Beschreibung

Die Grundlagen der Physik, gegliedert in die Teile `Teilchen und Teilchensysteme', `Wechselwirkungen und Felder' und `Wellen und Quanten', werden in diesem Buch so dargestellt, daß die übergreifenden Zusammenhänge zwischen den klassischen und modernen Teilgebieten deutlich werden (Punktmechanik, Schwingungen, starre Körper, statistische Mechanik/Thermodynamik, Transporterscheinungen, Strömungen, Gravitation, elektromagnetische Felder, Stromkreise, Leitungsmechanismen, starke und schwache Wechselwirkung/Atomkerne und Elementarteilchen, Wellen, elektromagnetische Strahlung, geometrische Optik, Interferenz und Beugung, Materiewellen). Das Buch dient den Studenten der Physik und der Ingenieurwissenschaften als Begleittext für die große Experimentalphysik-Vorlesung, in dem der theoretische Hintergrund in konzentrierter, überblickartiger Form nachgelesen werden kann. Aber auch der im Beruf stehende Naturwissenschaftler oder Ingenieur, der sich schnell einen Überblick über bestimmte physikalische Grundlagen verschaffen will, wird hier angesprochen.

Inhalt

1 Physikalische Größen und Einheiten.- 1.1 Physikalische Größen.- 1.2 Basisgrößen und -einheiten.- 1.3 Das internationale Einheitensystem.- I Teilchen und Teilchensysteme.- 2 Kinematik.- 2.1 Geradlinige Bewegung.- 2.2 Kreisbewegung.- 2.3 Gleichförmig translatorische Relativbewegung.- 2.3.1 Galilei-Transformation.- 2.3.2 Lorentz-Transformation.- 2.3.3 Relativistische Kinematik.- 2.4 Geradlinig beschleunigte Relativbewegung.- 2.5 Rotatorische Relativbewegung.- 3 Kraft und Impuls.- 3.1 Trägheitsgesetz.- 3.2 Kraftgesetz.- 3.2.1 Gewichtskraft (Schwerkraft).- 3.2.2 Federkraft.- 3.2.3 Reibungskräfte.- 3.3 Reaktionsgesetz.- 3.3.1 Kräfte bei elastischen Verformungen.- 3.3.2 Kräfte zwischen freien Körpern ("innere Kräfte").- 3.4 Äquivalenzprinzip: Schwer- und Trägheitskräfte.- 3.5 Trägheitskräfte bei Rotation.- 3.5.1 Zentripetal- und Zentrifugalkraft.- 3.5.2 Coriolis-Kraft.- 3.6 Drehmoment und. Gleichgewicht.- 3.7 Drehimpuls.- 3.8 Drehimpulserhaltung.- 4 Arbeit und Energie.- 4.1 Beschleunigungsarbeit, kinetische Energie.- 4.2 Potentielle Energie, Hub- und Spannungsarbeit.- 4.3 Energieerhaltung bei konservativen Kräften.- 4.4 Energiesatz bei nichtkonservativen Kräften.- 4.5 Relativistische Dynamik.- 5 Schwingungen.- 5.1 Kinematik der harmonischen Bewegung.- 5.2 Der ungedämpfte, harmonische Oszillator.- 5.2.1 Mechanische harmonische Oszillatoren.- 5.2.2 Schwingungsgleichung und Schwingungsenergie des harmonischen Oszillators.- 5.3 Freie gedämpfte Schwingungen.- 5.3.1 Periodischer Fall (Schwingfall).- 5.3.2 Aperiodischer Grenzfall.- 5.3.3 Aperiodischer Fall (Kriechfall).- 5.3.4 Abklingzeit.- 5.4 Erzwungene Schwingungen, Resonanz.- 5.4.1 Resonanz.- 5.4.2 Leistungsaufnahme des Oszillators.- 5.5 Überlagerung von harmonischen Schwingungen.- 5.5.1 Schwingungen gleicher Frequenz.