Verfügbarkeit: Das neue physikalische Grundpraktikum

Das neue physikalische Grundpraktikum: 53 Themenkreise mit über 300 Vorschlägen für Experimente, 50 Tabellen, Lesezeichen mit Piktogrammen, Fundamentalkonstanten und einem Replika-Gitter

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Bibliographische Detailangaben
Beteiligte Personen:	Eichler, Hans-Joachim 1940- (VerfasserIn), Kronfeldt, Heinz-Detlef 1949-2015 (VerfasserIn), Sahm, Jürgen 1936- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	Berlin [u.a.] Springer 2006
Ausgabe:	2., erw. und aktualisierte Aufl.
Schriftenreihe:	Springer-Lehrbuch
Schlagwörter:	Physik Lehrbuch Praktikum
Links:	http://www3.ub.tu-berlin.de/ihv/001684297.pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=012978895&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA
Beschreibung:	Literaturverzeichnis Seite 589-594
Umfang:	XXIII, 608 S. graph. Darst. 1 Lesezeichen
ISBN:	3540214534 9783540214533

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adam_text	Inhaltsverzeichnis Kapitel I. Grundbegriffe der Meßtechnik Messen und Auswerten................................ 3 Physikalische Größen und ihre Einheiten................... 3 Fehler einer Messung.................................... 5 Systematische Fehler.................................... 6 Zufällige Fehler ........................................ 8 Fehlerfortpflanzung ..................................... 10 Grafische Darstellungen.................................. 11 Auswertung linearer Zusammenhänge...................... 16 Protokollführung........................................ 20 Meßunsicherheit und Statistik.......................... 23 Statistik............................................... 23 Histogramm und Wahrscheinlichkeit....................... 24 Die Gauß- oder Normalverteilung......................... 25 Meßunsicherheit des Endergebnisses....................... 26 2.1 Grundversuche mit dem Galton-Fallbrett (1/2).......... 27 2.2 Standardabweichung und Vertrauensbereich für verschieden große Stichproben (1/2)............... 29 Kapitel II. Bewegungen und Kräfte Translation und Rotation.............................. 35 Bewegungen von Massenpunkten.......................... 35 Drehbewegungen starrer Körper........................... 39 3.1 Weg-Zeit-Verlauf beim freien Fall ( 1/3)................ 41 3.2 Bestimmung der Erdbeschleunigung (1/3).............. 42 3.3 Energieerhaltungssatz (1/3).......................... 43 3.4 Beziehung zwischen Winkel und Zeit unter Einwirkung eines Drehmomentes ( 1/3)........... 43 3.5 Beziehung zwischen Drehmoment und Winkelbeschleunigung (1/3)...................... 43 Inhaltsverzeichnis 4. Stoßprozesse ........................................ 45 Impuls- und Energieerhaltungssatz......................... 45 Kugelpendelkette....................................... 46 4.1 Stöße zweier Kugeln (1/3)........................... 47 4.2 Kugelpendelkette (1/3).............................. 48 4.3 Kugelpendelkette mit Störungen (1/3)................. 50 5. Harmonische Schwingungen........................... 52 Schwingungen eines Federpendels......................... 52 Fadenpendel (Mathematisches Pendel)..................... 54 Physikalisches (physisches) Pendel........................ 55 Reversionspendel ....................................... 56 5.1 Federpendel (1/1) .................................. 58 5.2 Fadenpendel (Mathematisches Pendel) (1/1)............ 59 5.3 Physikalisches Pendel (1/1).......................... 62 5.4 Reversionspendel ( 1/1 ).............................. 63 6. Gekoppelte Schwingungen............................. 66 Gekoppelte Pendel...................................... 66 Bewegungsgleichungen der gekoppelten Pendel ............. 68 Lösung der gekoppelten Differentialgleichungen............. 69 6.1 Gekoppelte Pendel mit Federkopplung ( 1/1 )............ 72 6.2 Gekoppelte Pendel mit Gewichtskopplung (1/1)......... 73 6.3 Kopplung zwischen Dehnung und Drehung einer Schraubenfeder (1/3)........................... 73 7. Gedämpfte und erzwungene Schwingungen .............. 