G GRÖSSEN UND EINHEITEN 26

1 Physikalische Größen 26
1.1 Basisgrößenarten 26
1.2 Abgeleitete Größenarten 26
1.3 Formelzeichen 27
1.4 Dimension 28
1.5 Skalare Größen 28
1.6 Vektorielle Größen 29
1.7 Rechnen mit vektoriellen Größen 30
1.7.1 Summe vektorieller Größen 30
1.7.2 Differenz vektorieller Größen 30
1.7.3 Produkt einer vektoriellen mit einer skalaren Größe 31
1.7.4 Skalarprodukt zweier vektorieller Größen 31
1.7.5 Vektorprodukt zweier vektorieller Größen 32
1.7.6 Komponentendarstellung vektorieller Größen 33

2 Gleichungen physikalischer Größen 34
2.1 Größengleichungen 34
2.2 Zugeschnittene Größengleichungen 34
2.2.1 Tabellenköpfe 35
2.2.2 Koordinatenachsen 36
2.3 Zahlenwertgleichungen 36

3 Internationales Einheitensystem (SI) 37
3.1 Basiseinheiten des SI 37
3.2 Abgeleitete SI-Einheiten 37
3.3 Dezimale Vielfache und Teile der SI-Einheiten 38
3.4 Einheiten außerhalb des SI (SI-fremde Einheiten) 38
3.5 Gesetzliche Einheiten 39
3.6 Physikalische Größenarten und ihre Einheiten 39


M MECHANIK 50

4 Basiseinheiten der Mechanik 50
4.1 Einheit der Länge 50
4.1.1 Fläche 51
4.1.2 Volumen 52
4.1.3 Winkel 52
4.2 Zeiteinheit 53
4.3 Masseneinheit 54

5 Statik des starren Körpers 55
5.1 Zusammensetzen von Kräften 55
5.1.1 Kräfte mit gleicher Wirkungslinie 55
5.1.2 Kräfte mit gleichem Angriffspunkt 56
5.1.3 Kräfte mit verschiedenen Angriffspunkten 57
5.1.4 Parallele Kräfte 57
5.2 Zerlegen von Kräften 58
5.3 Drehmoment 59
5.4 Gleichgewichtsbedingungen 60
5.5 Einfache Maschinen 61
5.5.1 Hebel 61
5.5.2 Feste Rolle 62
5.5.3 Lose Rolle 62
5.5.4 Flaschenzug 62
5.5.5 Differenzialfaschenzug 63
5.5.6 Geneigte Ebene 63
5.5.7 Keil 64
5.5.8 Schraube 64
5.6 Gleichgewicht 65
5.6.1 Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) 65
5.6.2 Gleichgewichtsarten 67
5.6.3 Standfestigkeit 67

6 Kinematik 68
6.1 Translation 68
6.1.1 Gleichförmige Translation 69
6.1.2 Gleichmäßig beschleunigte Translation 70
6.1.3 Ungleichmäßig beschleunigte Translation 74
6.2 Fall und Wurf 77
6.2.1 Freier Fall 77
6.2.2 Senkrechter Wurf 78
6.2.3 Zusammengesetzte Bewegung 79
6.2.4 Waagerechter Wurf 80
6.2.5 Schräger Wurf 82
6.3 Rotation 84
6.3.1 Gleichförmige Rotation 87
6.3.2 Gleichmäßig beschleunigte Rotation 87
6.3.3 Ungleichmäßig beschleunigte Rotation 91
6.3.4 Bewegung auf der Kreisbahn (Umfangsbewegung) 94
6.3.5 Größen der Rotationals Vektoren 95
6.4 Krummlinige Bewegung 95

