Physik ... überall 8


Temperatur und Wärmeenergie

Aufbau und Eigenschaften von Körpern 11
"Körper" physikalisch betrachtet 11
Die Zustandsformen fest, flüssig und gasförmig 12
Versuche und Aufträge 13
Streifzug: Aus alt mach neu! 13
Das Teilchenmodell 14
Die Zustandsformen im Teilchenmodell 15
Versuche und Aufträge 15
Streifzug: Das Atomium 15

Temperatur, Thermometer und Thermische Ausdehnung 16
Wir messen Temperaturen 16
Thermische Ausdehnung bei Flüssigkeiten 17
Die Celsius-Skala 18
Streifzug: Geschichte des Thermometers 19
Streifzug: Ungewöhnliches Verhalten von Wasser 20
Pinnwand: Temperaturen und Thermometer 21
Thermische Ausdehnung bei testen Körpern 22
Pinnwand: Thermische Ausdehnung
fester Körper in Umwelt und Technik 24
Streifzug: Das Bimetall 25
Versuche und Aufträge: Thermische
Ausdehnung 25
Thermische Ausdehnung von Gasen 26

Energie und Wärme 27
Energie - was verstehen wir darunter? 27
Energie wird gemessen 28

Transport von Wärmeenergie 29
Wärmemitführung 29
Wärmeleitung 30
Wärmestrahlung 31
Versuche und Aufträge: Transport von Wärmeenergie 31
Pinnwand: Wärmetransport in Natur und Technik 32
Streifzug/Wärmedämmung und Energiesparen im Haus 34
Die Richtung des Energietransports 35
Prüfe dein Wissen; Temperatur und Wärmeenergie 36


Optik

Licht und Sehen 39
Lichtquellen und Sehvorgang 39
Licht ist unsichtbar! 40
Streifzug: Geschichte der Lampen 40
Streifzug: Lichtquellen am Himmel 41

Lichtausbreitung 42
Wie breitet sich Licht aus? 42
Streifzug: Blick in die Vergangenheit 43
Versuche und Aufträge: Lichtausbreitung 43

Licht und Schatten 44
Streifzug: Schattenfreie Beleuchtung 46
Versuche und Aufträge: Schatten 47
Streifzug: Schatten von Erde und Mond 48

Reflexion 50
Eigenschaften des Spiegelbildes 50
Spiegel täuschen uns 51
Versuche und Aufträge: Spiegelbild 51
Das Reflexionsgesetz 52
Streifzug: Unerwünschte Spiegelungen 53
Versuche und Aufträge: Reflexion 53
Wie entsteht das Spiegelbild? 54
Spiegel für große und kleine Leute 54
Pinnwand: Sehen und Gesehen werden 55
Pinnwand: Spiegel 56

Der Knick im der Optik 58
Licht an der Grenzfläche Luft-Wasser 58
Licht an anderen Grenzflächen 59
Die planparallele Platte 60
Das Prisma 60
Totalreflexion 61
Streitzug: Licht in Luft 61
Streifzug: Licht in Stoffen 62
Versuche und Aufträge: Brechung und Totalreflexion 63

Sammellinsen 64
Licht wird gebündelt 64
Eine Linse aus vielen Prismen 65
Geometrie hilft der Optik 65

Wie Bilder entstehen 66
Die Lochkamera 66
Linsen machen bessere Bilder 67
Streifzug: Bildkonstruktion mithilfe der Geometrie 68
Streifzug: Mathematik und Optik - die Linsenformel 69
Pinnwand: Optische Zauberei 70
Streifzug: Linsenfehler 70
Versuche und Aufträge: Bilder und Bildentstehung 71
Zerstreuungslinsen 72
Streifzug: Bildkonstruktion bei
Zerstreuungslinsen 72
Streifzug: Linsenkombinationen 73

Das Auge 74
Der Bau des Auges 74
Entfernungsanpassung 75
Helligkeitsanpassung 75
Sehfehler und ihre Korrektur 76
Streifzug: Probleme mit dem Kleingedruckten 77