75 Pohlsches Rad.......................................... 75 Freie, gedämpfte Schwingung............................. 77 Erzwungene Schwingungen .............................. 79 7.1 Gedämpfte Schwingung (1/2)........................ 81 7.2 Erzwungene Schwingung (1/2)....................... 82 8. Trägheitsmoment .................................... 83 Drehbewegungen und Trägheitsmomente................... 83 Trägheitsmomente bei parallelen Drehachsen................ 84 Trägheitstensor......................................... 85 8.1 Trägheitsmomente aus Drehschwingungen ( 1/1 )........ 86 8.2 Gleichmäßig beschleunigte Drehbewegungen (1/1)...... 88 Inhaltsverzeichnis XI k Kapitel III. ll Deformierbare Körper und Akustik 9. Elastizität........................................... 93 Elastizität und Hookesches Gesetz......................... 93 Durchbiegung von Stäben................................ 94 Verdrillung von Stäben und Drähten....................... 95 Querkontraktion, Poissonsche Zahl........................ 96 Inhomogene und anisotrope Körper........................ 97 Elastische Hysterese und Fließvorgänge.................... 98 9.1 Drahtdehnung (1/2)................................. 98 9.2 Biegung zweiseitig aufliegender Stäbe (1/2)............ 99 9.3 Messung des Elastizitätsmoduls anisotroper oder inhomogener Stoffe ( 1/2) ....................... 100 9.4 Elastische Hysterese und Fließvorgänge ( 1/2)........... 101 9.5 Biegung einseitig eingespannter Stäbe (1/2)............ 102 9.6 Torsionsschwingungen und Schubmodul (1/2).......... 102 10. Zähe Flüssigkeiten ................................... 104 Flüssigkeiten........................................... 104 Viskosität oder Zähigkeit................................. 104 Strömung in engen Röhren; Kapillaren..................... 106 Strömung um eine Kugel................................. 107 10.1 Zähigkeit nach der Kugelfallmethode (1/2)............. 108 10.2 Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit (1/2)............ 109 11. Oberflächenspannung und Kapillarität.................. 111 Spezifische Oberflächenenergie und Oberflächenspannung..... 111 Oberflächenspannung an gekrümmten Oberflächen........... 112 Kapillarität............................................. 113 Grenzflächenspannungen und Randwinkel.................. 113 11.1 Lamellen-Abreißverfahren ( 1/3)...................... 114 11.2 Kapillaren-Steighöhenmethode (1/3).................. 115 11.3 Luftblasenmethode (1/3) ............................ 116 11.4 Stoff- und Temperaturabhängigkeit (1/3)............... 117 12. Schallwellen und Akustik.............................. 118 Wellen und Schall....................................... 118 Stehende Wellen und Eigenschwingungen.................. 120 Elastische Wellen....................................... 121 Schallwellen und adiabatische Vorgänge.................... 121 Grundbegriffe der Akustik................................ 122 12.1 Bestimmung der Schallgeschwindigkeit (2/3)........... 125 12.2 Physiologische Akustik (1/3)......................... 127 XII Inhaltsverzeichnis 13. Ultraschall.......................................... 130 Erzeugung und Nachweis von Ultraschall................... 130 Elastische Wellen in deformierbaren Materialien............. 131 Schallwechsel- und Schallstrahlungsdruck, Energiedichte..... 132 Schallintensität......................................... 133 Schallreflexion, Schalldurchlässigkeit...................... 134 Wirkungen von Ultraschall hoher Leistung.................. 135 13.1 Schallwellenlänge und-geschwindigkeit in Wasser (1/3) . 136 13.2 Schallstrahlungsdruck (2/3).......................... 138 13.3 Qualitative Experimente mit Ultraschall (2/3)........... 139 ƒ Kapitel IV. Vielteilchensysteme und Thermodynamik 14. Thermische Grundversuche............................ 145 Temperatur und thermische Ausdehnung ................... 145 Kalorische Grundgleichung, Wärmekapazitäten.............. 146 Wärmemengen und Energiesatz........................... 147 Atomistische Betrachtung................................ 147 Schmelz- und Verdampfungswärmen....................... 149 Wärmeleitung, Thermohaus .............................. 