20071018 Peter Kirchhoffsche Gesetze + Nobelpreisträger Physik

Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007
PHYSIK LK Bastgen
Stundenprotokoll
15. Oktober 2007
Physik LK Bastgen
Themen:
-
Gesamtwiderstand / Spannung / Stromstärke in Serienund Parallelschaltungen
- Kirchhoff’sche Gesetze
- Übersicht der Physik-Nobelpreisträger
© Till Peter
Gesamtwiderstand / Spannung / Stromstärke
in Serien- und Parallelschaltungen
Als Hausaufgabe haben wir die Aufgabe 4 auf Seite 203 unseres
Buches gelöst.
Der Aufgabenteil E wird hier als Musteraufgabe durchgerechnet:
S. 203; Nr. 4 e); Teil E
Skizze:
äquivalent:
gesucht:
- Gesamtwiderstand
- Spannungen an R1, R2, R3, R4
1
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- durch R1, R2, R3, R4 fließende Stromstärken
gegeben:
- Uges = 24V
-
Lösung:
i)
R1
R2
R3
R4
=
=
=
=
10
20
50
100
Berechnung des Gesamtwiderstandes:
Um den Gesamtwiderstand zu berechnen, stellen
wir uns die Schaltung als eine Reihenschaltung
aus zwei Parallelschaltungen vor.
Die erste Parallelschaltung soll den
Gesamtwiderstand Rges1 und die zweite Rges2 haben.
Dann gilt:
*) R ges  R ges1  R ges 2
Rges1 ist der Gesamtwiderstand, der durch die
Parallelschaltung von R1 und R2 entsteht.
Also:
1
R ges1

1
1

R1 R 2
 R ges1 
1
1
1

R1 R 2
Rges2 ist der Gesamtwiderstand, der durch R3 und
R4 entsteht:
1
R ges 2

 R ges 2 
1
1

R3 R 4
1
1
1

R3 R 4
Nach *) folgt:
Rges 
1
1
1

R1 R2

1
1
1

R3 R 4
2
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ii)
Berechnung der Spannungen:
Zunächst berechnen wir Iges folgendermaßen:
U
R
I
U

I
R

U ges
R ges
 I ges
Mit derselben Formel berechnen wir nun die
Spannungen an den beiden Parallelschaltungen
(Rges1 und Rges2), die in Reihe liegen.
U
R
I
 U  I R
 U ges1  I ges  R ges1
 U ges 2  I ges  R ges 2
Wir wissen auf Grund der Parallelschaltung aus
R1 und R2:
U ges1  U 1  U 2
Parallel dazu wissen wir auf Grund der
Parallelschaltung aus R3 und R4:
U ges 2  U 3  U 4
iii) Berechnung der Stromstärken:
U
 R um und
I
benutzen sie für die jeweiligen Widerstände,
wobei wir beachten, dass auf Grund der
Reihenschaltung beider Parallelschaltungen R1
und R2 mit einer anderen Spannung als R3 und R4
versorgt werden. Denn beide Parallelschaltungen
liegen wie bereits berechnet an
3
Dazu formen wir wieder die Formel
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unterschiedlichen Spannungen (Uges1 und Uges2)
an.
U
R
I
U

I
R
Ergebnis:

U ges1

U ges1

U ges2

U ges2
R1
R2
R3
R4
 I1
 I2
 I3
 I4
Rges1 = 20/3  6.7
Rges2 = 100/3  33
Rges = 40
Iges = 0,6A
Uges1 = U1 = U2 = 4V
Uges2 = U3 = U4 = 20V
I1 = 0.4A
I2 = 0.2A
I3 = 0.4A
I4 = 0.2A
4
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Kirchhoff’sche Gesetze
Wir haben folgende Regeln kennengelernt:
KNOTENREGEL
Die Summe der in einen Knoten fließenden Ströme ist gleich der
Summe der aus einem Knoten fließenden Ströme.
I1 + I2 + I3 + I4 = 0
∆I = 0
MASCHENREGEL
Die Summe aller Spannungen in einer Masche ist null.
U0 + U1 + U2 + U3 = 0
5
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Übersicht der Physik-Nobelpreisträger
Peter Grünberg (Deutschland, *1939) hat durch seine Entdeckung
des Riesenmagnetwiderstands (GMR) ermöglicht, den
Speicherplatz auf Festplatten um ein Vielfaches zu erhöhen,
indem er die Datendichte vergrößert hat.
Durch Einfügen einer Chromschicht in den Festplattenkopf
trennte er diesen in zwei Eisenschichten. Die entscheidende
Entdeckung lag darin, dass durch Anlegen eines Magnetfeldes
unerwartet zwei entgegengesetzte Magnetfelder der beiden
Eisenschichten entstehen. Dadurch ist der elektrische
Widerstand verdoppelt, sobald ein Magnetfeld anliegt und ein
empfindlicheres Lesen der Daten möglich.
Dieser verliehene Nobelpreis war ein Anlass, eine Übersicht
über die übrigen zu suchen.
Folgende Übersicht stammt von der Internetseite:
http://userpage.chemie.fuberlin.de/diverse/bib/nobel_physik.html
Die Jahre, in denen Nobelpreise u.a. an Deutsche gehen, habe
ich grün hervorgehoben.
Physik-Nobelpreise
(Informationen fragmentarisch, nicht geprüft)
1901
W. C. Röntgen (Deutschland, 1845-03-27 - 1923-02-10)
Entdeckung der Röntgenstrahlen (X-Strahlen)
1902
Hendrik A. Lorentz (Niederlande, 1853-07-18 - 1929-02-04)
Pieter Zeeman (Niederlande, 1865-05-25 - 1943-10-09)
1903
Henri A. Becquerel (Frankreich, 1852-12-15 - 1908-08-25)
Marie Curie (Frankreich, Polen, 1867-11-07 - 1934-07-04)
Pierre Curie (Frankreich, 1859-05-15 - 1906-04-19)
Entdeckung der Radioaktivität
1904
Lord Rayleigh (Großbritannien)
1905
Philipp E. Lenard (Deutschland, 1862-06-07 - 1947-05-20)
1906
Joseph J. Thomson (Großbritannien, 1856-12-18 - 1940-04-30)
Elektrizitätsleitung in Gasen
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1907
Albert A. Michelson (USA, 1852-12-19 - 1931-05-09)
Messung der Lichtgeschwindigkeit
1908
G. Lippmann (Frankreich)
1909
Karl Ferdinand Braun (Deutschland, 1850-06-06 - 1918-04-20)
Guglielmo Marconi (Italien, 1874-04-25 - 1937-07-20)
1910
Johann D. van der Waals (Niederlande, 1837-11-23 - 1923-03-07)
Molekularkräfte
1911
Wilhelm Wien (Deutschland, 1864-01-13 - 1928-08-30)
Wärmestrahlung
1912
G. Dalén (Schweden)
1913
H. Kamerlingh Onnes (Niederlande)
1914
Max von Laue (Deutschland, 1879-10-09 - 1960-04-24)
Beugung und Interferenz der Röntgenstrahlen durch die Atomanordnung der Kristalle
(Laue-Diagramme)
1915
Sir William Henry Bragg (Großbritannien, 1862-07-02 - 1942-03-12)
William Lawrence Bragg (Großbritannien, 1890-03-31 - 1971-07-01)
Erforschung der Kristallstruktur mittels Röntgenspektroskopie
1916 1917
Ch. G. Barkia (Großbritannien)
1918
Max Planck (Deutschland, 1858-04-23 - 1947-10-04)
Forschungen über Wärmelehre und Strahlung