7 Dynamik 98
7.1 Kräfte bei der Translation 98
7.1.1 Masse und Kraft 98
7.1.2 Dichte 101
7.1.3 Federkraft 103
7.1.4 Reibungskraft 104
7.1.5 Trägheitskräfte beider Translation 105
7.2 Arbeit, Energie und Leistung 106
7.2.1 Arbeit 106
7.2.2 Energie 111
7.2.3 Gesetz von der Erhaltung der Energie 113
7.2.4 Leistung 114
7.2.5 Wirkungsgrad 116
7.3 Impuls und Stoß 117
7.3.1 Impuls 117
7.3.2 Kraftstoß 117
7.3.3 Impulssatz 119
7.3.4 Elastischer Stoß 119
7.3.5 Unelastischer Stoß 121
7.3.6 Teilelastischer Stoß 122
7.4 Dynamik der Drehbewegung (Dynamik starrer Körper) 124
7.4.1 Zentripetalkraft 124
7.4.2 Trägheitskräfte beider Rotation 125
7.4.3 Dynamisches Grundgesetz der Rotation 126
7.4.4 Trägheitsmoment 128
7.4.5 Arbeit beider Rotation 135
7.4.6 Leistung beider Rotation 136
7.4.7 Rotationsenergie 137
7.4.8 Drehimpuls (Drall) 138
7.5 Gravitation 140
7.5.1 Gravitationsgesetz 141
7.5.2 Fallbeschleunigung 142
7.5.3 Gravitationsfeld 143
7.5.4 Arbeit im Gravitationsfeld 144
7.5.5 Astronautische Geschwindigkeiten 144
7.5.6 Kepler'sche Gesetze 147
7.5.7 Daten des Sonnensystems 148

8 Ruhende Flüssigkeiten 150
8.1 Druck in Flüssigkeiten 151
8.1.1 Kolbendruck 151
8.1.2 Schweredruck 152
8.2 Kompressibilität 153
8.3 Auftrieb 153
8.3.1 Bestimmung der Dichte fester Körper 154
8.3.2 Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten 155

9 Ruhende Gase 156
9.1 Druck und Volumen eines Gases 156
9.1.1 Überdruck 157
9.1.2 Messung des Gasdrucks 157
9.2 Luftdruck 157
9.2.1 Luftdruckmessung 159
9.2.2 Wirkung des Luftdrucks 160
9.2.3 Auftrieb in Gasen 160

10 Strömungen 161
10.1 Reibungsfreie Strömung 161
10.1.1 Ausfuss aus Gefäßen 161
10.1.2 Durchfuss durch Röhren 162
10.1.3 Druck in Strömungen 163
10.1.4 Druckmessung in Strömungen 165
10.2 Laminare Strömung 167
10.2.1 Dynamische Viskosität (Zähigkeit) 168
10.2.2 Laminare Strömung durch ein Rohr 169
10.2.3 Laminare Strömung um eine Kugel 172
10.3 Turbulente Strömung 173
10.3.1 Strömungswiderstand 173
10.3.2 Strömungsleistung 174
10.3.3 Reynolds'sches Ähnlichkeitsgesetz 174

11 Moleküle 176
11.1 Molekularkräfte 176
11.1.1 Kohäsion und Adhäsion 176
11.1.2 Oberflächenspannung 177
11.1.3 Kapillarität 179
11.2 Molekularbewegung 180
11.2.1 Diffusion 181
11.2.2 Osmose 181
11.3 Lösungen 181
11.3.1 Molekulardisperse Systeme (echte Lösungen) 181
11.3.2 Kolloiddisperse Systeme (kolloide Lösungen) 182
11.3.3 Korpuskulardisperse Systeme 182

12 Elastizität fester Körper 184
12.1 Dehnung 184
12.2 Kompression 187
12.3 Scherung 188
12.4 Torsion (Drillung) 189
12.5 Härte 190

13 Mechanische harmonische Schwingungen 192
13.1 Ungedämpfte harmonische Schwingung 193
13.1.1 Phasenwinkel 193
13.1.2 Elongation 194
13.1.3 Geschwindigkeit 195
13.1.4 Beschleunigung 195
13.1.5 Rückstellkraft 196
13.2 Eigenfrequenz der ungedämpften harmonischen Schwingung 197
13.2.1 Schwingungsgleichung 197
13.2.2 Lineare Federschwingung 198
13.2.3 Drehschwingung 199
13.2.4 Pendelschwingungen 200
13.2.5 Flüssigkeitsschwingungen 203
13.2.6 Schwingungsenergie 203
13.3 Freie gedämpfte Schwingung 205
13.3.1 Schwingungsgleichung 206
13.3.2 Elongation 207
13.3.3 Eigenfrequenz 209
13.3.4 Aperiodische Bewegung 210
13.4 Erzwungene Schwingung 213
13.4.1 Schwingungsgleichung 213
13.4.2 Elongation 214
13.4.3 Resonanz 215
13.5 Überlagerung von Schwingungen 218
13.5.1 Schwingungen gleicher Richtung und Frequenz 218
13.5.2 Schwingungen gleicher Richtung und ungleicher Frequenz 220
13.5.3 Schwingungen ungleicher Richtung 222
13.6 Gekoppelte Schwingungen 226