150 14.1 Spezifische Wärmekapazität fester Körper (1/2)......... 151 14.2 Schmelz- und Verdampfungswärme von Wasser (1/2)___ 152 14.3 Wärmeausdehnung fester Stoffe (1/2)................. 153 14.4 Volumenausdehnung von Flüssigkeiten (1/2) ........... 154 14.5 Wärmeleitung (Thermohaus) (1/2).................... 155 15. Statistische Mechanik auf einem Luftkissentisch .......... 158 Vielteilchensysteme..................................... 158 Barometrische Höhenformel.............................. 159 Boltzmann-Verteilung ................................... 160 Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung................... 161 15.1 Translation auf der schiefen Ebene (1/2)............... 162 15.2 Barometrische Höhenformel (1/2) .................... 164 15.3 Druckverteilung in einem Gebäude (1/2)............... 165 15.4 GeschwindigkeitsVerteilung eines Modellgases (1/2)..... 165 16. Luftdichte, Dampfdruck, Luftfeuchte.................... 166 Zusammensetzung von Luft.............................. 166 Reduktion der Dichte auf Normalbedingungen .............. 167 Dampfdruck von Flüssigkeiten............................ 169 16.1 Luftnormdichte (1/1) ............................... 170 16.2 Dampfdruck von Wasser (Niederdruckbereich) (1/2)..... 172 16.3 Dampfdruck von Wasser (Hochdruckbereich) (1/2)...... 174 Inhaltsverzeichnis XIII 17. Ideale und reale Gase................................. 176 Ideale Gase............................................ 176 Adiabatenexponent nach kinetischer Gastheorie ............. 178 Reale Gase............................................. 179 17.1 Adiabatenexponent aus Expansions versuch (1/2)........ 181 17.2 Adiabatenexponent aus Schwingungsversuch (1/2)...... 182 17.3 Präzisionsmessung des Adiabatenkoeffizienten (1/2)..... 184 17.4 Messung des Joule-Thomson-Koeffizienten (1/2)........ 185 18. Thermodynamische Prozesse in einem Heißluftmotor...... 187 Stirlingscher Kreisprozeß ................................ 187 Stirlingmaschine als Heißluftmotor........................ 189 Wirkungsgrad beim Heißluftmotor......................... 190 Stirlingmotor als Kältemaschine und Wärmepumpe.......... 192 18.1 pF-Diagramm und Wirkungsgrad bei elektrischer Heizung (2/3)........................ 193 18.2 рУ -Diagramm und Wirkungsgrad bei Heizung mit Spiritusbrenner (2/3)................. 195 18.3 Belastung und Gesamtwirkungsgrad (1/3).............. 196 18.4 Kältemaschine und Wärmepumpe (1/3)................ 197 Kapitel V. Gleich- und Wechselstromkreise 19. Widerstände, Ohmsches Gesetz......................... 201 Elektrische Grundgrößen................................. 201 Elektrischer Widerstand.................................. 202 Temperaturabhängigkeit des Widerstandes.................. 203 Strom- und Spannungsmessung........................... 203 19.1 Kennlinien von Widerständen (1/2)................... 204 19.2 Lineare und logarithmische Potentiometer (1/2)......... 205 19.3 Temperaturabhängigkeit von Widerständen (1/2)........ 206 20. Gleichspannungsschaltungen, Kirchhoffsche Regeln....... 208 Kirchhoffsche Regeln.................................... 208 Wheatstone-Brücke ..................................... 209 Batterie als Spannungsquelle ............................. 209 Kondensatoren im Gleichstromkreis ....................... 210 20.1 Instrumenten-Innenwiderstände und Änderung der Meßbereiche (1/2) ................. 211 20.2 Widerstandsmessung mit Wheatstone-Brücke ( 1/2)...... 213 20.3 Ausgangsspannung und Innenwiderstand einer Batterie (1/2)................................. 214 20.4 Kondensator im Gleichstromkreis ( 1/2)................ 215 XIV Inhaltsverzeichnis 21. Messungen mit einem Oszilloskop....................... 217 Aufbau und Funktionsweise des Kathodenstrahloszilloskops ... 217 Überlagerangsellipsen zweier Wechselspannungen........... 221 Messung von Phasendifferenzen........................... 222 21.1 Grundfunktionen des Oszilloskops (1/3)............... 223 21.2 Zeit- und Frequenzmessung (1/3)..................... 224 21.3 Lissajous-Figuren - Gleiche Frequenzen (1/3).......... 224 21.4 Lissajous-Figuren - Ungleiche Frequenzen (1/3)........ 