Optische Geräte 78
Der Fotoapparat 78
Projektoren 79
Der Sehwinkel 80
Die Lupe 80
Das Mikroskop 81
Fernrohre 82
Streifzug: Optische Täuschungen 83
Versuche und Aufträge: Auge und Sehvorgang 83

Farben 84
Das Spektrum von weißem Licht 84
Energie der Photonen 85
Licht jenseits des sichtbaren Spektrums 85
Farbaddition 86
Farbsubtraktion 87
Versuche und Aufträge: Farben 87
Streifzug: Wie entsteht ein Regenbogen? 88
Pinnwand: Farben und unsichtbares Licht 89

Prüfe dein Wissen: Optik 90


Magnetismus

Eigenschaften von Magneten 93
Magnetkräfte 93
Magnetpole 93
Versuche und Aufträge: Magnetkräfte und Magnetpole 93
Es gibt nur zwei Pole 94
Magnetisches Kraftgesetz 94
Versuche und Aufträge: Magnetisches Kraftgesetz 95
Pinnwand: Einsatzmöglichkeiten von Magneten 95

Magnetfeld und Feldlinien 96
Streifzug: Das Magnetfeld der Erde 97

Magnetisieren und Entmagnetisieren 98

Prüfe dein Wissen: Magnetismus 99


Der elektrische Stromkreis

Stromkreise 101
Ströme und Kreisströme 102
Versuche und Aufträge: Elemente elektrischer Stromkreise 103
Der elektrische Stromkreis 104
Schalter und Schaltungen 106
Streifzug: Schalter machen Logik 107
Lampen im Stromkreis 108
Versuche und Aufträge: Reihen- und Parallelschaltung 108
Streifzug: Lampen: Wie es anfing - und wie es heute ist 109
Versuche und Aufträge: Komplizierte Schaltungen 110
Streifzug: Schalter 110

Die Wege des elektrischen Stromes 111
Elektrische Leiter und Nichtleiter 111
Versuche und Aufträge: Leitfähigkeit
verschiedener Stoffe 112
Streifzug: Kabel 112
"Halbe" Leitung - ganzer Stromkreis 113
Streifzug: Die Fahrradbeleuchtung 114
Pinnwand: Lampen und mehr 115

Elektrische Ladung 116
Elektrische Kräfte 116
Die elektrische Ladung 117
Ändern der Ladung eines Körpers 118
Streifzug: Der Bandgenerator 119
Versuche und Aufträge: Elektrische Ladung 119
Atombau und Ladung 120
Influenz- eine Bewegung wie durch Geisterhand 121
Das elektrische Feld 122
Streifzug: Blitz und Blitzschutz 123

Stromwirkungen 124
Elektrischer Strom erzeugt Wärme 124
Sicherungen und Schalter 125
Elektrischer Strom erzeugt Licht 126
Energiewandler 126
Streifzug: Wärme- und Lichtwirkung 127
Der Elektromagnet 128
Versuche und Aufträge 129
Anwendungen von Elektromagneten 1 30
Chemische Stromwirkung 132
Streifzug: Rostschutz und Silberlöffel 133

Vorsicht - Spannung 134
Nennspannung von Geräten und Quellen 134
Gefahren durch elektrischen Strom 135
Streifzug: Energie aus Batterien 135
Schutzmaßnahmen 137
Der Erdschluss 138
Schutzerdung 138

Prüfe dein Wissen: Der elektrische Stromkreis 140


Kräfte und Energie

Geschwindigkeit 143
Bewegungen - schnelle und langsame 143
Die Geschwindigkeit bei der gleichförmigen Bewegung 144
Die Geschwindigkeit bei ungleichförmigen
Bewegungen 145
Streifzug: Eisschnelllauf- Rechnen mit Formeln 145
Versuche und Aufträge: Geschwindigkeit 146
Pinnwand: Geschwindigkeiten und
ihre Messung 146

Kraftwirkungen 147
Bewegungsänderungen 147
Formänderungen 148
Streifzug: Federn überall 148
Kraft braucht Partnerschaft 149

Kraftmessung 150
Wie groß ist eine Kraft? 150
Kraft hat eine Richtung 151
Kraftdarstellung durch Pfeile 151
Streifzug: Ein physikalisches Gesetz - von der Beobachtung zur Formel 152
Streifzug: Wie verformbar ist ein Mensch? 154
Versuche und Aufträge: Kraftwirkungen und Kraftmessung 154
Pinnwand: Kräfte bei Pflanzen 155