14 Mechanische Wellen 229
14.1 Wellenausbreitung 229
14.1.1 Huygens'sches Prinzip 229
14.1.2 Wellenarten 229
14.2 Lineare Sinuswelle 231
14.2.1 Wellengleichung 231
14.2.2 Elongation 231
14.2.3 Phasengeschwindigkeit 232
14.2.4 Phasensprung 233
14.2.5 Stehende Wellen 233
14.3 Wellen in ausgedehnten Medien 235
14.3.1 Überlagerung 235
14.3.2 Reflexion 236
14.3.3 Brechung 236
14.3.4 Beugung 237
14.4 Größen des Wellenfeldes 238
14.4.1 Energiedichte 238
14.4.2 Energiestrom 238
14.4.3 Leistung 239
14.4.4 Intensität 239
14.4.5 Wellenwiderstand 240


W WÄRMELEHRE 241

15 Temperatur 241
15.1 Temperaturmessung 242
15.1.1 Temperaturskalen 242
15.1.2 Thermometer 243
15.2 Ausdehnung fester Körper 244
15.2.1 Längenänderung 244
15.2.2 Flächenänderung 245
15.2.3 Volumenänderung 246
15.3 Ausdehnung von Flüssigkeiten 247
15.3.1 Volumenänderung 247
15.3.2 Dichteänderung 248
15.4 Ausdehnung der Gase 248
15.4.1 Volumenänderung 248
15.4.2 Druckänderung 250
15.5 Gasgesetze 252
15.5.1 Zustandsgleichung des idealen Gases 252
15.5.2 Gasdichte 253
15.5.3 Normvolumen 255
15.5.4 Gasgemische 255
15.5.5 Molare Größen 256

16 Wärmeenergie 259
16.1 Wärmemenge 259
16.1.1 Wärmeinhalt 260
16.1.2 Wärmekapazität 260
16.1.3 Wasserwert 261
16.2 Spezifische Wärmekapazität 262
16.3 Wärmemischung 264
16.4 Wärmequellen 265
16.4.1 Sonnenenergie 265
16.4.2 Verbrennungsenergie 266
16.4.3 Elektrische Energie 267
16.4.4 Mechanische Energie 267

17 Aggregatzustände 269
17.1 Schmelzen und Erstarren 269
17.1.1 Schmelzpunkt 270
17.1.2 Erstarrungspunkt von Lösungen 270
17.1.3 Volumenänderung 271
17.1.4 Schmelzwärme 271
17.1.5 Lösungswärme 272
17.2 Verdampfen und Kondensieren 272
17.2.1 Siedepunkt 273
17.2.2 Siedepunkt von Lösungen 273
17.2.3 Volumenänderung 273
17.2.4 Verdampfungswärme 274
17.2.5 Verdunsten 275
17.2.6 Sublimieren 275
17.3 Dämpfe 275
17.3.1 Gesättigter Dampf 275
17.3.2 Ungesättigter Dampf 276
17.3.3 Dampfbildung im gaserfüllten Raum 276
17.3.4 Tripelpunkt 277
17.3.5 Luftfeuchtigkeit 278
17.4 Reale Gase 280
17.4.1 Zustandsgleichung realer Gase 280
17.4.2 Kritische Temperatur 281
17.4.3 Verflüssigung der Gase 282

18 Zustandsänderung des idealen Gases 284
18.1 Erster Hauptsatz 284
18.1.1 Volumenänderungsarbeit 285
18.1.2 Innere Energie 286
18.1.3 Enthalpie 287
18.2 Isochore Zustandsänderung 287
18.3 Isobare Zustandsänderung 288
18.4 Isotherme Zustandsänderung 289
18.5 Isentrope Zustandsänderung 291
18.6 Polytrope Zustandsänderung 294
18.7 Kreisprozesse 298
18.7.1 Carnot'scher Kreisprozess 299
18.7.2 Thermischer Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses 300
18.7.3 Thermische Maschinen 301
18.8 Zweiter Hauptsatz 303
18.8.1 Reversible und irreversible Prozesse 303
18.8.2 Entropie 304

