33-6 Wechselstrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 698
Beugung
33-7 Erzwungene Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . 699
33-8 Drei einfache Stromkreise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699 37-1 Beugung und die Wellentheorie
des Lichts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33-9 Der in Reihe geschaltete RLC-Kreis . . . . . . . 706
37-2
Beugung am Einzelspalt: Lokalisierung
33-10 Die Leistung in Wechselstromkreisen . . . . . 7 1 0
der Minima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33-11 Transformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 3
37-3 Intensitäten bei der Beugung am
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 7
Einzelspalt - qualitative Betrachtung . . . . .
37-4 Intensitäten bei der Beugung am
Einzelspalt - quantitative Betrachtung . . .
37-5 Beugung an einer kreisrunden Öffnung . .
37-6 Beugung am Doppelspalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Die Maxwell-Gleichungen
37-7 Beugungsgitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-1 Maxwells Regenbogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 720 37-8 Beugungsgitter: Dispersion und
Auflösungsvermögen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-2 Die Maxwell-Gleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 1
37-9
Röntgenbeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-3 Fortpflanzung elektromagnetischer
Zusammenfassung
....................................
Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723
33
766
766
770
77 1
774
775
779
785
786
37
34
34-4 Energietransport und Poynting-Vektor . . .
34-5 Der Strahlungsdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-6 Polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-7 Reflexion und Brechung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-8 Innere Totalreflexion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34-9 Polarisation durch Reflexion. . . . . . . . . . . . . . . .
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
730
733
736
740
Relativitätstheorie
746
748 38-1 Womit beschäftigt sich die
Relativitätstheorie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
749
38-2 Die Postulate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38-3 Messung von Ereignissen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38-4 Die Relativität der Gleichzeitigkeit . . . . . . . .
38-5 Die Relativität der Zeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38-6 Die Relativität der Länge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Abbildungen
38-7 Die Lorentz-Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . .
35-1 Zwei Arten von Bildern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 752 38-8 Einige Folgen aus den
35-2 Ebene Spiegel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753
Lorentz-Gleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35-3 Kugelspiegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
790
79 1
794
796
798
80 1
804
807
810
812
38
814
814
816
817
819
824
826
828
83 1
Inhaltsverzeichnis
XV
39
41-4 Das Stern-Gerlach-Experiment . . . . . . . . . . . . .
41-5 Kernspinresonanz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Photonen und Materiefelder
41-6 Die Entdeckung des Atomkerns . . . . . . . . . . . .
39-1 Eine neue Welt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834 41-7 Einige Eigenschaften von Atomkernen . . .
39-2 Das Photon: Teilchen des Lichts . . . . . . . . . . . 834 41-8 Radioaktiver Zerfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39-3 Der photoelektrische Effekt. . . . . . . . . . . . . . . . . 836 41-9 Radiometrische Zeitmessung . . . . . . . . . . . . . .
39-4 Photonen haben einen Impuls . . . . . . . . . . . . . . 839 41-10 Maße für Strahlungsdosen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39-5 Licht als Wahrscheinlichkeitswelle . . . . . . . . 843 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39-6 Elektronen und Materiewellen. . . . . . . . . . . . . . 845
39-7 Die Schrödinger-Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . 848
39-8 Die Heisenbergsche Unschärferelation . . . 85 1
39-9 Der Tunneleffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 852
39-10 Das Plancksche Strahlungsgesetz . . . . . . . . . 855 Metalle, Halbleiter und Isolatoren
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 856
42-1 Festkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42-2 Die elektrischen Eigenschaften von
Festkörpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42-3 Die Energieniveaus in einem
kristallinen Festkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mehr über Materiewellen
42-4 Nichtleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40-1 Der Aufbau der Atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 860 42-5 Metalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40-2 Wellen auf einem Seil und Materiewellen 860 42-6 Halbleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40-3 Die eindimensionale Elektronenfalle . . . . . . 86 1 42-7 Dotierte Halbleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40-4 Das Elektron im Kastenpotenzial . . . . . . . . . . 865 42-8 Der pn-Übergang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40-5 Das Elektron im endlichen
42-9 Der Halbleiter-Gleichrichter . . . . . . . . . . . . . . . .
Kastenpotenzial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 869 42-10 Anwendungen des pn-Übergangs. . . . . . . . . .
40-6 Realisierung von Elektronenfallen . . . . . . . . . 872 42-11 Der Transistor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40-7 Zwei- und dreidimensionale
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Elektronenfallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874
40-8 Das Bohrsche Modell des
Wasserstoffatoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 876
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 886
895
898
899
900
905
91 1
912
913
42
40
918
918
919
920
92 1
927
929
932
934
935
938
939
Anhang
41
A
B
C
Atome und Radioaktivität
D
41-1 Einige Eigenschaften von Atomen . . . . . . . . . 890 E
41-2 Der Spin des Elektrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 892 F
G
41-3 Drehimpulse und magnetische
Dipolmomente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893 H
Das Internationale Einheitensystem (SI) . . . . . . .
Astronomische Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Umrechnungsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Mathematische Formeln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Eigenschaften der Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ergebnisse der Kontrollfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bildquellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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95 1
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