Physik Griffbereit: Definitionen -- Gesetze -- Theorien

ISBN-13: 9783322900005 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 892 str.

Boris M. Jaworski; Andrej A. Detlaf; Ferdinand Cap

Spis treści

I. Die physikalischen Grundlagen der klassischen Mechanik.- 1. Die Kinematik des Massenpunktes und des starren Körpers.- 1.1. Die Grundbegriffe.- 1.2. Die Geschwindigkeit.- 1.3. Die Beschleunigung.- 1.4. Translations- und Rotationsbewegung eines starren Körpers.- 1.5. Absolutbewegung, Relativbewegung und Führungsbewegung.- 1.6. Einige Fälle zusammengesetzter Bewegungen eines starren Körpers.- 2. Die Dynamik der Translationsbewegung.- 2.1. Das erste Newtonsche Gesetz.- 2.2. Die Kraft.- 2.3. Die Masse.- 2.4. Das zweite Newtonsche Gesetz.- 2.5. Das dritte Newtonsche Gesetz.- 2.6. Das Grundgesetz der Dynamik der Translationsbewegung.- 2.7. Das Gesetz von der Erhaltung des Impulses.- 2.8. Die Bewegung eines Körpers mit veränderlicher Masse.- 2.9. Das Relativitätsprinzip der Mechanik.- 2.10. Das Gesetz der universellen Gravitation.- 2.11. Das Gravitationsfeld.- 2.12. Die äußere Reibung.- 2.13. Die Bewegung in Bezugssystemen, die keine Inertialsysteme sind.- 3. Arbeit und mechanische Energie.- 3.1. Die Energie.- 3.2. Die Arbeit.- 3.3. Die Leistung.- 3.4. Das Potential.- 3.5. Die mechanische Energie.- 3.6. Das Gesetz von der Erhaltung der mechanischen Energie.- 3.7. Der Stoß.- 4. Die Dynamik der Rotationsbewegung.- 4.1. Das Kraftmoment.- 4.2. Das Trägheitsmoment.- 4.3. Der Drehimpuls.- 4.4. Das Grundgesetz der Dynamik der Rotationsbewegung.- 4.5. Das Gesetz von der Erhaltung des Drehimpulses.- 4.6. Die Bewegung unter dem Einfluß von Zentralkräften.- 4.7. Der Kreisel.- 5. Die Grundlagen der analytischen Mechanik.- 5.1. Grundbegriffe und Definitionen.- 5.2. Die Lagrange-Gleichung zweiter Art.- 5.3. Die Hamilton-Funktion. Die kanonischen Gleichungen.- 5.4. Die Grundbegriffe der Variationsprinzipien der Mechanik.- 5.5. Kanonische Transformationen.- 5.6. Die Erhaltungsgesetze.- 6. Mechanische Schwingungen.- 6.1. Die Grundbegriffe.- 6.2. Kleine Schwingungen eines Systems mit einem Freiheitsgrad.- 6.3. Kleine Schwingungen eines Systems mit mehreren Freiheitsgraden.- 6.4. Nichtlineare Schwingungen eines Systems mit einem Freiheitsgrad.- II. Die Grundlagen der Thermodynamik und der Molekularphysik.- 1. Die Grundbegriffe.- 2. Die Gesetze des idealen Gases.- 2.1. Ideale Gase.- 2.2. Ein Gemisch idealer Gase.- 3. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik.- 3.1. Innere Energie und Enthalpie.- 3.2. Arbeit und Wärme.- 3.3. Die Wärmekapazität.- 3.4. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik.- 3.5. Die einfachsten thermodynamischen Prozesse mit idealen Gasen.- 4. Der zweite und dritte Hauptsatz der Thermodynamik.- 4.1. Reversible und irreversible Prozesse.- 4.2. Kreisprozesse. Der Carnotsche Kreisprozeß.- 4.3. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik.- 4.4. Die Entropie.- 4.5. Die wichtigsten Relationen der Thermodynamik.- 4.6. Charakteristische Funktionen und thermodynamische Potentiale.- 4.7. Die grundlegenden Differentialgleichungen der Thermodynamik (für ein einphasiges, einkomponentiges System im Gleichgewicht, auf das keine anderen Kräfte als die des allseitigen gleichförmigen Außendruckes wirken).