Grundzüge Der Physik: Für Naturwissenschaftler Und Ingenieure

ISBN-13: 9783528066352 / Niemiecki / Miękka / 1995 / 417 str.

Reinhard Strehlow

Opis

Das Buch wendet sich an alle Studenten der Natur- und Ingenieurwissenschaften, die sich im Rahmen des Grundstudiums die Gedankenwelt der Physik erschliessen wollen. Es behandelt die klassischen Gebiete Mechanik, Thermodynamik, Elektromagnetismus, Schwingungen und Wellen und Optik, macht den Leser aber auch mit modernen Gebieten wie Atom- und Festkorperphysik in gebuhrender Weise vertraut. In diesem Zusammenhang kommen auch grundlegende Konzepte der Quantenmechanik und der Relativitatstheorie zur Sprache. Dennoch bleibt das Buch in Umfang und Inhalt uberschaubar und eignet sich durch die Art der Darstellung gleichermassen zum Gebrauch neben der Vorlesung wie auch zum Selbststudium. Eine Vielzahl von Ubungsaufgaben mit ausfuhrlicher Diskussion der Losungen sollen den Lernenden dabei unterstutzen."

Spis treści

1 Einleitung.- 1.1 Was ist Physik?.- 1.2 Wie arbeitet die Physik?.- 1.3 Über Messen, Maßeinheiten und Meßfehler.- 1.4 Physikalische Modelle.- 2 Mechanik.- 2.1 Mechanik der Massenpunkte.- 2.1.1 Womit befaßt sich die Mechanik?.- 2.1.2 Kinematik.- 2.1.3 Grundlagen der Dynamik, die Newtonschen Axiome.- 2.1.4 Einige Anwendungen des Grundgesetzes der Mechanik.- 2.1.4.1 Massenpunkt unter dem Einfluß der Schwerkraft.- 2.1.4.2 Der harmonische Oszillator.- 2.1.5 Erhaltungsgrößen.- 2.1.5.1 Was sind und was sollen Erhaltungsgrößen?.- 2.1.5.2 Der Impulserhaltungssatz.- 2.1.5.3 Der Energieerhaltungssatz.- 2.1.5.4 Der Drehimpulserhaltungssatz.- 2.1.6 Einiges über Reibungskräfte.- 2.1.7 Elastische und unelastische Stoßprozesse.- 2.1.8 Gravitation.- 2.1.9 Dynamik in bewegten Bezugssystemen.- 2.1.9.1 Die Galilei-Transformation.- 2.1.9.2 Geradlinig gleichförmig beschleunigte Bezugssysteme.- 2.1.9.3 Rotierende Bezugssysteme.- 2.2 Mechanik des starren Körpers.- 2.2.1 Der starre Körper und seine Freiheitsgrade.- 2.2.2 Gleichgewicht am starren Körper.- 2.2.2.1 Über Kräfte und Drehmomente.- 2.2.2.2 Gleichgewichtsbedingungen und der Schwerpunkt.- 2.2.2.3 Arten des Gleichgewichts und potentielle Energie.- 2.2.3 Dynamik starrer Körper.- 2.2.3.1 Die Bewegungsgleichung für die Rotation.- 2.2.3.2 Massenträgheitsmomente und der Steinersche Satz.- 2.2.3.3 Die kinetische Energie der Translation und Rotation.- 2.2.3.4 Einige Beispiele für die Behandlung von Drehbewegungen.- 2.2.4 Der Kreisel.- 2.2.4.1 Freie Achsen und das Trägheitsellipsoid.- 2.2.4.2 Der kräftefreie symmetrische Kreisel.- 2.2.4.3 Präzession.- 2.3 Mechanik der Flüssigkeiten und Gase.- 2.3.1 Allgemeine Charakterisierung des flüssigen und gasförmigen Aggregatzustandes.- 2.3.2 Druckverteilung in Flüssigkeiten und Gasen.- 2.3.2.1 Kompressibilität.- 2.3.2.2 Der hydrostatische Druck.- 2.3.2.3 Der Schweredruck in Flüssigkeiten.- 2.3.2.4 Archimedisches Prinzip und Stabilität schwimmender Körper.- 2.3.2.5 Der Luftdruck und seine Messung.- 2.3.3 Molekulare Kräfte in Flüssigkeiten und Gasen.- 2.3.3.1 Oberflächenspannung und Kapillarität.- 2.3.3.2 Kinetische Gastheorie.- 2.3.4 Strömende Flüssigkeiten und Gase.