225 22. Wechselspannungen.................................. 227 Zeitverläufe, Scheitel- und Effektivwerte................... 227 Ohmscher, kapazitiver, induktiver Widerstand............... 228 Komplexe Darstellung von Wechselspannungen und Wechselstromwiderständen ...................... 229 Innenwiderstand einer Wechselstromquelle.................. 229 Tiefpaß................................................ 230 Schwingkreis, erzwungene Schwingungen.................. 231 Gleichrichter und Verstärker.............................. 232 22.1 Effektiv- und Scheitelwert (1/3)...................... 232 22.2 Innenwiderstand und Leistungsabgabe einer Wechsel¬ stromquelle (1/3)................................... 233 22.3 Tiefpaß (1/3)...................................... 233 22.4 Schwingkreis (1/3)................................. 234 22.5 Gleichrichterschaltungen (1/3) ....................... 234 22.6 Strom-Spannungs-Kennlinie einer Diode (1/3).......... 235 23. Speicheroszilloskop...................................236 Digital-Speicheroszilloskop............................... 236 Betriebsarten eines Speicheroszilloskops ................... 238 Nanodrähte mit quantisierter Leitfähigkeit.................. 239 23.1 Kondensatorentladung und -aufladung (2/3)............ 240 23.2 Schalterprellung (1/3)............................... 241 23.3 Quantisierte Leitfähigkeit von Nanodrähten (1/1)........ 242 23.4 Schallgeschwindigkeit aus Laufzeitmessung (1/3)....... 243 23.5 Herzschlagmonitor (1/3)............................. 244 24. Elektrische Schwingungen............................. 245 Freie gedämpfte Schwingungen........................... 245 Erzwungene Schwingungen .............................. 247 Reihenschwingkreis: Analytische Beschreibung.............. 248 24.1 Freie gedämpfte Schwingungen (1/3).................. 250 24.2 Erzwungene Schwingung eines Reihenschwingkreises (2/3)..................... 251 24.3 Resonanzkurvenmessung mit dem A i -Schreiber ( 1/3) .. 253 Inhaltsverzeichnis XV Kapitel VI. Elektrische und magnetische Felder 25. Elektrische Felder.................................... 257 Feldbegriff und Felddarstellung........................... 257 Elektrische Ladung...................................... 258 Elektrische Feldstärke................................... 258 Potential............................................... 259 Potentiallinien.......................................... 260 Potentialgleichung ...................................... 261 Influenz............................................... 262 25.1 Potential und Feldlinien (1/1)........................ 263 25.2 Kräfte zwischen Ladungen, Influenz (1/3).............. 265 26. Elektronenbewegung in elektrischen und magnetischen Feldern.............................268 Elektronen im elektrischen Feld........................... 268 Elektronen in magnetischen Feldern....................... 269 Elektronenstrahlröhre.................................... 271 26.1 Wirkungsweise und Eigenschaften eines einfachen Kathodenstrahl-Oszilloskops (2/3) ...... 273 26.2 Messung der Elektronenstrahlablenkung (1/3).......... 275 26.3 Nachweis des erdmagnetischen Feldes (1/3)............ 276 27. Erdmagnetisches Feld................................. 277 Ursachen von Magnetfeldern ............................. 277 Messung von Magnetfeldern.............................. 278 Erdmagnetfeld.......................................... 279 Aufbau der Erde, Ursachen des Erdmagnetfeldes............ 280 27.1 Horizontalkomponente des Erdfeldes (2/3)............. 281 27.2 Inklination, Gesamtfeldstärke (1/3) ................... 283 28. Magnetische Kreise und Ferromagnetismus.............. 284 Magnetisches Feld...................................... 284 Dia-, Para- und Ferromagnetismus......................... 285 Magnetische Kreise..................................... 289 Meßverfahren für magnetische Feldgrößen.................. 291 28.1 Grundversuche zum Transformator (1/3)............... 293 28.2 Messung der Hysteresekurve ohne Luftspalt (1/3)....... 294 28.3 Hall-Messung der Hysteresekurve mit Luftspalt (2/3) .... 