1919
Johannes Stark (Deutschland, 1874-04-25 - 1957-06-21)
Aufspaltung von Spektrallinien im elektrischen Feld (Stark-Effekt)
1920
Ch. E. Guillaume (Schweiz)
1921
Albert Einstein (Deutschland, 1879-03-14 - 1955-04-18)
Theorie des photoelektrischen Effekts (Lichtquantenhypothese)
1922
Niels Bohr (Dänemark, 1885-10-07 - 1962-11-18)
quantentheoretisches Atommodell
1923
Robert A. Millikan (USA, 1868-03-22 - 1953-12-19)
Messung der Ladung des Elektrons
1924
Karl M. G. Siegbahn (Schweden, 1886 - 1978)
1925
James Franck (Deutschland, 1882-08-20 - 1964-05-21)
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Gustav Hertz (Deutschland, 1887-07-21 - 1975-10-30)
Arbeiten über Atom- und Quantentheorie (Anregungs- und Ionisierungsspektren
verdünnter Gase)
1926
Jean B. Perrin (Frankreich, 1870-09-30 - 1942-04-17)
Arbeiten über die diskontinuierliche Struktur der Materie
1927
Arthur H. Compton (USA)
Ch. Th. R. Wilson (Großbritannien)
1928
O. W. Richardson (Großbritannien)
1929
Prinz Louis Victor de Broglie (Frankreich, 1892-08-15 - 1987-03-19)
Forschungen über Wellenmechanik
1930
Sir Ch. V. Raman (Indien, 1888-11-07 - 1970-11-21)
Raman-Effekt bei der Lichtstreuung an Molekülen
1931 1932
Werner Heisenberg (Deutschland, 1901-12-05 - 1976-02-01)
Quantentheorie
1933
Paul A. M. Dirac (Großbritannien, 1902-08-08 - 1984-10-21)
Erwin Schrödinger (Österreich, 1887-08-12 - 1961-01-04)
Quantentheorie, Wellenmechanik
1934 1935
James Chadwick (Großbritannien, 1891-10-20 - 1974-07-24)
Entdeckung des Neutrons
1936
C. D. Anderson (USA)
V. F. Heß (Österreich)
1937
C. J. Davisson (USA)
G. P. Thomson (Großbritannien)
1938
Enrico Fermi (Italien, 1901-09-29 - 1954-11-28)
Entdeckung der Kernumwandlung durch Bestrahlung mit Neutronen
1939
Ernest O. Lawrence (USA, 1901-08-08 - 1958-08-27)
Erfindung des Cyclotrons
1940 1941 1942 1943
Otto Stern (USA, 1888-02-17 - 1969-08-18)
Molekularstrahlen, magnetische Eigenschaften des Protons
1944
Isidor I. Rabi (USA, 1898-07-29 - 1988-01-11)
Arbeiten über magnetische Eigenschaften der Atomkerne
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1945
Wolfgang Pauli (Österreich, 1900-04-25 - 1958-12-15)
quantenphysikalisches Pauli-Prinzip
1946
Percy W. Bridgman (USA)
1947
Sir Edward Victor Appleton (Großbritannien, 1892 - 1965)
für die Erforschung der Ionosphäre (Appleton-Schichten)
1948
Patrick Maynard Stuart Blackett (Großbritannien, 1897 - 1974)
für seine Entdeckungen auf dem Gebiet der Höhenstrahlung
1949
Hideki Yukawa(Japan, 1907-07-23 - 1981-09-09)
Vorhersage der Existenz der Mesonen
1950
C. F. Powell (Großbritannien)
1951
Sir J. D. Cockcroft (Großbritannien)
E. Th. S. Walton (Irland)
1952
Felix Bloch (USA, 1905-10-23 - 1983-09-10)
Edward M. Purcell (USA, *1912-08-30)
Entwicklung neuer Präzisionsmethode des Kernmagnetismus (NMR)
1953
F. Zernike (Niederlande)
1954
Max Born (Großbritannien, Deutschland, 1882-12-11 - 1970-01-05)
Walther Bothe (Deutschland, 1891-01-08 - 1957-02-08)
1955
P. Kusch (USA)
W. E. Lamb (USA)
1956
John Bardeen (USA, 1908-05-23 - 1991-01-30)
Walter H. Brattain (USA, 1902-02-10 - 1987-10-14)
William Shockley (USA, *1910-02-13)
Entwicklung des Transistors
1957
T. D. Lee (China)
Ch. N. Yang (China)
1958
I. M. Frank (Sowjetunion)