19 Kinetische Wärmetheorie 309
19.1 Anzahl und Masse der Moleküle 309
19.1.1 Loschmidt-Konstante 309
19.1.2 Avogadro-Konstante 309
19.1.3 Boltzmann-Konstante 310
19.1.4 Masse eines Moleküls 310
19.2 Druck in einem Gas 310
19.3 Geschwindigkeit der Moleküle 312
19.3.1 Maxwell-Verteilung der Geschwindigkeit 312
19.3.2 Wahrscheinlichste Geschwindigkeit 313
19.3.3 Mittlere quadratische Geschwindigkeit 314
19.3.4 Mittelwert der Geschwindigkeit 314
19.4 Energie der Moleküle 315
19.4.1 Kinetische Energie eines Moleküls 315
19.4.2 Gleichverteilungssatz 316
19.4.3 Innere Energie und spezifische Wärmekapazität 316
19.5 Stoßzahl und freie Weglänge 318
19.5.1 Mittlere Stoßzahl 318
19.5.2 Mittlere freie Weglänge 319

20 Wärmetransport 321
20.1 Wärmeströmung(Konvektion) 321
20.2 Wärmeleitung 321
20.3 Wärmeübergang 324
20.4 Wärmedurchgang 325
20.5 Temperaturstrahlung 328
20.5.1 Absorption 328
20.5.2 Emission 329
20.5.3 Strahlungsgesetz von Stefan und Boltzmann 330
20.5.4 Strahlungsgesetz von Planck 331
20.5.5 Verschiebungsgesetz von Wien 332


A AKUSTIK 333

21 Schallerzeugung 333
21.1 Wesen des Schalls 333
21.2 Schallquellen 334
21.2.1 Schwingende Saiten 334
21.2.2 Schwingende Luftsäulen 335
21.3 Tonleiter 335
21.3.1 Harmonische(diatonische)Tonleiter 336
21.3.2 Chromatische Tonleiter 336
21.3.3 Gleichmäßig temperierte chromatische Tonleiter 337
21.3.4 Normstimmton 337
21.3.5 Intervalle 338

22 Schallausbreitung 340
22.1 Schallgeschwindigkeit 340
22.1.1 Schallgeschwindigkeit in Festkörpern 340
22.1.2 Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten 340
22.1.3 Schallgeschwindigkeit in Gasen 341
22.1.4 Schallgeschwindigkeit in Luft 341
22.2 Doppler-Effekt 342
22.3 Überlagerung von Schallwellen 346
22.3.1 Auslöschung 346
22.3.2 Verstärkung 346
22.3.3 Schwebung 346

23 Schallmessung 348
23.1 Schallfeldgrößen 348
23.1.1 Schallschnelle 348
23.1.2 Schalldruck 349
23.1.3 Schallintensität 350
23.1.4 Schallpegel 351
23.1.5 Relativer Schallpegel 354
23.2 Hören 354
23.2.1 Hörfläche 354
23.2.2 Lautstärkepegel 355
23.2.3 Bewerteter Schallpegel 357

24 Ultraschall 358
24.1 Eigenschaften 358
24.1.1 Schallstärke 358
24.1.2 Ausbreitung 358
24.2 Erzeugung von Ultraschall 359


O OPTIK 360

25 Strahlenoptik 360
25.1 Lichtausbreitung 360
25.1.1 Geradlinigkeit der Ausbreitung 360
25.1.2 Lichtgeschwindigkeit 360
25.2 Reflexion 361
25.2.1 Reflexionsgesetz 361
25.2.2 Ebener Spiegel 362
25.2.3 Hohlspiegel (Konkavspiegel) 362
25.2.4 Wölbspiegel (Konvexspiegel) 364
25.3 Brechung 365
25.3.1 Brechungsgesetz 365
25.3.2 Totalreflexion 366
25.3.3 Planparallele Platte 367
25.3.4 Prisma 368
25.4 Linsen 369
25.4.1 Linsenarten 369
25.4.2 Bestimmung der Brennweite 371
25.4.3 Konstruktion des Linsenbildes 372
25.4.4 Abbildungsgesetze 373
25.4.5 Dicke Linsen 374
25.4.6 Abbildungsfehler 375
25.5 Optische Geräte 376
25.5.1 Projektor 376
25.5.2 Kamera(Fotoapparat) 378
25.5.3 Auge 379
25.5.4 Lupe 381
25.5.5 Mikroskop 382
25.5.6 Fernrohre 383
25.6 Zerlegung des Lichts 385
25.6.1 Lichtquellen 385
25.6.2 Lichtzerlegung 386
25.6.3 Komplementärfarben 387
25.6.4 Farbmischung 387
25.6.5 Spektren 388
25.6.6 Dispersion 389

