Inhaltsverzeichnis - Physik (Uni Würzburg)

Inhaltsverzeichnis
1 Theoretische Physik für das Lehramt
1.1
1.2
1.3
1.4
Warum Theoretische Physik? . . .
Postulate der Theoretischen Physik
Diese Vorlesung . . . . . . . . . . .
Studium . . . . . . . . . . . . . . .
2 Elektrodynamik
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
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Maxwell-Gleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1 Physikalische Gröÿen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2 Mathematische Sätze . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3 Maxwell-Gleichungen in Materie . . . . . . . . . . .
Elektrostatik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 Coulomb-Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2 Elektrisches Potenzial . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3 Grenzächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.4 Elektrostatische Energie . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.5 Multipol-Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.6 Randwert-Probleme . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.7 Entwicklung nach orthonormalen Funktionen . . . .
Magnetostatik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 Stromdichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2 Vektorpotenzial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3 Magnetfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.4 Kraft auf Leiterschleifen . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.5 Analogien zwischen der Elektro- und Magnetostatik
Zeitabhängige Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 Ladungserhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.2 Energiesatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.3 Elektromagnetische Induktion . . . . . . . . . . . . .
Elektromagnetische Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.1 Potenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.2 Ebenen Wellen im Vakuum . . . . . . . . . . . . . .
2.5.3 Ebene Wellen in Materie . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.4 Antennen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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47
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54
55
61
68
iii
Inhaltsverzeichnis
3 Spezielle Relativitätstheorie
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Konstante Lichtgeschwindigkeit . . . . . . . . . . .
Lorentz-Transformation . . . . . . . . . . . . . . .
Konsequenzen aus der Lorentz-Transformation . . .
3.3.1 Galilei-Transformation . . . . . . . . . . . .
3.3.2 Maximale Geschwindigkeit des Beobachters
3.3.3 Gleichzeitigkeit . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.4 Zeitdilatation . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.5 Längenkontraktion . . . . . . . . . . . . . .
3.3.6 Maximale Signalgeschwindigkeit . . . . . . .
3.3.7 Addition von Geschwindigkeiten . . . . . .
3.3.8 Relativistische Fotos . . . . . . . . . . . . .
3.3.9 Ereignisse und Lichtkegel . . . . . . . . . .
Wirkung, Energie und Impuls . . . . . . . . . . . .
3.4.1 Kinetische und Ruheenergie . . . . . . . . .
Vierer-Vektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1 Denitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.2 Eigenzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.3 Vierer-Geschwindigkeit . . . . . . . . . . . .
3.5.4 Vierer-Kraft . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.5 Vierer-Impuls . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.6 Vierer-Strom . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.7 Vierer-Potential . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.8 Feldstärke-Tensor . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.9 Vierer-Wellenvektor . . . . . . . . . . . . .
4 Thermodynamik
4.1
4.2
4.3
4.4
iv
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Thermische Gröÿen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1 Wärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.2 Entropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.3 Temperatur, Druck und chemisches Potenzial
Thermisches Gleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 Hauptsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Wärmeuss . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.3 Dimensionen von Entropie und Temperatur .
4.2.4 Aufheben von Zwangsbedingungen . . . . . .
Fundamentalgleichung S(E, V, N ) . . . . . . . . . . .
4.3.1 Ideales Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2 Mischungsentropie . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.3 Elektromagnetische Strahlung . . . . . . . . .
4.3.4 Gummi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thermodynamische Prozesse . . . . . . . . . . . . . .
4.4.1 Wärmekontakt . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.2 Isotherme Expansion . . . . . . . . . . . . . .
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127
Inhaltsverzeichnis
4.5
4.6
4.7
4.8
4.4.3 Energie der Informationsverarbeitung
4.4.4 Wirkungsgrad . . . . . . . . . . . . . .
4.4.5 Kühlschrank und Wärmepumpe . . . .
4.4.6 Carnot-Prozess . . . . . . . . . . . . .
Thermodynamische Relationen . . . . . . . .
4.5.1 Thermische Messgröÿen . . . . . . . .
4.5.2 Homogenität . . . . . . . . . . . . . .
4.5.3 Thermodynamische Potentiale . . . . .
4.5.4 Maxwell-Relationen . . . . . . . . . .
4.5.5 Partielle Ableitungen . . . . . . . . . .
4.5.6 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . .
Phasenübergang . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6.1 Koexistenzkurve . . . . . . . . . . . .
4.6.2 Van-der-Waals Gas . . . . . . . . . . .
4.6.3 Kritische Phänomene . . . . . . . . . .
Elektromagnetische Strahlung . . . . . . . . .
4.7.1 Entropieuss durch die Erde . . . . . .
4.7.2 Treibhaus-Eekt . . . . . . . . . . . .
Statistische Mechanik und Strahlungsgesetze .
4.8.1 Postulate der Statistischen Mechanik .
4.8.2 Photonen . . . . . . . . . . . . . . . .
4.8.3 Strahlungsgesetze . . . . . . . . . . . .
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