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Elemente der Mechanik
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Einführung 6

Geradlinige und zusammengesetzte Bewegungen
Bewegungen 8
Gleichförmige Bewegung 10
Gleichmäßig beschleunigte Bewegung 12
Der freie Fall 14
Sicherheit im Straßenverkehr 16
Unabhängigkeitsprinzip und Wurf 18
Wurfparabeln im Sport 20

Prinzipien der Mechanik
Newtons Trägheitsprinzip 22
Die Grundgleichung der Mechanik 24
Anwendungen der Grundgleichung 26
Das Wechselwirkungsprinzip 28
Newtonsche Mechanik im Computer 30

Erhaltungssätze
Energieerhaltung - Arbeit 32
Lageenergie und kinetische Energie 34
Spannenergie 36
Energieentwertung durch Reibung 37
Impuls und Impulserhaltung 38
Unelastische und elastische Stöße 40
Anwendung des Impulssatzes 42
Die Methode der Physik 44

Drehbewegungen
Kreisbewegungen 46
Kraftgesetz der Kreisbewegung 48
Kräfte in beschleunigten Bezugssystemen 50
Zentripetalkräfte im Sport 52
Aus Wissenschaft und Technik 53
Drehbewegung starrer Körper 54
Symmetrien und Erhaltungssätze 56
Basiswissen Elemente der Mechanik 57

Gravitation und Himmelsmechanik
Einführung 58
Aufbruch in der Antike 59
Das geozentrische Weltbild 60
Die Epizykeltheorie des Ptolomäus 61
Das heliozentrische Weltbild 62
Ausbau des heliozentrischen Systems 64
Newtons Himmelsmechanik 66
Newtons methodisches Konzept der Himmelsmechanik 70


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Mechanische Schwingungen und Wellen
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Einführung 72

Mechanische Schwingungen
Schwingungen und ihre Beschreibung 74
Harmonische Schwingungen 76
Beispiele für harmonische Schwingungen 78
Computersimulationen von Schwingungen 80
Erzwungene Schwingungen und Resonanz 82
Selbsterregte Schwingungen 84
Physik und Musik I 86
Chaotische Schwingungen 88
Chaos und nichtlineare Rückkopplung 90

Mechanische Wellen
Entstehung und Ausbreitung von Wellen 92
Eigenschaften von Wellen 94
Überlagerung und Interferenz von Wellen 96
Stehende Wellen 98
Physik und Musik II 100
Beugung und Brechung von Wellen 102
Schall in Natur und Technik 104
Biophysik des Hörvorgangs 106
Basiswissen Schwingungen und Wellen 109


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Elemente der Thermodynamik
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Einführung 110

Innere Energie und Wärme
Erster Hauptsatz der Thermodynamik 112
Quantitative Bestimmung der Wärme 114

Ideale Gase
Zustandsänderungen idealer Gase 116
Kinetische Gastheorie 118
Tragweite der kinetischen Gastheorie 120

Energieentwertung und Irreversibilität
Die Richtung thermischer Prozesse 122
Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 124
Zerfall und Entstehung von Strukturen 126

Energienutzung durch periodisch arbeitende Maschinen
Wärme und Verbrennungskraftmaschinen 128
Der Ottomotor 130
Wärmepumpen 131

Temperaturstrahlung
Energieübertragung durch Strahlung 132
Strahlungsgesetze 134
Basiswissen Thermodynamik 135

Energieversorgung - Nutzung der Sonnenenergie
Probleme der gegenwärtigen Energienutzung 136
Bessere Energienutzung in Wärmekraftwerken 138
Die Sonne als Energiequelle 140
Sonne und globales Treibhaus 142
Solare Niedertemperaturwärme 144
Fotovoltaik 146
Großflächige Nutzung der Sonnenenergie 148


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Elektrizitätslehre
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Einführung 150

Elektrische Ladungen und Felder
Elektrische Ladungen und Strom 152
Elektrisches Feld 154
Elektrische Feldstärke 156
Aus Wissenschaft und Technik 158
Grundgleichung des elektrischen Feldes 160
Coulombkraft 162
Elektrische Spannung 164
Elektrische Spannungen in Biologie und Medizin 166
Aus Wissenschaft und Technik 168
Kondensatoren 170
Technische Kondensatoren 172
Energie des geladenen Kondensators 174
Geladene Teilchen im elektrischen Feld 175
Elektrizitätsleitung 176
Bewegung von Ladungen im elektrischen Feld 178
Basiswissen Elektrizitätslehre 1 179

Elektromagnetismus
Einführung 180
Felder bewegter Ladungen 182
Kraftwirkung auf Elektronen im Magnetfeld 184
Spezielle Magnetfelder 186
Bewegung geladener Teilchen im Magnetfeld 188
Aus Wissenschaft und Technik 190

Elektromagnetische Induktion
Elektromagnetische Induktion - qualitativ 194
Elektromagnetische Induktion - quantitativ 196
Lenzsche Regel 198
Induktionsspannung und Lorentzkraft 200
Selbstinduktion 202
Induktion - eine fundamentale Entdeckung 204
Vertiefte Deutung der Induktionserscheinungen 206