- 2.3.4.1 Stromlinien und das Geschwindigkeitsfeld.- 2.3.4.2 Die Bernoulli-Gleichung.- 2.3.4.3 Laminare und turbulente Strömungen.- 2.3.4.4 Strömungswiderstand und Widerstandsbeiwert.- 3 Thermodynamik.- 3.1 Grundlagen der Thermodynamik.- 3.1.1 Einführung.- 3.1.2 Temperaturmessung.- 3.1.3 Wärmeausdehnung von Stoffen.- 3.1.4 Die allgemeine Zustandsgieichung eines idealen Gases.- 3.1.5 Mikroskopische Deutung der Temperatur.- 3.2 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik.- 3.2.1 Innere Energie, Wärme und Arbeit.- 3.2.2 Formulierungen des ersten Hauptsatzes.- 3.2.3 Über das Verhalten der Wärmekapazität.- 3.2.4 Zustandsänderungen idealer Gase.- 3.3 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik.- 3.3.1 Reversible und irreversible Prozesse.- 3.3.2 Der Carnotsche Kreisprozeß.- 3.3.3 Beispiele für technische Kreisprozesse.- 3.3.4 Die Entropie und ihre mikroskopische Deutung.- 3.4 Phasen und Phasenübergänge.- 3.4.1 Schmelzwärme und Verdampfungswärme.- 3.4.2 Die van der Waalssche Zustandsgieichung.- 3.4.3 Der Joule-Thomson-Effekt, Gasverflüssigung.- 3.4.4 Phasendiagramme und Tripelpunkt.- 3.5 Wärmetransport und Diffusion.- 3.5.1 Mechanismen des Wärmetransports.- 3.5.2 Wärmeübergang und Wärmedurchgang.- 3.5.3 Diffusion.- 4 Elektrizität und Magnetismus.- 4.1 Elektrostatik.- 4.1.1 Elektrische Ladungen und das Coulombsche Gesetz.- 4.1.2 Elektrisches Feld und elektrostatisches Potential.- 4.1.3 Elektrische Ladungen auf Leitern.- 4.1.4 Elektrostatik im Dielektrikum.- 4.2 Grundgesetze des Gleichstroms.- 4.2.1 Stromstärke und Widerstand — Das Ohmsche Gesetz.- 4.2.2 Die Kirchhoffschen Gesetze des verzweigten Stromkreises.- 4.2.3 Über die Messung von Stromstärke und Spannung.- 4.2.4 Innenwiderstände von Spannungsquellen.- 4.2.5 Kontaktpotentialdifferenz.- 4.3 Ladungstransport in Flüssigkeiten und Gasen.- 4.3.1 Ladungstransport in Flüssigkeiten.- 4.3.2 Galvanische Elemente und Akkumulatoren.- 4.3.3 Erzeugung freier Ladungsträger im Vakuum und in Gasen.- 4.3.4 Gasentladungen.- 4.4 Elektromagnetische Erscheinungen.- 4.4.1 Magnetfelder in der Umgebung eines Leiters.- 4.4.2 Die Lorentz-Kraft und der Hall-Effekt.- 4.4.3 Geladene Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern.- 4.4.4 Elektromagnetische Induktion.- 4.4.5 Selbstinduktion und Gegeninduktion.- 4.4.6 Magnetische Erscheinungen in Materie.- 4.4.7 Wechselstrom.- 4.4.8 Einige weitere Anwendungen des Elektromagnetismus.- 4.4.9 Verschiebungsstrom und Maxwellsche Gleichungen.- 5 Schwingungen und Wellen.- 5.1 Schwingungen.- 5.1.1 Allgemeines über (harmonische) Schwingungen.- 5.1.2 Gedämpfte und erzwungene Schwingungen.- 5.1.3 Überlagerung von Schwingungen.- 5.1.4 Nichtharmonische Schwingungen — Fourier-Analyse.- 5.1.5 Gekoppelte Schwingungen.- 5.2 Wellen.- 5.2.1 Allgemeine Grundlagen der Wellenausbreitung.- 5.2.2 Mathematische Beschreibung einer Welle.- 5.2.3 Interferenz, Beugung und Polarisation von Wellen.- 5.2.4 Das Huygens-Fresnelsche Prinzip.- 5.2.5 Der Doppler-Effekt.- 5.2.6 Schallwellen.- 5.2.7 Musikalische Akustik.- 5.2.8 Elektromagnetische Wellen.- 6 Optik.- 6.1 Einführung.- 6.2 Strahlenoptik.- 6.2.1 Allgemeine Grundlagen.