26 Wellenoptik 391
26.1 Interferenz 391
26.1.1 Farben dünner Schichten 391
26.1.2 Newton'sche Ringe 392
26.2 Beugung 393
26.2.1 Beugung am engen Spalt 394
26.2.2 Beugung am Doppelspalt 395
26.2.3 Beugungsgitter 395
26.2.4 Beugungsspektrum 396
26.2.5 Beugung an kreisförmiger Öffnung 396
26.2.6 Auflösungsvermögen optischer Geräte 397
26.3 Polarisation 398
26.3.1 Polarisation durch Reflexion 399
26.3.2 Polarisation durch Doppelbrechung 400
26.3.3 Spannungsdoppelbrechung 401
26.3.4 Kerr-Effekt 402
26.3.5 Optische Aktivität 402
26.3.6 Faraday-Effekt 403

27 Lichtstrahlung 404
27.1 Strahlungsphysikalische Größen 404
27.2 Lichttechnische Größen(Fotometrie) 406
27.2.1 Spektraler Hellempfindlichkeitsgrad 406
27.2.2 Lichtstärke 407
27.2.3 Leuchtdichte 409
27.2.4 Lichtstrom 410
27.2.5 Spezifische Lichtausstrahlung 411
27.2.6 Lichtmenge 411
27.2.7 Beleuchtungsstärke 412
27.2.8 Belichtung 413
27.3 Fotometer 414
27.3.1 Messung der Lichtstärke 414
27.3.2 Messung des Gesamtlichtstroms 415
27.3.3 Messung der Beleuchtungsstärke 415


E ELEKTRIK 416

28 Gleichstromkreis 416
28.1 Elektrischer Strom 416
28.1.1 Elektrische Stromstärke 416
28.1.2 Elektrische Ladung 416
28.2 Elektrische Spannung 417
28.2.1 Quellenspannung Uq (Urspannung) 417
28.2.2 Spannungsabfall U 418
28.3 Elektrischer Widerstand 418
28.3.1 Spezifischer elektrischer Widerstand 420
28.3.2 Widerstand und Temperatur 420
28.4 Elektrischer Stromkreis 421
28.5 Stromverzweigung 424
28.6 Schaltung von Widerständen 424
28.6.1 Reihenschaltung 424
28.6.2 Parallelschaltung 425
28.6.3 Spannungsteiler 426
28.6.4 Wheatstone'sche Messbrücke 426
28.7 Messung von Stromstärke und Spannung 427
28.7.1 Strommesser 427
28.7.2 Spannungsmesser 428
28.8 Elektrische Arbeit und Leistung 429
28.8.1 Elektrische Arbeit 429
28.8.2 Elektrische Leistung 430

29 Elektrisches Feld 431
29.1 Elektrische Ladung 431
29.2 Elektrische Feldstärke 432
29.2.1 Elektrisches Potenzial 433
29.2.2 Elektrische Flussdichte 435
29.2.3 Dielektrikum 436
29.2.4 Feldstärke an Kugeloberflächen 437
29.3 Kapazität 438
29.3.1 Kondensator 439
29.3.2 Parallelschaltung von Kondensatoren 442
29.3.3 Reihenschaltung von Kondensatoren 442
29.4 Kraft und Energie im elektrischen Feld 443
29.4.1 Kraftwirkung im Feld 443
29.4.2 Energie des Feldes 444
29.4.3 Energiedichte 445
29.4.4 Auf- und Entladung eines Kondensators 445

30 Magnetisches Feld 448
30.1 Dauermagnetismus (permanenter Magnetismus) 448
30.1.1 Stabmagnet 448
30.1.2 Magnetfeld der Erde 448
30.2 Elektromagnetismus 449
30.2.1 Magnetische Feldstärke 449
30.2.2 Durchflutungsgesetz 451
30.2.3 Magnetische Spannung 452
30.2.4 Magnetische Flussdichte 454
30.2.5 Magnetischer Fluss 455
30.2.6 Stoff im magnetischen Feld 456
30.2.7 Ferromagnetische Stoffe 458
30.3 Elektromagnetische Induktion 461
30.3.1 Induktionsgesetz 461
30.3.2 Induktion im bewegten Leiter 462
30.3.3 Selbstinduktion 463
30.3.4 Schaltung von Induktivitäten 465
30.3.5 Ein- und Ausschalten von Stromkreisen mit Induktivität 465
30.4 Kraft und Energie im magnetischen Feld 466
30.4.1 Kraftwirkungen im Feld 466
30.4.2 Energie des Feldes 472
30.4.3 Energiedichte 473
30.4.4 Elektrische und magnetische Feldgrößen 474