I. J. Tamm (Sowjetunion)
P. A. Tscherenkow (Sowjetunion)
1959
O. Chamberlain (USA)
E. Segre (USA, Italien)
1960
D. A. Glaser (USA)
1961
R. Hofstadter (USA)
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Rudolf Mößbauer (Deutschland, *1929-01-29)
1962
L. D. Landau (Sowjetunion)
1963
Maria Goeppert-Mayer (USA, Deutschland)
H. D. Jensen (Deutschland)
Eugene Paul Wigner (USA, Ungarn, 1902-02-17 - 1995-01-03)
1964
N. Bassow (Sowjetunion, *1922-12-14)
A. Prochorow (Sowjetunion, *1916-07-11)
Charles Townes (USA, *1915-07-28)
Laser, Maser
1965
Richard P. Feynman (USA, 1918-05-11 - 1988-02-15)
J. Schwinger (USA)
S. Tomonaga (Japan)
1966
A. Kastler (Frankreich)
1967
Hans A. Bethe (USA, Deutschland, *1906-07-02)
Arbeiten zur Theorie der Kernreaktionen
1968
L. W. Alvarez (USA)
1969
M. Gell-Mann (USA)
1970
H. Alfvén (Schweden)
L. Néel (Frankreich)
1971
D. Gabor (Großbritannien)
1972
John Bardeen (USA, 1908-05-23 - 1991-01-30)
L. N. Cooper (USA)
J. R. Schrieffer (USA)
Theorie der Supraleitung
1973
L. Esaki (Japan)
I. Giaever (USA, Norwegen)
B. Josephson (Großbritannien)
1974
M. Ryle (Großbritannien)
A. Hewish (Großbritannien)
1975
A. Bohr (Dänemark)
B. Mottelson (Dänemark)
J. Rainwater (USA)
1976
B. Richter (USA)
S. Ting (USA)
1977
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Ph. W. Anderson (USA)
J. v. Vleck (USA)
Neville F. Mott (Großbritannien, 1905-09-30 - 1996-08-08)
1978
P. L. Kapitza (Sowjetunion, 1894-06-26 - 1984-04-08)
A. Penzias (USA)
R. Wilson (USA)
1979
Sheldon Lee Glashow (USA, *1932-12-05)
Steven Weinberg (USA, *1933-05-03)
Vereinheitlichung der schwachen und der elektromagnetischen Wechselwirkung
A. Salam (Pakistan)
1980
J. W. Cronin (USA)
V. L. Fitch (USA)
1981
N. Bloembergen (USA)
A. L. Schawlow (USA)
Kai Manne Siegbahn (Schweden, *1918-04-20)
1982
Kenneth G. Wilson (USA, *1936-06-08)
Theorie der Phasenübergänge und der kritischen Phänomene
1983
S. Chandrasekhar (USA)
William A. Fowler (USA, *1911-08-09)
Bedeutung von Kernreaktionen für die Entstehung chemischer Elemente im Weltall
1984
Carlo Rubbia (Italien, *1934)
Simon van der Meer (Niederlande, *1925-11-24)
Grundlegende Arbeiten zur Teilchenphysik
1985
Klaus v. Klitzing (Deutschland, *1943-06-28)
Entdeckung des Quanten-Hall-Effekts
1986
Ernst Ruska (Deutschland, 1906-12-25 - 1988-05-27)
Gerd Binnig (Deutschland, *1947-07-20)
Heinrich Rohrer (Schweiz, *1933-06-06)
Elektronenmikroskop bzw. Raster-Tunnel-Mikroskop
1987
Johannes Georg Bednorz (Deutschland, *1950-05-16)
Karl Alex Müller (Schweiz, *1927-04-20)
Hochtemperatur-Supraleiter
1988
Leon Max Lederman (USA)
Melvin Schwartz (USA)
Jack Steinberger (USA)
1989
Wolfgang Paul (Deutschland, *1913-08-10)
Hans Georg Dehmelt (USA, Deutschland)
Norman Foster Ramsey (USA, *1915-08-27)
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1990
Jerome I. Friedman (USA, *1930-03-28)
Henry W. Kendall (USA, *1926-12-09)
Richard E. Taylor (Kanada, *1929-11-02)
Unelastische Streuung von Elektronen an Protonen und gebundenen Neutronen,
Entwicklung des Quarksmodells
1991
Pierre-Gilles de Gennes (Frankreich, *1932)
Theoretische Beschreibung der Ordnungsprozesse von Flüssigkristallen, Polymeren,
Magneten und Supraleitern
1992
Georges Charpak (Frankreich, *1924)