- 6.2.2 Reflexion des Lichtes und Bildentstehung an Spiegeln.- 6.2.3 Brechung des Lichtes.- 6.2.4 Abbildung durch (dünne) Linsen.- 6.2.5 Optische Instrumente.- 6.2.5.1 Das Auge.- 6.2.5.2 Lupe, Mikroskop und Fernrohr.- 6.2.6 Brechung an Prismen, Dispersion.- 6.2.7 Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit.- 6.3 Wellenoptik.- 6.3.1 Interferenz und Beugung.- 6.3.2 Polarisation und Doppelbrechung.- 6.4 Strahlungsenergie und Photometrie.- 6.4.1 Womit befaßt sich Photometrie?.- 6.4.2 Physikalische Größen des Strahlungsfeldes.- 6.4.3 Lichttechnische Größen.- 6.5 Grundzüge der speziellen Relativitätstheorie.- 6.5.1 Das Relativitätsprinzip in der klassischen Physik.- 6.5.2 Einsteins Postulate und die Lorentz-Transformation.- 6.5.3 Konsequenzen der Lorentz-Transformation.- 6.5.4 Einiges über relativistische Dynamik.- 7 Quanten und Atome.- 7.1 Die Quantentheorie des Lichtes.- 7.1.1 Kirchhoffsches Strahlungsgesetz.- 7.1.2 Wärmestrahlung und das Plancksche Strahlungsgesetz.- 7.1.3 Der Photoeffekt und Einsteins Quantenhypothese.- 7.1.4 Der Compton-Effekt.- 7.1.5 Materiewellen und Elektronenbeugung.- 7.1.6 Die Heisenbergsche Unschärferelation.- 7.2 Atombau und Spektren.- 7.2.1 Zur Entwicklung des Atombegriffs.- 7.2.2 Das Bohrsche Atommodell.- 7.2.3 Grundzüge der Quantenmechanik.- 7.2.4 Ergebnisse einer quantenmechanischen Beschreibung der Atome.- 7.2.4.1 Das Wasserstoffatom.- 7.2.4.2 Wasserstoffähnliche Atome und Alkalimetallatome.- 7.2.4.3 Der Elektronenspin.- 7.2.4.4 Über die Spektren der Mehr-Elektronen-Atome.- 7.2.5 Systematik des Atombaus und das Pauli-Prinzip.- 7.2.6 Lumineszenz, Fluoreszenz und Phosphoreszenz.- 7.2.7 Röntgenstrahlen.- 7.2.8 Der Laser.- 7.3 Atomkerne.- 7.3.1 Über die Struktur der Atomkerne.- 7.3.2 Natürliche Radioaktivität.- 7.3.2.1 Natur und Eigenschaften radioaktiver Strahlung.- 7.3.2.2 Zerfallsgesetz und Zerfallsreihen.- 7.3.2.3 Nachweis und Messung radioaktiver Strahlung.- 7.3.2.4 Biologische Wirkung radioaktiver Strahlung.- 7.3.3 Künstliche Kernumwandlungen.- 7.3.3.1 Allgemeines über Kernreaktionen.- 7.3.3.2 Kernspaltung.- 7.3.3.3 Kernreaktoren.- 7.3.3.4 Kernfusion.- 8 Festkörperphysik.- 8.1 Allgemeines über Festkörper und ihre Herstellung.- 8.2 Atomar-geometrische Struktur von Kristallen.- 8.3 Bindungsarten in Kristallen.- 8.4 Elektronische Struktur von Festkörpern.- 8.4.1 Metalle, Halbleiter, Isolatoren.- 8.4.2 Elektronenstruktur von Halbleitern.- 8.5 Generations-, Rekombinations-und Transportprozesse in Halbleitern.- 8.5.1 Mechanismen der Generation und Rekombination.- 8.5.2 Drift und Diffusion.- 8.6 Elektronische und optoelektronische Bauelemente.- 8.6.1 Der pn-Übergang.- 8.6.2 Der Bipolartransistor.- 8.6.3 Der Feldeffekt-Transistor.- 8.6.4 Der Halbleiterlaser.- 8.7 Supraleitung.- A Lösung der Übungsaufgaben.- B Mathematischer Anhang.- B.1 Grundzüge der Vektoranalysis.- B.2 Über die Lösung von Differentialgleichungen.- Namen- und Sachwortverzeichnis.

O autorze

Prof. Dr. Reinhard Strehlow hat lange auf dem Gebiet der theoretischen Festkörperphysik geforscht und lehrt heute an der Fachhochschule Hamburg die Gebiete Mathematik und Physik.