295 28.4 Einfluß eines Luftspaltes (1/3) ....................... 296 28.5 Kalibrieren einer Feldplatte (1/3)..................... 297 XVI Inhaltsverzeichnis Kapitel VII. Halbleiterelektronik 29. Halbleiterdioden..................................... 301 Zur Elektrizitätsleitung in Festkörpern ..................... 301 JOT-Übergang........................................... 304 Bändermodell.......................................... 305 Eigenschaften und Arten von Halbleiterdioden .............. 307 29.1 Statische Diodenkennlinien (1/3)..................... 310 29.2 Dynamische Messungen (1/3)........................ 312 29.3 Untersuchungen von Leuchtdioden (1/3)............... 312 29.4 Untersuchungen an einer Solarzelle (1/3).............. 313 29.5 Spannungsstabilisierung mit Z-Dioden (1/3)............ 313 30. Transistoren......................................... 315 Transistoren............................................ 315 Bipolare Transistoren.................................... 315 Feldeffekttransistoren.................................... 319 30.1 Quasistatische Messungen an einem bipolaren Transistor (1/3)................... 321 30.2 Dynamische Messungen an einem bipolaren Transistor (1/3)................... 322 30.3 Aufbau einer Verstärkerschaltung (1/3)................ 323 30.4 Verstärkung von Sprachschwingungen (1/3)............ 323 30.5 Transistor als Schalter (1/3).......................... 324 30.6 Messungen an einem Feldeffekttransistor (1/3) ......... 324 31. Operationsverstärker................................. 326 Aufbau von Operationsverstärkern......................... 326 Grundschaltungen....................................... 328 Meßtechnische Anwendungen ............................ 331 Frequenzverhalten von Operationsverstärkern............... 332 31.1 Lineare Verstärkung (1/3) ........................... 333 31.2 Mathematische Operationen (2/3)..................... 334 31.3 Anwendung als Elektrometer (1/3).................... 335 32. Simulationsschaltungen mit Operationsverstärkern........ 336 Operationsverstärker..................................... 336 Differentialgleichung 1. Ordnung.......................... 336 Differentialgleichung 2. Ordnung.......................... 338 Erzwungene Schwingungen .............................. 340 Gekoppelte Differentialgleichungen........................ 341 Analoge Simulationen................................... 341 32.1 Zerfallsgleichung (1/3).............................. 342 32.2 Schwingungsgleichung (2/3)......................... 342 32.3 Erzwungene Schwingung ( 1/3)....................... 343 32.4 Gekoppelte Pendel (1/3)............................. 344 Inhaltsverzeichnis XVII Kapitel VIH. Linsen und optische Instrumente 33. Linsen.............................................. 347 Ausbreitung von Licht................................... 347 Brechung.............................................. 348 Linsen................................................. 349 Optische Abbildungen mit dünnen Linsen.................. 351 Paraxialgebiet.......................................... 353 Linsenfehler............................................ 353 33.1 Einfache Bestimmung von Linsenbrennweiten (1/3)..... 355 33.2 Bestimmung von Brennweiten nach Bessel (1/3)........ 356 33.3 Qualitative Beobachtung von Linsenfehlern (1/3) ....... 357 33.4 Messung der chromatischen Aberration (1/3)........... 358 33.5 Messung der sphärischen Aberration (1/3)............. 360 34. Optische Geräte...................................... 362 Vergrößerung und Auge.................................. 362 Lupe und Okular ........................................ 363 Fernrohre nach Kepler und Galilei......................... 364 Dia-Projektor........................................... 366 Digitalkamera.......................................... 367 34.1 Kepler- oder Astronomisches Fernrohr (1/3)............ 368 34.2 Galilei-Fernrohr (Opernglas) (1/3).................... 369 34.3 Dia-Projektor (1/3)................................. 369 34.4 Digitalkamera ( 1/3)................................. 369 35. Mikroskop: Vergrößerung............................. 