- 4.8. Das s, T-Diagramm.- 4.9. Mehrkomponentige und mehrphasige Systeme. Die thermodynamischen Gleichgewichtsbedingungen.- 4.10. Das chemische Gleichgewicht.- 4.11. Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik.- 5. Die kinetische Theorie der Gase.- 5.1. Die Grundgleichung der kinetischen Gastheorie.- 5.2. Die Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung.- 5.3. Die mittlere freie Weglänge der Moleküle.- 5.4. Transporterscheinungen in Gasen.- 5.5. Die Eigenschaften verdünnter Gase.- 6. Die Elemente der statistischen Physik.- 6.1. Einleitung.- 6.2. Die Zustandswahrscheinlichkeit. Die Mittelwerte physikalischer Größen.- 6.3. Die Gibbssche Verteilung.- 6.4. Der Gleichverteilungssatz.- 6.5. Die Maxwell-Boltzmann-Verteilung.- 6.6. Die Quantenstatistik.- 6.7. Die Bose-Einstein- und die Fermi-Dirac-Quantenstatistik.- 6.8. Die Entartung von Gasen, die der Quantenstatistik unterworfen sind.- 6.9. Die spezifischen Wärmen ein- und zweiatomiger Gase.- 6.10. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik in der Statistik.- 6.11. Die Schwankungen.- 6.12. Der Einfluß von Schwankungen auf die Genauigkeit von Meßgeräten.- 6.13. Elektrische Schwankungen in Radioapparaten.- 6.14. Die Brownsche Bewegung.- 7. Reale Gase und Dämpfe.- 7.1. Die Zustandsgieichung realer Gase.- 7.2. Die intermolekularen Wechselwirkungskräfte in Gasen.- 7.3. Gedrosselte Entspannung eines Gases. Der Joule-Thomson-Effekt.- 7.4. Isothermen eines realen Gases. Dämpfe. Der kritische Zustand.- 7.5. Die Verflüssigung von Gasen.- 8. Flüssigkeiten.- 8.1. Die allgemeinen Eigenschaften von Flüssigkeiten und ihre Struktur.- 8.2. Die Eigenschaften der Oberflächenschicht einer Flüssigkeit.- 8.3. Benetzung. Kapillareffekte.- 8.4. Verdunsten und Sieden einer Flüssigkeit.- 8.5. Die Eigenschaften verdünnter Lösungen.- 8.6. Die Suprafluidität von Helium.- 9. Kristalline Festkörper.- 9.1. Die allgemeinen Eigenschaften und die Struktur von Festkörpern.- 9.2. Die Wärmeausdehnung fester Körper.- 9.3. Die Wärmeleitfähigkeit fester Körper.- 9.4. Die Wärmekapazität fester Körper.- 9.5. Phasenumwandlungen fester Körper.- 9.6. Adsorption.- 9.7. Die elastischen Eigenschaften von Festkörpern.- 10. Amorphe Stoffe.- 10.1. Allgemeine Eigenschaften und Struktur der amorphen Stoffe.- 10.2. Visko-Elastizität amorpher Stoffe.- 11. Polymere.- 11.1. Allgemeine Eigenschaften und Struktur der Polymere.- 11.2. Konfigurationsstatistik der Polymerketten.- 11.3. Verdünnte Lösungen von Polymeren.- 11.4. Der kristalline Zustand von Polymeren.- 11.5. Die mechanischen Eigenschaften der Polymere.- III. Die Grundlagen der Hydro- und Aeromechanik.- 1. Hydro-und Aerostatik.- 1.1. Einleitung.- 1.2. Hydro-und Aerostatik.- 2. Hydro- und Aerodynamik.- 2.1. Die Grundbegriffe.- 2.2. Die Kontinuitätsgleichung.- 2.3. Die Bewegungsgleichung einer Flüssigkeit.- 2.4. Die Energiegleichung.- 2.5. Elemente der Dimensionstheorie und der Ähnlichkeitsgesetze.- 2.6. Die Bewegung von Körpern in Flüssigkeiten. Die Grenzschicht.- 2.7. Flüssigkeitsströmung in Röhren.- IV. Elektrizität und Magnetismus.- 1. Elektrostatik.- 1.1. Die Grundbegriffe. Das Coulombsche Gesetz.