31 Elektrische Maschinen 475
31.1 Generatoren 475
31.1.1 Wechselstromgenerator 475
31.1.2 Gleichstromgenerator 477
31.1.3 Drehstromgenerator 478
31.2 Motoren 479
31.2.1 Wechselstrommotoren 480
31.2.2 Gleichstrommotoren 480
31.2.3 Drehstrommotoren 481

32 Wechselstromkreis 482
32.1 Effektivwerte von Strom und Spannung 482
32.2 Wechselstromwiderstand 483
32.2.1 Induktiver Widerstand 483
32.2.2 Kapazitiver Widerstand 485
32.2.3 Blindwiderstand 486
32.2.4 Scheinwiderstand 487
32.2.5 Phasenverschiebung 488
32.2.6 Resonanz 489
32.3 Wechselstromleistung 490
32.3.1 Wirkleistung 490
32.3.2 Blindleistung 491
32.3.3 Scheinleistung 492
32.4 Transformator 493

33 Elektrische Leitung 495
33.1 Stromleitung durch Festkörper 497
33.1.1 Energiebändermodell 497
33.1.2 Metallische Leiter 498
33.1.3 Thermoelektrizität 499
33.1.4 Halbleiter 501
33.1.5 Eigenleitung 501
33.1.6 n-Leitung 503
33.1.7 p-Leitung 504
33.1.8 pn-Übergang 504
33.1.9 Bipolarer Transistor 506
33.1.10 Unipolarer Transistor 509
33.2 Stromleitung in Flüssigkeiten 510
33.2.1 Elektrolyse 510
33.2.2 Galvanische Elemente 512
33.2.3 Akkumulatoren 512
33.3 Stromleitung in Gasen 514
33.3.1 Unselbstständige Entladung 514
33.3.2 Selbstständige Entladung 515
33.3.3 Glimmentladung 515
33.3.4 Kathodenstrahlen 516
33.3.5 Kanalstrahlen 517
33.3.6 Röntgenstrahlung 517
33.4 Stromleitung im Vakuum 517
33.4.1 Energie und Geschwindigkeit freier Elektronen 517
33.4.2 Elektronenbewegung im elektrischen Querfeld 520
33.4.3 Elektronenemission aus Metallen 521
33.4.4 Elektronenröhren 524

34 Elektrische Schwingungen und Wellen 527
34.1 Elektromagnetische Schwingungen 527
34.1.1 Schwingkreis 527
34.1.2 Ungedämpfte elektromagnetische Schwingung 527
34.1.3 Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Schwingungen 529
34.1.4 Offener Schwingkreis 529
34.1.5 Gedämpfte elektromagnetische Schwingung 530
34.2 Elektromagnetische Wellen 531
34.2.1 Elektromagnetische Welle auf einer Leitung 531
34.2.2 Freie elektromagnetische Wellen 533
34.2.3 Spektrum elektromagnetischer Wellen 535


K ATOM- UND KERNPHYSIK 537

35 Quanten 537
35.1 Energie-Masse-Relation 537
35.2 Photon 538
35.2.1 Masse des Photons 538
35.2.2 Impuls des Photons 538
35.2.3 Compton-Effekt 539
35.3 Materiewellen 541
35.4 Unschärferelation 543

36 Atome 545
36.1 Aufbau und Kennzeichnung 545
36.1.1 Isotope Nuklide 546
36.1.2 Isobare Nuklide 546
36.1.3 Isotone Nuklide 547
36.2 Masse 547
36.2.1 Atommasse 547
36.2.2 Anzahl der Atome 549
36.2.3 Massendefekt 549
36.3 Kernbindungsenergie 550
36.4 Größe 551
36.4.1 Elektronenradius 551
36.4.2 Kernradius 552
36.4.3 Atomradius 552