371 Geometrische Optik des Mikroskops....................... 371 35.1 Gesamtvergrößerung, Objektiv, Okular (2/3)............ 374 35.2 Messung kleiner Längen (1/3)........................ 375 35.3 Brechzahlmessung mit dem Mikroskop (1/3)........... 376 35.4 Exakte Messung der Objektivbrennweite ( 1/3).......... 377 36. Mikroskop: Beleuchtung und Auflösung................. 378 Beleuchtungsanordnung. Aperturen........................ 378 Gesamtstrahlengang..................................... 379 Auflösung des Mikroskops............................... 382 36.1 Beleuchtung (1/2).................................. 383 36.2 Apertur der Objektive (1/2).......................... 385 36.3 Zusammenhang zwischen Auflösungsvermögen und Objektivapertur ( 1/2)............................ 386 XVIII Inhaltsverzeichnis 37. Dispersion und Prismenspektrometer.................... 388 Lichtbrechung und Dispersion............................ 388 Prismenspektrometer.................................... 389 Spektrales Auflösungsvermögen........................... 391 37.1 Messung des brechenden Winkels (1/3)................ 392 37.2 Dispersion von Glas (2/3)........................... 392 37.3 Prismenspektrometer (1/3)........................... 393 37.4 Brechzahl von Flüssigkeiten (1/3) .................... 393 Kapitel IX. Licht- und Mikrowellen 38. Wellenoptik - Beugungsversuche mit Laserlicht........... 397 Licht als elektromagnetische Welle........................ 397 Interferenz und Beugung................................. 398 Fraunhofer- und Fresnel-Beugung......................... 399 Fraunhofer-Beugung am Doppelspalt ...................... 400 Fraunhofer-Beugung am Gitter............................ 401 Fresnel-Beugung an einer Kante .......................... 402 38.1 Fresnel- und Fraunhoferbeugung (2/3)................. 402 38.2 Wellenlängenmessung aus Doppelspaltbeugung (1/3) .... 406 38.3 Wellenlängenmessung aus Gitterbeugung (1/3) ......... 407 39. Interferenz an dünnen Schichten ....................... 408 Grundbegriffe der Interferenz............................. 408 Newtonsche Ringe...................................... 409 Dünne Schichten zur Reflexionsverminderung oder -erhöhung . 410 39.1 Krümmungsradius plankonvexer Linsen (1/2)........... 411 39.2 Wellenlängenmessung mit Newtonschen Ringen (1/2) ... 411 39.3 Entspiegelungsschicht (1/1).......................... 412 39.4 Dielektrischer Spiegel (1/1).......................... 412 40. Beugung am Einfachspalt ............................. 414 Beugung am Einfachspalt................................ 414 Phänomenologische Betrachtung.......................... 415 Intensität des Spaltbeugungsbildes......................... 416 Fraunhofer-Beugung an einer Lochblende .................. 417 Kohärenzbedingung..................................... 417 40.1 Wellenlängenmessung mit einem Einfachspalt (2/3)..... 418 40.2 Prüfung der Kohärenzbedingung ( 1/3)................. 420 40.3 Prüfung der Ortsauflösungsgrenze (1/3)................ 421 40.4 Ausmessen des Spaltbeugungsbildes mit einem Fotomultiplier ( 1/3)....................... 421 Inhaltsverzeichnis XIX 41. Polarisation und Streuung............................. 423 Polarisiertes Licht....................................... 423 Aufbau und Funktion von Polarisatoren.................... 425 Optische Aktivität....................................... 429 41.1 Polarisation durch Reflexion (2/3) .................... 432 41.2 Halbschattenpolarimeter (2/3)........................ 433 41.3 Spezifische Drehung von Quarz (1/3) ................. 434 41.4 Saccharimetrie (1/3)................................ 434 41.5 Rotationsdispersion (1/3)............................ 435 41.6 Tyndall-Effekt (1/3) ................................ 435 41.7 Fotometrische Leistungsmessung hinter Polarisatoren (1/3)............................ 436 41.8 Elektrooptik von Flüssigkristallen (2/3)................ 436 42. Ausbreitung von Laserstrahlung........................ 438 Laserstrahlung mit Gaußverteilung ........................ 438 Umformung von Laserstrahlung durch Linsen............... 440 Kollimierung von Laserdiodenstrahlung.................... 