- 1.2. Das elektrische Feld. Die Feldstärke.- 1.3. Die elektrische Verschiebung. Das Gausssche Theorem.- 1.4. Das Potential des elektrostatischen Feldes.- 1.5. Leiter in einem elektrostatischen Feld.- 1.6. Die Kapazität.- 1.7. Dielektrika im elektrischen Feld.- 1.8. Ferroelektrika. Der piezoelektrische Effekt.- 1.9. Die Energie eines geladenen Leiters; die Energie des elektrischen Feldes.- 2. Der Gleichstrom in Metallen.- 2.1. Grundbegriffe und Definitionen.- 2.2. Die Elektronentheorie der Leitfähigkeit.- 2.3. Die Gleichstromgesetze.- 2.4. Die Kirchhoffschen Regeln.- 3. Elektrische Ströme in Flüssigkeiten und Gasen.- 3.1. Die Leitfähigkeit von Flüssigkeiten. Die elektrolytische Dissoziation.- 3.2. Die Gesetze der Elektrolyse.- 3.3. Die atomare Natur der Elektrizität.- 3.4. Das Ohmsche Gesetz für den Strom in Flüssigkeiten.- 3.5. Die elektrische Leitfähigkeit von Gasen.- 3.6. Die unselbständige Gasentladung.- 3.7. Die selbständige Gasentladung.- 3.8. Das Plasma. Grundbegriffe.- 4. Elektrischer Strom in Halbleitern.- 4.1. Die Eigenleitfähigkeit von Halbleitern.- 4.2. Die Fremdleitfähigkeit von Halbleitern.- 4.3. Der Hall-Effekt in Metallen und Halbleitern.- 5. Berührungselektrizität, thermoelektrische Erscheinungen und Emissionsvorgänge.- 5.1. Berührungsspannung bei Metallen. Gesetze von Volta.- 5.2. Berührungserscheinungen in Halbleitern.- 5.3. Thermoelektrische Erscheinungen in Metallen und Halbleitern.- 5.4. Emissionsvorgänge bei Metallen.- 6. Das Magnetfeld von Gleichströmen.- 6.1. Das Magnetfeld. Das Ampèresche Gesetz.- 6.2. Das Biot-Savartsche Gesetz.- 6.3. Einfache Magnetfelder von Strömen.- 6.4. Die Wirkung des Magnetfeldes auf stromführende Leiter. Wechselwirkung zwischen Leitern.- 6.5. Der Satz vom Gesamtstrom. Magnetische Stromkreise.- 6.6. Die Arbeit bei der Verschiebung eines stromführenden Leiters in einem Magnetfeld.- 7. Die Bewegung geladener Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern.- 7.1. Die Lorentz-Kraft.- 7.2. Die spezifische Ladung von Teilchen. Der Massenspektrograph.- 7.3. Beschleuniger für geladene Teilchen.- 7.4. Die Grundbegriffe der Elektronenoptik.- 8. Die elektromagnetische Induktion.- 8.1. Grundgesetz der elektromagnetischen-Induktion.- 8.2. Induzierte Wirbelströme.- 8.3. Die Selbstinduktion.- 8.4. Die Gegeninduktion. Der Transformator.- 8.5. Die Energie des Magnetfeldes elektrischer Ströme.- 9. Magnetische Eigenschaften der Materie.- 9.1. Das magnetische Moment von Elektronen und Atomen.- 9.2. Einteilung der magnetischen Stoffe.- 9.3. Diamagnetismus.- 9.4. Paramagnetismus.- 9.5. Magnetfelder in magnetischen Stoffen.- 9.6. Ferromagnetismus.- 9.7. Supraleitfähigkeit.- 10. Elektromagnetische Schwingungen.- 10.1. Schwingungskreise.- 10.2. Erzwungene elektromagnetische Schwingungen.- 10.3. Elektronenröhre und Halbleiter, Gleichrichter und Verstärker.- 11. Die Grundlagen der Elektrodynamik ruhender Medien.- 11.1. Allgemeine Beschreibung der Maxwellschen Theorie.- 11.2. Die erste Maxwellsche Gleichung.- 11.3. Der Verschiebungsstrom. Die zweite Maxwellsche Gleichung.- 11.4. Das vollständige System der Maxwellschen Gleichungen für elektromagnetische Felder.