Availability: Physik für Ingenieure | Technische Universität München

Physik für Ingenieure: mit 116 Tabellen ; [mit durchgerechneten Lösungen und neuem Layout]

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Bibliographic Details
Main Authors:	Hering, Ekbert 1943- (Author), Martin, Rolf (Author), Stohrer, Martin 1943-2008 (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Berlin [u.a.] Springer 2007
Edition:	10., vollst. neu bearb. Aufl., [Jubiläumsausg.]
Series:	Springer-Lehrbuch
Subjects:	Mechanik Ingenieur Akustik Ingenieurwissenschaften Angewandte Physik Optik Festkörperphysik Physik Thermodynamik Elektrizität Aufgabensammlung Lehrbuch
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Item Description:	Auch als Internetausgabe
Physical Description:	XXII, 1005 S., 1 Faltbl. Ill., graph. Darst.
ISBN:	9783540718550

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adam_text	Inhaltsverzeichnis Verwendete physikalische Symbole......................................XVII 1 Einführung 1.1 Physikalischer Erkenntnisprozess........................................ 3 1.2 Bereiche der physikalischen Erkenntnis................................... 5 1.3 Physikalische Größen.................................................. 8 1.3.1 Definition und Maßeinheit.............................................. 8 1.3.2 Messgenauigkeit...................................................... 14 1.3.3 Fehlerfortpflanzung................................................... 18 1.3.4 Kurvenanpassung..................................................... 18 1.3.5 Ausgleichsgeradenkonstruktion.......................................... 21 1.3.6 Korrelationsanalyse.................................................... 22 2 Mechanik 2.1 Einführung.......................................................... 29 2.2 Kinematik des Punktes................................................ 29 2.2.1 Eindimensionale Kinematik.............................................. 30 2.2.2 Dreidimensionale Kinematik............................................. 36 2.2.3 Kreisbewegungen..................................................... 39 2.3 Grundgesetze der klassischen Mechanik.................................. 43 2.3.1 Konzept der klassischen Dynamik......................................... 43 2.3.2 Die Newton schen Axiome............................................... 43 2.3.3 Masse............................................................... 44 2.3.4 Kraft................................................................ 45 2.4 Dynamik in bewegten Bezugssystemen................................... 50 2.4.1 Relativ zueinander geradlinig bewegte Bezugssysteme........................ 50 2.4.2 Gleichförmig rotierende Bezugssysteme.................................... 52 2.5 Impuls.............................................................. 56 2.5.1 Impuls eines materiellen Punktes......................................... 56 2.5.2 Impuls eines Systems materieller Punkte................................... 58 2.5.3 Raketengleichung..................................................... 60 2.6 Arbeit und Energie.................................................... 62 2.6.1 Arbeit............................................................... 62 2.6.2 Leistung, Wirkungsgrad................................................ 64 2.6.3 Energie............................................................. 66 2.6.4 Energieerhaltungssatz.................................................. 67 2.7 Stoßprozesse..........,............................................. 68 2.7.1 Übersicht und Grundbegriffe............................................. 68 2.7.2 Gerader, zentraler, elastischer Stoß........................................ 69 2.7.3 Gerader, zentraler, unelastischer Stoß...................................... 71 2.7.4 Schiefe, zentrale Stöße................................................. 73 Inhaltsverzeichnis 2.8 Drehbewegungen.................................................... 75 2.8.1 Drehmoment......................................................... 75 2.8.2 Newton sches Aktionsgesetz der Drehbewegung............................. 75 2.8.3 Arbeit, Leistung und Energie bei der Drehbewegung.......................... 77 2.8.4 Drehbewegungen von Systemen materieller Punkte.......................... 78 2.8.5 Analogie Translation und Rotation........................................ 79 2.9 Mechanik starrer Körper............................................... 80 2.9.1 Freiheitsgrade und Kinematik............................................ 80 2.9.2 Kräfte am starren Körper................................................ 82 2.9.3 Schwerpunkt und potentielle Energie eines starren Körpers.................... 85 2.9.4 Kinetische Energie eines starren Körpers................................... 86 2.9.5 Massenträgheitsmomente starrer Körper................................... 88 2.9.6 Kreisel.............................................................. 95 2.10 Gravitation.......................................................... 101 2.10.1 Beobachtungen....................................................... 101 2.10.2 Newton sches Gravitationsgesetz......................................... 103 2.10.3 Hubarbeit und potentielle Energie........................................ 104 2.10.4 Satellitenbahnen...................................................... 106 2.11 Mechanik deformierbarer fester Körper - Elastomechanik................... 108 2.11.1 Elastische Verformung................................................. 108 2.11.2 Plastische Verformung................................................. 117 2.11.3 Härte fester Körper.................................................... 119 2.12 Mechanik der Flüssigkeiten und Gase-, Hydro- und Aeromechanik............. 121 2.12.1 Ruhende Flüssigkeiten (Hydrostatik) und ruhende Gase (Aerostatik).............. 123 2.12.2 Fluide - strömende Flüssigkeiten (Hydrodynamik) und Gase (Aerodynamik)....... 135 3 Thermodynamik 3.1 Grundlagen.......................................................... 175 3.1.1 Einführung........................................................... 175 3.1.2 Thermodynamische Grundbegriffe........................................ 177 3.1.3 Temperatur.......................................................... 179 3.1.4 Thermische Ausdehnung................................................ 181 3.1.5 Allgemeine Zustandsgieichung idealer Gase................................ 185 3.2 Kinetische Gastheorie................................................. 188 3.2.1 Gasdruck............................................................ 