- 5.5.2 Schwingungen verschiedener Frequenz.- 5.6 Gekoppelte Oszillatoren.- 5.6.1 Gekoppelte Pendel.- 5.6.2 N gekoppelte Oszillatoren.- 5.7 Nichtlineare Oszillatoren, chaotisches Schwingungsverhalten.- 6 Teilchensysteme.- 6.1 Schwerpunkt (Massenzentrum), Impuls und Drehimpuls von Teilchensystemen.- 6.1.1 Schwerpunktbewegung ohne äußere Kräfte.- 6.1.2 Schwerpunktbewegung bei Einwirkung äußerer Kräfte.- 6.1.3 Drehimpuls eines Teilchensystems.- 6.2 Energieinhalt von Teilchensystemen.- 6.2.1 Energieerhaltungssatz in Teilchensystemen.- 6.2.2 Bindungsenergie eines Teilchensystems.- 6.3 Stöße.- 6.3.1 Zentraler elastischer Stoß.- 6.3.2 Nichtzentraler elastischer Stoß.- 6.3.3 Unelastischer Stoß.- 7 Dynamik starrer Körper.- 7.1 Translation und Rotation eines starren Körpers.- 7.2 Rotationsenergie, Trägheitsmoment.- 7.3 Drehimpuls eines starren Körpers.- 7.4 Kreisel.- 7.5 Vergleich Translation - Rotation.- 7.6 Deformierbare Festkörper.- 8 Statistische Mechanik.- 8.1 Kinetische Theorie der Gase.- 8.2 Temperaturskalen, Gasgesetze.- 8.3 Freiheitsgrade, Gleichverteilungssatz.- 8.4 Reale Gase, tiefe Temperaturen.- 8.5 Energieaustausch bei Vielteilchensystemen.- 8.5.1 Volumenarbeit.- 8.5.2 Wärme.- 8.5.3 Energieerhaltungssatz für Vielteilchensysteme.- 8.6 Wärmemengen bei thermodynamischen Prozessen.- 8.6.1 Spezifische und molare Wärmekapazitäten.- 8.6.2 Phasenumwandlungswärmen.- 8.7 Zustandsänderungen bei idealen Gasen.- 8.8 Kreisprozesse.- 8.8.1 Wärmekraftmaschine.- 8.8.2 Kältemaschine und Wärmepumpe.- 8.9 Richtungsablauf physikalischer Prozesse.- 9 Transporterscheinungen.- 9.1 Stoßquerschnitt, mittlere freie Weglänge.- 9.2 Molekulardiffusion.- 9.3 Wärmeleitung.- 9.4 Innere Reibung: Viskosität.- 10 Hydro- und Aerodynamik.- 10.1 Strömungen idealer Flüssigkeiten.- 10.2 Strömungen realer Flüssigkeiten.- II Wechselwirkungen und Felder.- Übersicht über die fundamentalen Wechselwirkungen.- 11 Gravitationswechselwirkung.- 11.1 Der Feldbegriff.- 11.2 Planetenbewegung: Kepler-Gesetze.- 11.3 Newtons Gravitationsgesetz.- 11.4 Das Gravitationsfeld.- 11.5 Satellitenbahnen im Zentralfeld.- 12 Elektrische Wechselwirkung.- 12.1 Elektrische Ladung, Coulomb-Gesetz.- 12.2 Das elektrostatische Feld.- 12.3 Elektrisches Potential.- 12.4 Quantisierung der elektrischen Ladung.- 12.5 Energieaufnahme im elektrischen Feld.- 12.6 Elektrischer Strom.- 12.7 Elektrische Leiter im elektrostatischen Feld, Influenz.- 12.8 Kapazität leitender Körper.- 12.9 Nichtleitende Materie im elektrischen Feld, elektrische Polarisation.- 13 Magnetische Wechselwirkung.- 13.1 Das magnetostatische Feld, stationäre Magnetfelder.- 13.2 Die magnetische Kraft auf bewegte Ladungen.- 13.3 Die magnetische Kraft auf stromdurchflossene Leiter.- 13.4 Materie im magnetischen Feld, magnetische Polarisation.- 14 Zeitveränderliche elektromagnetische Felder.- 14.1 Zeitveränderliche magnetische Felder: Induktion.- 14.2 Selbstinduktion.