Reibung 156
Die Größe der Reibungskraft 157
Versuche und Aufträge: Reibung 157
Pinnwand: Reibung 158

Die Gewichtskraft 160
Körper werden von der Erde angezogen 160
Die Richtung der Gewichtskraft 161
Streitzug: Schwerelosigkeit 161

Zusammensetzen und Zerlegen von Kräften 162
Zwei Kräfte - eine Wirkung 162
Versuche und Aufträge 163
Eine Kraft - mehrere Komponenten 164
Streifzug: Segeln gegen den Wind 165
und wenn keine Kräfte wirken? 166
Streifzug: Verkehrssicherheit 167

Die Masse 168
Körper sind schwer 168
Körper sind träge 168
Wir bestimmen Massen 169
Streifzug: Das Urkilogramm 169
Masse und Gewichtskraft 170
Versuche und Aufträge: Masse und Gewichtskraft 171
Streifzug: Wie genau nehmen wir es mit Zahlen? 171
Streifzug: Alle Körper ziehen einander an 172
Pinnwand: Wägen gestern und heute 173

Die Dichte 174
Wir betrachten Masse und Volumen 174
Dichte als Stoffeigenschaft 174
Streifzug: Dichten im Universum 175
Volumenbestimmung unregelmäßiger Körper 176
Pinnwand: Dichte und ihre Folgen 177
Versuche und Aufträge: Dichte und
Volumenbestimmung 177

Hebel 173
Was ist ein Hebel? 178
Kräfte am Hebel 179
Streifzug: Das Hebelgesetz experimentell 180
Pinnwand: Überall Hebel 181
Streifzug: Sportliche Hebeleien 182

Seilmaschinen 183
Seile und Rollen helfen Lasten heben 183
Der Flaschenzug 184
Die goldene Regel der Mechanik 185
Streifzug: Seilmaschinen früher und heute 185

Mechanische Energie 186
Bewegungsenergie 186
Lageenergie 186
Spannenergie 187
Energieumwandlung 187
Energie wird gemessen 188
Streifzug: Energie auf der Straße 189

Ewige Energie? 190
Das "Energiekonto" 190
Versuche und Aufträge: Energie und
Energieumwandlung 190
Reibung 191
Verwandlungskünstlerin Energie 192
Streifzug: Und es bewegt sich ewig? 193

Mechanische Leistung 194
Streifzug: Was leistet ein Mensch? 195
Prüfe dein Wissen: Kräfte und Energie 196


Akustik

Schall 199
Von der Quelle zum Empfänger 199
Schallentstehung 200
Schwingungen 200
Versuche und Aufträge: Schwingungen 201
Töne sichtbar gemacht 202
Versuche und Aufträge: Schallquellen
im Eigenbau 203
Streifzug: Die menschliche Stimme 203
Streifzug: Schwingungen mathematisch betrachtet 204
Erzwungene Schwingungen 205

Schall unterwegs 206
Schallträger 206
Versuche und Aufträge: Schallausbreitung 206
Schall wird umgelenkt 207
Schallausbreitung im Teilchenmodell 207

Schallgeschwindigkeit 208
Streifzug: Schallgeschwindigkeit 209

Schallempfänger 210
Hörbereich 210
Laut und leise 211
Streifzug: Eine Schnecke kommt ins Schwingen 211
Pinnwand: Jenseits unserer Hörgrenzen 212
Streifzug: Lärm 213
Pinnwand: Akustik 214

Prüfe dein Wissen: Akustik 215


Druck

Kolbendruck 217
Druck in Flüssigkeiten 217
Druck, Kraft und Fläche 218
Streifzug: Druck in der Medizin 219
Hydraulische Anlagen 220
Pinnwand: Hydraulische Anlagen 221
Druck in Gasen 222
Versuche und Aufträge: Kolbendruck 223