Wechselstrom
Einführung 208
Wechselspannung und Wechselstrom 210
Technische Erzeugung von Wechselspannungen 212
Messung von Wechselspannungen 214
Kondensator im Wechselstromkreis 216
Spule im Wechselstromkreis 218
Frequenzen können gefiltert werden 220
Transformatoren 222
Basiswissen Elektrizitätslehre 2 225

Mikroelektronik
Leitungsvorgänge in Festkörpern 226
Der Hall-Effekt an Halbleitern 228
Halbleiter im Bändermodell 230
Der pn-Übergang 232
Fotodioden und Solarzellen 234
Transistoren 236
Sensoren 238


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Elektromagnetische Schwingungen und Wellen
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Einführung 240

Elektromagnetische Schwingungen
Elektromagnetischer Schwingkreis 242
Eigenfrequenz und Resonanz von Schwingkreisen 244
Ungedämpfte Schwingungen durch Rückkopplung 246
Aus Wissenschaft und Technik: Anwendungen elektromagnetischer Schwingungen 247

Elektromagnetische Wellen
Dipole erzeugen elektromagnetische Wellen 248
Eigenschaften elektromagnetischer Wellen 250
Technische Anwendungen hertzscher Wellen 252

Optik
Geometrische Optik 254
Optische Geräte 256
Lichtgeschwindigkeit 258
Modelle zur Lichtausbreitung 260
Interferenz von Lichtwellen 262
Aus Wissenschaft und Technik 264
Beugung von Lichtwellen am Spalt 266
Doppelspalt und Gitter 268
Kohärenz 270
Farbiges Licht - Dispersion 272
Polarisiertes Licht 274
Aus Wissenschaft und Technik 276
Elektromagnetisches Spektrum 278
Basiswissen Elektromagnetische Schwingungen und Wellen 279


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Relativität
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Spezielle Relativitätstheorie
Das Relativitätsprinzip der Mechanik 280
Synchronisation von Uhren 282
Das Global Positioning System (GPS) 283
Auf der Suche nach dem Äther 284
Einsteins Postulate der Relativitätstheorie 285
Relativität der Gleichzeitigkeit und Zeitdilatation 286
Zeitdilatationsexperimente und Zwillingsparadoxon 288
Lorentz-Transformation und Längenkontraktion 290
Transformation von Geschwindigkeiten 291
Relativistische Masse und Energie 292

Ausblick auf die Allgemeine Relativitätstheorie
Gravitation, schwarze Löcher und Expansion des Weltalls 294
Kosmologie: das physikalische Bild des Universums 296


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Quanten und Atome
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Einführung 298

Photonen
Die Geburt der Quantenphysik 300
Der Photoeffekt 302
Beugung von Röntgenstrahlen 304
Der Compton-Effekt - ein Entscheidungsexperiment? 306
"Dualismus" von Welle und Teilchen beim Licht 307

Atombau und Spektrallinien
Atommodelle und Linienspektren 308
Bohrs Atommodell 310
Quantenhafte Energieaufnahme und -abgabe bei Atomen 312
Laser 314
Atomfallen und Laserkühlung 316

Elektronen und Atome als Quantenobjekte
Die Wellenstruktur der Materie 318
Experimenteller Nachweis der "Materiewellen" 320
Das Potentialtopf-Modell 322
Dreidimensionaler Potentialtopf und Farbzentren 324
Tunneleffekt 325
Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation 326
Beispiele für die Unbestimmtheitsrelation 328
Das Atommodell der Quantenmechanik 330
Orbitale und der Aufbau der Atome 332

Deutung der Quantenmechanik
Doppelspaltexperimente 334
Atome ohne Ortseigenschaft 336
Messprozess in der Quantenphysik 338
Schrödingers Katze 340
Verborgene Parameter und das EPR-Gedankenexperiment 342
Die Realismusdebatte 344
Basiswissen Quanten und Atome 345


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Kernphysik
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Einführung 346

Natürliche Radioaktivität
Radioaktive Strahlung 348
Strahlungsarten 350

Nachweis und Eigenschaften der Atomkerne
Die Entdeckung des Atomkerns 352
Aufbau der Atomkerne 354
Was hält die Atomkerne zusammen? 356
Kernmodelle 358
Radioaktiver Zerfall - Zerfallsgesetz 360
Aus Wissenschaft und Technik 362

Radioaktive Strahlung und Materie
Gammastrahlung 363
Durchgang von Gammastrahlung durch Materie 364
Alphastrahlen und ihre Wechselwirkung mit Materie 366
Der Alphazerfall 368
Energieverteilung und Absorption von Betastrahlung 369
Betazerfall 370

Gefahren durch ionisierende Strahlung - Strahlenschutz
Biologische Strahlenwirkung 372
Quellen radioaktiver und ionisierender Strahlung 374
Aus Wissenschaft und Technik: Anwendung radioaktiver Isotope 376

Nutzung der Kernenergie
Kernfusion - die Energiequelle der Sonnen 377
Kernspaltung 378
Kernkraftwerke 380
Risiken der Kernenergienutzung 382
Basiswissen Kernphysik 383


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Ausblick
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Elementarteilchen 384

Register 388
Nuklidkarte 398
Interferenzmodell nach Pohl 400