37 Atomhülle 553
37.1 Bohr'sche Postulate 553
37.1.1 1 Postulat 553
37.1.2 2 Postulat 554
37.2 Wasserstoffatom 554
37.2.1 Bahngeschwindigkeit 554
37.2.2 Umlauffrequenz 555
37.2.3 Bahnradius 556
37.2.4 Energieniveau 557
37.2.5 Frequenzen der Strahlung 559
37.2.6 Wasserstoffspektrum 560
37.3 Quantenzahlen 561
37.3.1 Hauptquantenzahl n 561
37.3.2 Nebenquantenzahl l (Drehimpulsquantenzahl) 561
37.3.3 Magnetische Quantenzahl m 562
37.3.4 Spinquantenzahl s 563
37.3.5 Besetzung der Schalen 564
37.4 Strahlungsemission 565
37.4.1 Termschema 565
37.4.2 Anregung 565
37.4.3 Metastabile Zustände 566
37.4.4 Röntgenstrahlung 567
37.5 Wellenmechanisches Atommodell 568

38 Radioaktivität 570
38.1 Radioaktive Umwandlung (radioaktiver Zerfall) 570
38.1.1 Stabilität des Kerns 570
38.1.2 Alpha-Zerfall 571
38.1.3 Betta-Zerfall 571
38.1.4 Betta+-Zerfall 572
38.1.5 Gamma-Emission 573
38.2 Statistik des Zerfalls 573
38.2.1 Zerfallskonstante 573
38.2.2 Zerfallsgesetz 573
38.2.3 Halbwertszeit 574
38.2.4 Aktivität 574
38.3 Zerfallsreihen 576
38.4 Schwächung der Kernstrahlung 577
38.4.1 Gamma-Strahlung 577
38.4.2 Betta-Strahlung 579
38.4.3 Alpha-Strahlung 580
38.5 Dosimetrie 581
38.5.1 Energiedosis 581
38.5.2 Energiedosisleistung 581
38.5.3 Ionendosis 582
38.5.4 Äquivalentdosis 583
38.6 Strahlenschutz 584
38.7 Strahlennachweis 585

39 Künstliche Kernumwandlungen 586
39.1 Teilchenbeschleuniger 586
39.2 Kernreaktionen 586
39.3 Uranspaltung 587
39.3.1 Kettenreaktion 588
39.3.2 Energiebilanz 589
39.4 Kernfusion 589
39.5 Anwendung radioaktiver Nuklide 590

40 Elementarteilchen 591
40.1 Elementare Teilchen 592
40.1.1 Leptonen 592
40.1.2 Quarks 592
40.2 Zusammengesetzte Elementarteilchen (Hadronen) 593
40.2.1 Mesonen 593
40.2.2 Baryonen 594


R RELATIVISTISCHE MECHANIK 595

41 Relativistische Mechanik 595
41.1 Galilei-Transformation 595
41.1.1 Zeitkoordinaten 596
41.1.2 Ortskoordinaten 596
41.1.3 Geschwindigkeit 596
41.1.4 Beschleunigung 597
41.2 Lorentz-Transformation 597
41.2.1 Ortskoordinaten 598
41.2.2 Zeitkoordinaten 598
41.3 Relativistische Kinematik 598
41.3.1 Zeitdilatation 598
41.3.2 Längenkontraktion 599
41.3.3 Addition von Geschwindigkeiten 600
41.4 Relativistische Dynamik 601
41.4.1 Masse 601
41.4.2 Impuls 602
41.4.3 Kraft 603
41.4.4 Energie 603


F FEHLERRECHNUNG 605

42 Fehlerrechnung bei physikalischen Messungen 605
42.1 Fehlerbegriff 605
42.2 Systematische Fehler 605
42.3 Zufällige Fehler 606
42.3.1 Mittelwert der Messreihe 606
42.3.2 Standardabweichung (mittlerer Fehler) der Einzelmessung 607
42.3.3 Standardabweichung (mittlerer Fehler) des Mittelwertes 608
42.4 Fehlerfortpflanzung 609
42.4.1 Mittelwert des Funktionswertes 609
42.4.2 Mittlerer Fehler des Funktionswertes 610
42.4.3 Größtfehler des Funktionswertes 611
42.4.4 Fehlerschätzung 612
42.5 Darstellung des Endergebnisses 612


