20071018 Peter Kirchhoffsche Gesetze + Nobelpreisträger Physik
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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 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen - 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 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen 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 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen 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 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen 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 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen 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 6 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen 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) 7 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen 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 8 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen 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) 9 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen 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 10 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen 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) 11 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen 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 12 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen 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) 13 TILL PETER Stundenprotokoll des 15. Oktobers 2007 PHYSIK LK Bastgen 14 TILL PETER