442 Laserstrahl-Aufweitung mit einem Fernrohr................. 443 42.1 Messung des Strahldurchmessers und -profils (1/3)...... 444 42.2 Messung von Divergenz und Rayleigh-Länge (1/3)...... 446 42.3 Strahltransformation durch eine Linse (1/3)............ 446 42.4 Abbildungsgesetze der geometrischen Optik (1/3)....... 447 42.5 Aufweitung mit einem Fernrohr (1/3) ................. 447 43. Mikrowellen......................................... 448 Erzeugung und Nachweis................................ 448 Reflexion und Absorption von Mikrowellen................. 449 Polarisation durch Reflexion.............................. 450 Zirkulare Polarisation (λ/4 -Plattensystem) .................. 451 Totalreflexion .......................................... 451 43.1 Grundversuche mit Mikrowellen (2/3)................. 452 43.2 Michelson-Interferometer (1/3)....................... 454 43.3 Doppelspaltinterferenzen ( 1/3)....................... 456 43.4 Beugung am Einzelspalt (1/3)........................ 458 43.5 Polarisation durch Reflexion (1/3).................... 458 XX Inhaltsverzeichnis Kapitel X. Photonen, Elektronen und Atome 44. Spektren und Aufbau der Atome........................ 463 Licht und Spektren...................................... 463 Vorstellungen vom Atomaufbau........................... 463 Atommodell von Bohr................................... 465 Energien und Spektren des H-Atoms....................... 467 Elektronen als Materiewellen............................. 468 Beugungsgitter zur spektralen Zerlegung................... 469 44.1 Wellenlängenmessungen mit dem Beugungsgitter (2/3) .. 471 44.2 Gitterspektrometer (2/3)............................. 472 44.3 Spektroskopische Handversuche (1/3)................. 473 44.4 ,Take Home - Spektroskopie (1/3) ................... 475 45. Röntgenstrahlung.................................... 480 Röntgenquellen......................................... 480 Röntgenspektren........................................ 481 Moseley-Gesetz......................................... 482 Schwächung der Röntgenstrahlung ........................ 483 Bragg-Reflexion........................................ 484 Röntgengeräte.......................................... 485 Strahlenschutzhinweise.................................. 486 45.1 Wellenlängenbestimmung der K-Linien (1/3)........... 486 45.2 Ausmessen eines Röntgenspektrums (1/3).............. 487 45.3 Bestimmung der K-Absorptionskante (1/3)............. 488 45.4 Schwächungskoeffizient (1/3)........................ 489 45.5 Durchstrahlungsexperiment (1/3)..................... 489 45.6 ft.-Bestimmung aus der Grenzwellenlänge (1/3)......... 490 46. Elektronen als Teilchen und als Welle.................... 491 Elektronenstoßversuche mit Atomen....................... 491 Franck-Hertz-Röhre mit reiner Hg-Füllung.................. 492 Aufbau einer Franck-Hertz-Röhre......................... 494 Elektronenstoßröhre mit Hg-Ne-Füllung.................... 494 Äußerer lichtelektrischer Effekt........................... 496 Elektronenwellen....................................... 497 Elektronenbeugung an Kristallen.......................... 499 46.1 Elektronenstöße in reinem Hg-Dampf (2/3) ............ 500 46.2 Elektronenstöße in einer Hg/Ne-Röhre (2/3)............ 501 46.3 Plancksches Wirkungsquantum ( 1/3).................. 502 46.4 Elektronenbeugung (1/3)............................ 502 Inhaltsverzeichnis XXI Kapitel XL Radioaktivität und Strahlenschutz 47. Radioaktive Strahlung................................ 507 Aufbau der Atomkerne .................................. 507 Eigenschaften radioaktiver Strahlung....................... 509 Absorption von 7-Strahlung.............................. 511 Abstandsgesetz......................................... 512 Biologische Wirkungen radioaktiver Strahlung .............. 512 Geiger-Müller-Zählrohr.................................. 514 Statistische Schwankungen bei Zählungen.................. 515 47.1 Zählrohrkennlinie und statistische Schwankungen beim radioaktiven Zerfall (1/3)....................... 516 47.2 Prüfung des Abstandsgesetzes (1/3)................... 