Schweredruck in Flüssigkeiten 224
Entstehung des Schweredruckes 224
Versuche und Aufträge 225
Druck und Gefäßform 226
Verbundene Gefäße 227
Streifzug: Staudämme 228
Versuche und Aufträge: Schweredruck 228
Streifzug: Trinkwasserversorgung 229

Schweredruck in Luft 230
Der Luftdruck und seine Messung 230
Versuche und Aufträge: Luftdruck 231
Streifzug: Atmen und Tauchen 232

Auftrieb in Flüssigkeiten und Gasen 233
Die Auftriebskraft in Flüssigkeiten 233
Auftrieb in Gasen 234
Streifzug: Methoden der Erkenntnisgewinnung 234
Schwimmen oder sinken? 235
Pinnwand: Auftrieb in Natur und Technik 236

Prüfe dein Wissen: Druck 237


OHMS Gesetz und elektrische Energie

Wiederholung 239

Die elektrische Stromstärke 240
Strömen wirklich Elektronen im Kreis? 240
Wie viele Elektronen strömen? 241
Messung der Stromstärke 242
Das Drehspulmessgerät 244
Elektronische Stromstärkemessung 244
Umgang mit dem Strommessgerät 245
Versuche und Aufträge: Messung der Stromstärke 245
Streifzug: Homo electrificatus 246
Pinnwand 247

Die elektrische Spannung 248
Die Einheit der Spannung 248
Elektrische Quellen im Verbund 249
Energiewandler 250
Streifzug: Von der Voltasäule zur Brennstoffzelle 251

Spannung und Stromstärke 252
Kennlinien verschiedener Geräte 252
Das Ohm'sche Gesetz 254
Der elektrische Widerstand 255
Elektrischer Widerstand und Temperatur des Leiters 256
Streifzug: Supraleitung 257
Streifzug: Wovon hängt der Widerstand von Drähten ab? 258
Pinnwand: Der menschliche Körper - ein elektrischer Leiter 259

Elektrische Energie und Leistung 260
Eine Formel für die elektrische Energie 261
Ladung, Spannung und Energie 262
Elektrische Leistung 263
Versuche und Aufträge 263
Streifzug: "Stromrechnung" 264
Streifzug: Energiesparen zuhause 265

Kirchhoffsche Gesetze 266
Stromstärke, Spannung und Widerstand in Parallelschaltungen 266
und in Reihenschaltungen 267
Streifzug: Spannungsteiler machen Spannungen einstellbar 269
Streifzug: Leistung am falschen Ort 269

Elektrische Leitungsvorgänge 270
Leitung im Vakuum 270
Streifzug: Braun'sche Röhre 271
Leitung in Gasen 272
Leitung in Nichtmetallen 273

Halbleiterbauelemente 274
Die Diode - ein elektrisches Ventil 274
Aus Wechselstrom wird Gleichstrom 275
Das Innere der Diode 276
Streifzug: Die Solarzelle 277
Der Transistor 278
Versuche und Aufträge: Elektronische Schaltungen 280

Prüfe dein Wissen: OHMS Gesetz und elektrische Energie 282


Erzeugung and Verteilung elektrischer Energie

Wiederholung 285

Der Elektromotor 286
Der rotierende Elektromagnet 286
Der Gleichstrommotor 287
Streifzug: Besondere Anker 287
Der Motor - ein Energiewandler 288
Versuche und Aufträge: Elektromotor 288
Streifzug: Der Schrittmotor - ein wichtiges
Bauelement moderner elektronischer Geräte 289

Elektromagnetische Induktion 290
Erzeugung elektrischer Energie 290
Unter welchen Bedingungen entsteht eine Induktionsspannung? 291
Induktionsspannung und Magnetfeld 292
Streifzug: MICHAEL FARADAY - ein genialer Experimentator 293
Wechselspannung 294
Wechselstromgenerator 295
Effektivwerte im Wechselstromkreis 296
Versuche und Aufträge: Induktion 297
Transformator 298
Pinnwand: Besondere Trafos 299
Übertragung elektrischer Energie 300
Energiebedarf und seine Deckung 302
Eine Ursache - zwei Wirkungen 304
Streifzug: Ohne Induktion kein Hören
von Musik! 305
Pinnwand: Induktion - vielfältig nutzbar 306