- 14.3 Energieinhalt des Magnetfeldes.- 14.4 Wirkung zeitveränderlicher elektrischer Felder.- 14.5 Maxwellsche Gleichungen.- 15 Elektrische Stromkreise.- 15.1 Ohmsches Gesetz.- 15.2 Gleichstromkreise, Kirchhoffsche Sätze.- 15.3 Wechselstromkreise.- 15.3.1 Wechselstromarbeit.- 15.3.2 Transformator.- 15.3.3 Scheinwiderstand von R, L und C.- 15.4 Elektromagnetische Schwingungen.- 15.4.1 Freie, gedämpfte elektromagnetische Schwingungen.- 15.4.2 Erzwungene elektromagnetische Schwingungen, Resonanzkreise.- 15.4.3 Selbsterregung elektromagnetischer Schwingungen durch Rückkopplung.- 16 Transport elektrischer Ladung: Leitungsmechanismen.- 16.1 Elektrische Struktur der Materie.- 16.1.1 Atomstruktur.- 16.1.2 Elektronen in Festkörpern.- 16.2 Metallische Leitung.- 16.3 Supraleitung.- 16.4 Halbleitung.- 16.4.1 Eigenleitung.- 16.4.2 Störstellenleitung.- 16.4.3 Hall-Effekt in Halbleitern.- 16.4.4 PN-Übergänge.- 16.5 Elektrolytische Leitung.- 16.6 Stromleitung in Gasen.- 16.6.1 Unselbständige Gasentladung.- 16.6.2 Selbständige Gasentladung.- 16.6.3 Der Plasmazustand.- 16.7 Elektrische Leitung im Hochvakuum.- 16.7.1 Elektronenemission.- 16.7.2 Bewegung freier Ladungsträger im Vakuum.- 17 Starke und Schwache Wechselwirkung Atomkerne und Elementarteilchen.- 17.1 Atomkerne.- 17.2 Massendefekt, Kernbindungsenergie.- 17.3 Radioaktiver Zerfall.- 173.1 Alpha-Zerfall.- 173.2 Beta-Zerfall.- 17.4 Künstliche Kernumwandlungen, Kernergiegewinnung.- 17.5 Elementarteilchen.- III Wellen und Quanten.- 18 Wellenausbreitung.- 18.1 Beschreibung von Wellenbewegungen, Wellengleichung.- 18.2 Elastische Wellen, Schallwellen.- 18.3 Doppler-Effekt, Kopfwellen.- 19 Elektromagnetische Wellen.- 19.1 Erzeugung und Ausbreitung elektromagnetischer Wellen.- 19.2 Elektromagnetisches Spektrum.- 20 Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie.- 20.1 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in Materie, Dispersion.- 20.2 Emission und Absorption des Schwarzen Körpers, Plancksches Strahlungsgesetz.- 20.3 Quantisierung des Lichtes, Photonen.- 20.4 Stationäre Energiezustände, Spektroskopie.- 20.5 Induzierte Emission, Laser.- 21 Reflexion und Brechung, Polarisation.- 21.1 Reflexion, Brechung, Totalreflexion.- 21.2 Optische Polarisation.- 22 Geometrische Optik.- 22.1 Optische Abbildung.- 22.2 Abbildungsfehler.- 22.3 Kontrastentstehung.- 23 Interferenz und Beugung.- 23.1 Huygenssches Prinzip.- 23.2 Fraunhofer-Beugung an Spalt und Gitter.- 23.3 Interferenzen an dünnen Schichten.- 24 Wellenaspekte bei der optischen Abbildung.- 24.1 Abbesche Mikroskoptheorie.- 24.2 Holographie.- 25 Materiewellen.- 25.1 Teilchen, Wellen, Unschärferelation.- 25.2 Die de-Broglie-Beziehung.- 25.3 Die Schrödinger-Gleichung.- 25.4 Elektronenbeugung, Elektroneninterferenzen.- 25.5 Elektronenoptik, Elektronenmikroskopie.- 26 Literatur.- 27 Stichwortverzeichnis.

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