517 47.3 Prüfung des Absorptionsgesetzes (1/3) ................ 518 47.4 Absorptionskoeffizient und Wirkungsquerschnitt verschiedener Substanzen für 7-Strahlung (2/3)......... 518 47.5 Messung der Totzeit eines Zählrohres (2/3)............. 520 47.6 Untersuchung von Zählstatistiken (2/3)................ 522 48. 7-Spektroskopie ..................................... 525 7-Strahlung............................................ 525 Wechselwirkung von 7-Strahlung mit Materie............... 526 Detektion von 7-Strahlung............................... 529 48.1 Spektren von 7-Quellen ( 1/2)........................ 532 48.2 Compton-Streuung ( 1/2)............................. 533 49. α -Strahlung und Nebelkammer........................ 535 Radioaktiver Zerfall, α -Strahlung.......................... 535 Zerfallsreihen .......................................... 536 Ionisationskammer...................................... 537 Nebelkammer.......................................... 539 49.1 Ionisationskammer (1/3)............................. 539 49.2 Reichweite der α -Strahlen in Luft ( 1/3)................ 540 49.3 Halbwertszeit von Radon-220 (1/3)................... 541 49.4 Kontinuierliche Nebelkammer (1/3)................... 541 XXII Inhaltsverzeichnis 2 Kapitel XII. 3 Digitalelektronik und Computer 50. Logische Verknüpfungen.............................. 545 Digitalschaltungen...................................... 545 Grundverknüpfungen.................................... 546 Realisierung einer NAND-Schaltung....................... 547 Grafische Programmierumgebung Lab VIEW................ 548 Einführung in die Nutzung von Lab VIEW.................. 549 50.1 Logische Verknüpfungsschaltungen (1/2) .............. 550 50.2 Grafische Programmierung logischer Verknüpfungen (1/2) 552 51. Einführung in das Arbeiten mit einem PC................ 553 Digitale Informationsverarbeitung im PC................... 553 Hardware.............................................. 554 Software............................................... 555 Erstellung von Programmen.............................. 556 51.1 Protokollerstellung mittels GUI-Programmen (1/3)...... 557 51.2 Verarbeitung und Visualisierung von Meßdaten(l/3)..... 558 51.3 Statistik und Zufallszahlen mit C++ (1/3).............. 561 52. Fourieranalyse, Signalabtastung und Signalfilterung....... 564 Periodische Signale und Fourierreihen ..................... 564 Bandbreite............................................. 565 Signal-Abtastung und Spektrenberechnung.................. 566 Gauß-Rauschen......................................... 566 Harmonische Analyse und Synthese....................... 567 Fourierspektrum von Rechteck- und Sägezahnsignalen........ 567 Erzeugung und Abtastung von Signalen mit LabVIEW....... 568 52.1 Darstellung von Signalen (1/3)....................... 569 52.2 Fourieranalyse und -synthese (1/3).................... 572 52.3 Fourieranalyse von Rechteck- und Sägezahnsignalen, Ab¬ tasttheorem von Shannon (1/3)....................... 574 52.4 Spektrale Filterung durch Bandpässe (1/3)............. 576 53. Ein- und Ausgabe von Meßwerten und Steuersignalen mit dem PC ......................................... 578 Computer am Experiment................................ 578 Parallele Schnittstelle eines PC............................ 579 Analog-Digital-Wandler.................................. 580 Digital-Analog-Wandler.................................. 581 D/A-Wandler mit der Parallelschnittstelle................... 582 DA/AD-Wandler-Meßkarten für PCs....................... 583 Nutzung von PC-Schnittstellen mit LabVIEW............... 583 Bytes lesen und schreiben................................ 583 Spannungen einlesen und ausgeben........................ 583 53.1 Digitale Spannungsein- und -ausgäbe (1/2)............. 584 Inhaltsverzeichnis XXIII 53.2 Analoge Spannungsein- und -ausgäbe (1/2) ............ 585 53.3 Aufbau eines Digital-Analog-Wandlers (1/2) ........... 586 Literaturverzeichnis...................................... 589 Sachverzeichnis.......................................... 595
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