T TABELLEN 614

Tabelle 1a Dichte fester Stoffe 614
Tabelle 1b Dichte von Flüssigkeiten 616
Tabelle1c Normdichte gasförmiger Stoffe 616
Tabelle2 Reibungszahlen 617
Tabelle3 Stoßzahl 619
Tabelle 4 Kompressibilität von Flüssigkeiten 619
Tabelle5 Luftdruck in Abhängigkeit von der Höhe 620
Tabelle 6 Dynamische Viskosität und kinematische Viskosität 621
Tabelle 7 Widerstandsbeiwert 622
Tabelle 8 Oberflächenspannung 623
Tabelle 9 Elastizitätsmodul, Schubmodul, Kompressionsmodul 624
Tabelle10 Längenausdehnungskoeffizient fester Stoffe 625
Tabelle11 Volumenausdehnungskoeffizient von Flüssigkeiten 627
Tabelle 12 Volumenausdehnungskoeffizient gasförmiger Stoffe 627
Tabelle 13 Luftdichte in Abhängigkeit von Druck und Temperatur 628
Tabelle 14 Spezielle Gaskonstante 628
Tabelle 15 Dichte des Wassers in Abhängigkeit von der Temperatur 629
Tabelle16 Spezifische Wärmekapazität fester Stoffe 629
Tabelle17 Spezifische Wärmekapazität von Flüssigkeiten 631
Tabelle18 Spezifische Wärmekapazität von Gasen 632
Tabelle19 Spezifischer Heizwert fester Brennstoffe 633
Tabelle20 Spezifischer Heizwert flüssiger Brennstoffe 633
Tabelle21 Spezifischer Heizwert gasförmiger Brennstoffe 633
Tabelle 22 Schmelztemperatur und spezifische Schmelzwärme 634
Tabelle 23 Siedetemperatur und spezifische Verdampfungswärme 637
Tabelle 24 Siedetemperatur des Wassers in Abhängigkeit vom Druck 640
Tabelle 25 Siedetemperatur des Wassers in Abhängigkeit vom Luftdruck 640
Tabelle 26 Sättigungsdruck 641
Tabelle 27 Sättigungsdruck und Sättigungsmenge für Wasserdampf 641
Tabelle 28 Kryoskopische und ebullioskopische Konstante 642
Tabelle 29 Van-der-Waals-Konstanten 642
Tabelle30 Kritische Temperatur und kritischer Druck 643
Tabelle 31 Wärmeleitfähigkeit 644
Tabelle32 Wärmeübergangskoeffizient 646
Tabelle33 Wärmedurchgangskoeffizient 647
Tabelle34 Emissionsgrad 648
Tabelle 35 Schallgeschwindigkeit 650
Tabelle 36 Schalldämmmaß 651
Tabelle 37 Lautstärkepegel 652
Tabelle 38 Lichtgeschwindigkeit 652
Tabelle39 Brechzahl 653
Tabelle40 Grenzwinkel 654
Tabelle 41 Polarisationswinkel 654
Tabelle 42 Wellenlängen wichtiger Spektrallinien 655
Tabelle43 Mittlere Dispersion und Abbe'sche Zahl 655
Tabelle44 Gesamtlichtstrom und Lichtausbeute von Lampen 656
Tabelle45 Spezifischer elektrischer Widerstand 658
Tabelle 46 Temperaturkoeffizient 659
Tabelle 47 Permittivitätszahl 660
Tabelle 48 Permeabilitätszahl 661
Tabelle49 Curie-Temperatur ferromagnetischer Stoffe 663
Tabelle50 Beweglichkeit von Ladungsträgern 664
Tabelle51 Sprungtemperatur bei Supraleitern 665
Tabelle 52 Elektrochemisches Äquivalent 666
Tabelle53 Elektrochemische Spannungsreihe 666
Tabelle 54 Ablösearbeit 667
Tabelle55 Elektronenanordnung bei den Elementen 668
Tabelle56 Chemische Elemente und ihre Isotope 671
Tabelle57 Halbwertszeit und Zerfallsenergieradioaktiver Isotope 686
Tabelle 58 Schwächungskoeffizient für Gamma-Strahlung 688
Tabelle 59 Schwächungskoeffizient für Gamma -StrahlungdesCo-60 689
Tabelle 60 Halbwertsschichtdicke für Gamma -Strahlung 689
Tabelle 61 Maximale Reichweite und Halbwertsschichtdicke für Betta-Strahlung in Aluminium 689
Tabelle 62 Dosisleistungskonstante 690
Tabelle 63 Griechische Buchstaben 690

S SACHWORTVERZEICHNIS 691