Prüfe dein Wissen: Erzeugung und Verteilung elektrischer Energie 308


Innere Energie - Wärmeenergie

Wiederholung 311

Temperatur und innere Energie 312
Energieumwandlungen 312
Innere Energie 313
Veränderung der inneren Energie 314
Streifzug: Beim Rühren wird's warm 315
Versuche und Aufträge: Energieumwandlungen und innere Energie 315
Innere Energie und Teilchenbewegung 316

Zustandsänderungen 318
Schmelzen und Sieden 318
Kondensieren und Erstarren 319
Gefahren beim Umgang mit Wasserdampf 320
Zustandsänderungen im Teilchenbild 320
Verdunsten und Sublimieren 321
Versuche und Aufträge: Zustandsänderungen 322
Streifzug: Schwitzen ist gesund 322
Streifzug: Hagel, Schnee und Raureif 323

Siedetemperatur und Druck 324
Streifzug: Wasser unter Druck 325
Der Kühlschrank - eine Wärmepumpe 326

Energiezufuhr und Temperaturänderung 328
Energiezufuhr und Temperaturänderung 328
Energiezufuhr und Masse 328
Energiezufuhr und Stoff 330
Ole Energie-Temperatur-Gleichung 331
Pinnwand: Wasser transportiert Energie 332
Versuche und Aufträge 333
Streifzug: Ein rührender Versuch 333

Wärme-Kraft-Maschinen 334
Der Heißluftmotor 334
Energiebilanz und Wirkungsgrad 335
Verbrennungsmotoren 336
Das Wärmekraftwerk 338
Blockheizkraftwerk (BHKW) 340
Wärme-Kraft-Maschinen im Vergleich 341

Energieentwertung 342
Energieumwandlungen 342
Einbahnstraße Energieentwertung 343
Prozesswärme - Abwärme 344
Streitzug: Das Wärme-Kraftwerk - ein riesiger Energieentwerter 344

Wärmeenergie und gesellschaftlicher Wandel 346
Wärme-Kraft-Maschinen - Entwicklung und Folgen 346

Prüfe dein Wissen: Innere Energie - Wärmeenergie 348


Radioaktivität und Kernenergie

Wiederholung 351

Aufbau der Atomkerne 352

Radioaktivität 354
Nachweis von Radioaktivität 354
Zählrate und Nulleffekt 355
Woraus besteht ionisierende Strahlung? 356
Streifzug: Aus a wird Helium 358
Streifzug: Umgebungsstrahlung 359
Zerfallskurve und Halbwertszeit 360
Feste Körper und doch nicht stabil 361
Streifzug: Wie alt ist Ötzi? 362
Versuche und Aufträge: Radioaktivität 363
Streifzug: MARIE CURIE 363

Strahlenwirkungen und Strahlenschutz 364
Wirkungen von Strahlung 364
Schäden durch ionisierende Strahlung 365
Die Strahlenbelastung 366
Strahlenschutz 367
Pinnwand: Medizinische Anwendung von Strahlung 368
Pinnwand: Technische Anwendung von Strahlung 369

Wie funktionieren Kernkraftwerke? 370
Aufbau und Arbeitsweise eines Druckwasserreaktors 370
Die Kernspaltung 371
Im Reaktordruckgefäß 372
Der Brennstoffkreislauf 374
Historische Entwicklung der Atom- und Kernphysik 376
Streifzug: Kernfusion 378

Prüfe dein Wissen: Radioaktivität und Kernenergie 379


Energie und Umwelt

Wiederholung 380

Energiequellen und Energienutzung 382
Primärenergie - Sekundärenergie - Endenergie - Abwärme 382
Energienutzung beim End"verbraucher" 383
Energiebedarf einer Familie 384
Wärmeenergienutzung und die Folgen 385
Sekundärenergie Strom 386
Regenerative Energien 388

Kraftwerke im Vergleich 390
Vergleich von Kohlekraftwerken und Kernkraftwerken 390
Alle Kraftwerkstypen im Vergleich 392

Energienutzung und Klima - weltweit 394
Streifzug: Die Erde - ein riesiges Treibhaus 395
Streifzug: Alle Energie kommt von der Sonne 396

Stichworte 398