Erfindung von Detektoren zum Nachweis seltener Wechselwirkungen von
elementaren Teilchen
1993
Russell A. Hulse (USA, *1950)
Joseph Taylor jr. (USA, *1941)
1994
Bertram N. Brockhouse (Kanada)
Clifford G. Shull (USA)
Arbeiten zu Neutronenstrahlen
1995
Martin L. Perl (USA, *1927)
für die Entdeckung des Tauons (Tau Leptons)
Frederick Reines (USA, *1918)
für den Nachweis des Neutrinos
1996
David M. Lee (USA, *1931)
Douglas D. Osheroff (USA, *1945)
Robert C. Richardson (USA, *1937)
für ihre Entdeckung der Suprafluidität in Helium-3
1997
Steven Chu (USA, *1948)
Claude Cohen-Tannoudji (Frankreich, *1933)
William D. Phillips (USA, *1948)
für die Entwicklung von Methoden zum Kühlen und Einfangen von Atomen mit
Laser-Licht
1998
Robert B. Laughlin (USA, *1950)
Horst L. Störmer (Deutschland/USA, *1949)
Daniel C. Tsui (USA, *1939)
für die Entdeckung einer neuen Art von Quantenflüssigkeit mit fraktionell geladenen
Anregungen (in starken magnetischen Feldern zusammenwirkende Elektronen,
fraktioneller Quanten-Hall-Effekt)
1999
Gerardus 't Hooft (Niederlande, *1946)
Martinus J.G. Veltman (Niederlande, *1931)
für ihre entscheidenden, die Quantenstruktur betreffenden Beiträge zur Theorie der
elektroschwachen Wechselwirkung in der Physik
2000
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Zhores I. Alferov (Rußland, *1930)
Herbert Kroemer (Deutschland/USA, *1928)
für die Entwicklung von Halbleiterheterostrukturen für Hochgeschwindigkeits- und
Optoelektronik
Jack S. Kilby (USA, *1923)
für seinen Anteil an der Entwicklung des integrierten Schaltkreises
2001
Eric A. Cornell (USA, *1961)
Wolfgang Ketterle (Deutschland, *1957)
Carl E. Wieman (USA, *1951)
für die Erzeugung der Bose-Einstein-Kondensation in verdünnten Gasen aus
Alkaliatomen, und für frühe grundsätzliche Studien über die Eigenschaften der
Kondensate
2002
Raymond Davis Jr. (USA, *1914)
Masatoshi Koshiba (Japan, *1926)
für bahnbrechende Arbeiten in der Astrophysik, insbesondere für den Nachweis
kosmischer Neutrinos
Riccardo Giacconi (USA, *1931)
für bahnbrechende Arbeiten in der Astrophysik, die zur Entdeckung von kosmischen
Röntgenquellen geführt haben
2003
Alexei A. Abrikosov (Russland und USA, *1928)
Vitaly L. Ginzburg (Russland, *1916)
Anthony J. Leggett (Großbritannien und USA, *1938)
für bahnbrechende Arbeiten in der Theorie über Supraleiter und Supraflüssigkeiten
2004
David J. Gross (USA, *1941)
H. David Politzer (USA, *1949)
Frank Wilczek (USA, *1951)
für die Entdeckung asymptotischer Freiheit in der Theorie der starken
Wechselwirkung
2005
Roy J. Glauber (USA, *1925)
für seinen Beitrag zur quantenmechanischen Theorie der optischen Kohärenz
John L. Hall (USA, *1934)
Theodor W. Hänsch (Deutschland, *1941)
für ihre Beiträge zur Entwicklung der auf Laser gegründeten Präzisionsspektroskopie,
einschließlich der optischen Frequenzkammtechnik
2006
John C. Mather (USA, *1946)
George F. Smoot (USA, *1945)
für ihre Entdeckung der Schwarzkörper-Form und Anisotropie der kosmischen
Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (Echo des Urknalls)
2007
Albert Fert (Frankreich, *1938)
Peter Grünberg (Deutschland, *1939)
für die Entdeckung des Riesenmagnetwiderstands (GMR)
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