- 11.5. Lösung der Maxwellschen Gleichungen mit der Methode der retardierten Potentiale (bei ?, µ = const).- 11.6. Erhaltungssätze für elektromagnetische Felder.- 11.7. Grundlagen der Elektronentheorie. Die Lorentz-Gleichungen.- 11.8. Die Gleichungen für die Mittelwerte der Mikrofeldgrößen.- 12. Grundlagen der Magnetohydrodynamik.- 12.1. Die Gleichungen der Magnetohydrodynamik.- 12.2. Magnetohydrodynamische Wellen.- 12.3. Diskontinuitätsfläche und Stoßwellen.- 13. Grundlagen der speziellen Relativitätstheorie.- 13.1. Das Einsteinsche Relativitätsprinzip.- 13.2. Intervalle.- 13.3. Die Lorentz-Transformation und ihre Folgerungen.- 13.4. Die Transformation der Geschwindigkeit.- 13.5. Geschwindigkeiten und Beschleunigungen im vierdimensionalen Raum.- 13.6. Relativistische Mechanik.- 13.7. Die Lorentz-Transformation für elektromagnetische Felder.- 13.8. Wawilow-?erenkov-Strahlung.- 13.9. Der Doppler-Effekt in der Optik.- V. Wellen.- 1. Die Grundlagen der Akustik.- 1.1. Einleitung.- 1.2. Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen (Schallgeschwindigkeit).- 1.3. Die Wellengleichung.- 1.4. Sinusförmige Longitudinalwellen.- 1.5 Die Energie akustischer Wellen.- 1.6. Reflexion und Brechung akustischer Wellen (ohne Beugungseffekte).- 1.7. Stehende Wellen.- 1.8. Der Doppler-Effekt.- 1.9. Absorption und Streuung von Schallwellen.- 1.10. Die Grundlagen der physiologischen Akustik.- 1.11. Ultraschall.- 1.12. Stoßwellen in Gasen.- 2. Elektromagnetische Wellen.- 2.1. Allgemeine Eigenschaften.- 2.2. Ausstrahlung elektromagnetischer Wellen.- 2.3. Funkverkehr, Fernsehen, Funkortung und Radioastronomie.- 3. Durchgang des Lichtes durch die Grenzfläche zweier Medien.- 3.1. Wechselwirkung elektromagnetischer Wellen mit der Materie.- 3.2. Reflexion und Brechung des Lichtes in dielektrischen Medien.- 3.3. Die Polarisation des Lichtes bei der Reflexion und bei der Brechung.- 3.4. Die Grundlagen der Metalloptik.- 4. Interferenz des Lichtes.- 4.1. Kohärente Wellen.- 4.2. Die optische Weglänge.- 4.3. Interferenz an dünnen Schichten.- 5. Beugung des Lichtes.- 5.1. Das Prinzip von Huyghens-Fresnel.- 5.2. Graphische Bestimmung der Amplituden der Sekundärwellen.- 5.3. Die Fresnelsche Beugung.- 5.4. Fraunhofersche Beugung.- 5.5. Beugungserscheinungen bei mehrdimensionalen Strukturen.- 5.6. Die Beugung von Radiowellen.- 6. Geometrische Optik.- 6.1. Grundlagen.- 6.2. Der ebene Spiegel. Die planparallele Platte. Das Prisma.- 6.3. Brechung und Reflexion an sphärischen Oberflächen.- 6.4. Dünne Linsen.- 6.5. Zentrierte optische Systeme.- 6.6. Optische Instrumente.- 6.7. Abbildungsfehler optischer Systeme.- 6.8. Das Auflösungsvermögen optischer Instrumente.- 6.9. Grundlagen der Photometrie.- 7. Die Polarisation des Lichtes.- 7.1. Methoden zur Polarisierung des Lichtes.- 7.2. Die Elemente der Kristalloptik.- 7.3. Die Doppelbrechung.- 7.4. Künstliche Doppelbrechung.- 7.5. Polarisationsanalyse des Lichtes. Elliptisch und zirkulär polarisiertes Licht.- 7.6. Interferenz polarisierten Lichtes.- 7.7. Drehung der Polarisationsebene.- 8. Molekularoptik.- 8.1. Die Dispersion des Lichtes.- 8.2. Spektralanalyse.- 8.3. Die Absorption des Lichtes.- 8.4. Die Streuung des Lichtes.- 9. Wärmestrahlung.- 9.1. Wärmestrahlung.- 9.2. Die Strahlungsgesetze für einen absolut schwarzen Körper.- 9.3. Grundlagen der optischen Pyrometrie.- 10. Die Wirkung des Lichtes auf die Materie.- 10.1. Der photoelektrische Effekt.- 10.2. Der Compton-Effekt.- 10.3. Der Lichtdruck.- 10.4. Der chemische Einfluß des Lichtes.- 11. Lumineszenz.- 11.1. Einteilung der Lumineszenzerscheinungen und ihr Verlauf.- 11.2. Die Gesetze der Lumineszenz.- VI. Atomphysik und Kernphysik.- 1. Grundlagen der nichtrelativistischen Quantenmechanik.- 1.1. Die Wellennatur der Materieteilchen. Die Wellenfunktion.- 1.2. Die Schrödinger-Gleichung.- 1.3. Die Heisenbergsche Unschärferelation.- 1.4. Elementare Probleme der Quantenmechanik.- 1.5. Quantenübergänge.- 2. Das Atom.- 2.1. Atome und Ionen mit einem Valenzelektron.- 2.2. Mehrelektronenatome.- 2.3. Das Vektormodell des Atoms.- 2.4. Der Zeeman-Effekt und die Elektronenresonanz.- 2.5. Der Stark-Effekt bei wasserstoffähnlichen Atomen.- 2.6. Das Pauli-Prinzip. Das Periodensystem der Elemente.- 2.7. Röntgenstrahlen.- 3. Das Molekül.- 3.1. Heteropolare Moleküle.- 3.2. Homöopolare Moleküle.- 3.3. Elektronenspektren der Moleküle.- 3.4. Schwingungsspektren der Moleküle.- 3.5. Rotationsspektren der Moleküle.- 3.6. Elektronen-Schwingungsspektren der Moleküle.- 3.7. Rotations-Schwingungsspektren der Moleküle.- 3.8. Raman-Spektren der Moleküle.- 3.9. Kontinuierliche und diffuse Molekülspektren.- 3.10. Molekülspektroskopie.- 3.11. Die Ionisation der Atome und Moleküle.- 4. Der Atomkern.- 4.1. Zusammensetzung und Dimensionen der Atomkerne.- 4.2. Bindungsenergie der Kerne. Kernkräfte.- 4.3. Magnetische und elektrische Eigenschaften der Kerne.- 4.4. Kernmodelle.- 4.5. Radioaktivität.- 4.6. Alphazerfall.- 4.7. Betazerfall.- 4.8. Gammastrahlung.- 4.9. Durchgang von geladenen Teilchen und Gammaquanten durch Materie.- 4.10. Methoden der Beobachtung und Registrierung ionisierender Teilchen und Quanten.- 5. Kernreaktionen.- 5.1. Grundbegriffe.- 5.2. Allgemeine Klassifikation der Kernreaktionen.- 5.3. Die physikalischen Grundlagen der Kernenergietechnik.- 6. Elementarteilchen.- 6.1. Grundsätzliches über Elementarteilchen.- 6.2. Grundsätzliches über Symmetrien bei starken Wechselwirkungen.- 6.3. Teilchen und Felder.- 6.4. Kosmische Strahlen.- 1. Maßeinheiten und Dimensionen physikalischer Größen in verschiedenen Maßsystemen.- 1.1. Die Maßeinheiten mechanischer Größen.- 1.2. Die Maßeinheiten der Wärmegrößen.- 1.3. Die Maßeinheiten elektrischer und magnetischer Größen.- 1.4. Maßeinheiten für den Schalldruck.- 1.5. Maßeinheiten für photometrische Größen.- 1.6. Einige Maßeinheiten in der Atom- und Kernphysik.- 2. Universelle physikalische Konstanten.

O autorze

Ferdinand Cap zählt zu den bedeutenden theoretischen Physikern der Gegenwart. Er lehrte an den Universitäten Wien, New York und Innsbruck und hatte Gastprofessuren an zahlreichen Universitäten in Europa, Afrika, Asien und den USA inne. Zahlreiche Vorträge und Publikationen auf den Gebieten der Relativitätstheorie, Nuklearphysik, Plasmaphysik und der angewandten Physik. In Diskussionen mit Theologen hat er sich seit vielen Jahren mit dem Verhältnis zwischen Naturwissenschaft und Religion intensiv auseinandergesetzt.