188 3.2.2 Thermische Energie und Temperatur...................................... 190 3.2.3 Geschwindigkeitsverteilung der Gasmoleküle............................... 192 3.3 Hauptsätze der Thermodynamik........................................ 194 3.3.1 Wärme.............................................................. 194 3.3.2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik...................................... 197 3.3.3 Berechnung der Wärmekapazitäten....................................... 201 3.3.4 Spezieile Zustandsänderungen idealer Gase................................. 204 3.3.5 Kreisprozesse......................................................... 212 Inhaltsverzeichnis XI 3.3.6 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik.................................... 222 3.3.7 Thermodynamische Potentiale........................................... 229 3.3.8 Dritter Hauptsatz der Thermodynamik..................................... 231 3.4 Zustandsänderungen realer Gase........................................ 232 3.4.1 Van-der-Waals sche Zustandsgieichung.................................... 233 3.4.2 Gasverflüssigung (Joule-Thomson-Effekt).................................. 236 3.4.3 Phasenumwandlungen................................................. 237 3.4.4 Dämpfe und Luftfeuchtigkeit............................................ 245 3.5 Wärmeübertragung................................................... 248 3.5.1 Wärmeleitung........................................................ 248 3.5.2 Konvektion .......................................................... 254 3.5.3 Wärmestrahlung...................................................... 258 3.5.4 Wärmedurchgang..................................................... 264 4 Elektrizität und Magnetismus 4.1 Physikalische Gesetze und Definitionen................................... 270 4.1.1 Ladung............................................................. 271 4.1.2 Stromstärke.......................................................... 273 4.1.3 Spannung........................................................... 273 4.1.4 Widerstand und Leitwert............................................... 275 4.1.5 Ohm sches Gesetz..................................................... 278 4.1.6 Kirchhoff sehe Regeln im verzweigten Stromkreis............................ 278 4.1.7 Schaltung von Widerständen............................................ 281 4.1.8 Messbereichserweiterung............................................... 283 4.1.9 Ausgewählte Messanordnungen.......................................... 285 4.1.10 Klemmenspannung und innerer Widerstand................................ 287 4.1.11 Schaltung von Spannungsquellen......................................... 288 4.1.12 Elektrische Leistung und elektrische Arbeit.................................. 290 4.2 Ladungstransport in Flüssigkeiten und Gasen.............................. 292 4.2.1 Ladungstransport in Flüssigkeiten........................................ 292 4.2.2 Ladungstransport im Vakuum und in Gasen................................. 308 4.2.3 Plasmaströme........................................................ 317 4.3 Elektrisches Feld...................................................... 317 4.3.1 Allgemeiner Feldbegriff................................................. 317 4.3.2 Beschreibung des elektrischen Feldes...................................... 318 4.3.3 Elektrische Feldstärke und Kraft.......................................... 319 4.3.4 Elektrische Feldstärke und elektrostatisches Potential......................... 321 4.3.5 Bewegung geladener Teilchen im elektrischen Feld........................... 326 4.3.6 Leiter im elektrischen Feld............................................... 331 4.3.7 Nichtleiter im elektrischen Feld, elektrische Polarisation und Permittivitätszahl..... 340 4.3.8 Energieinhalt des elektrischen Feldes...................................... 350 4.4 Magnetisches Feld.................................................... 351 4.4.1 Beschreibung des magnetischen Feldes.................................... 351 XII Inhaltsverzeichnis 4.4.2 Magnetische Feldstärke und Durchflutungsgesetz............................ 352 4.4.3 Magnetische Flussdichte und Kraftwirkungen im Magnetfeld................... 357 4.4.4 Materie im Magnetfeld................................................. 368 4.5 Instationäre Felder.................................................... 383 4.5.1 Elektromagnetische Induktion........................................... 383 4.5.2 Periodische Felder (Wechselstromkreis).................................... 390 4.5.3 Ein- und Ausschaltvorgänge in Stromkreisen................................ 404 4.5.4 Messgeräte.......................................................... 408 4.5.5 Zusammenhang elektrischer und magnetischer Größen - Maxwell sche Gleichungen 412 5 Schwingungen und Wellen 5.1 Schwingungen....................................................... 419 5.1.1 Physikalische Grundlagen schwingungsfähiger Systeme....................... 419 5.1.2 Freie Schwingung..................................................... 423 5.1.3 Erzwungene Schwingung............................................... 443 5.1.4 Überlagerung von Schwingungen........................................ 450 5.1.5 Schwingungen mit mehreren Freiheitsgraden (gekoppeltes Schwingungssystem)... 459 5.1.6 Nichtlineare Schwinger................................................. 463 5.1.7 Parametrisch erregte Schwingungen...................................... 463 5.2 Wellen.............................................................. 464 5.2.1 Physikalische Grundlagen der Wellenausbreitung............................ 464 5.2.2 Harmonische Wellen................................................... 468 5.2.3 Doppler-Effekt........................................................ 474 5.2.4 Interferenz........................................................... 477 6 Optik 6.1 Einführung.......................................................... 491 6.2 Geometrische Optik................................................... 492 6.2.1 Lichtstrahlen......................................................... 492 6.2.2 Reflexion des Lichtes................................................... 493 6.2.3 Brechung des Lichtes................................................... 499 6.2.4 Abbildung durch Linsen................................................ 510 6.2.5 Blenden im Strahlengang............................................... 522 6.2.6 Abbildungsfehler...................................................... 523 6.2.7 Optische Instrumente.................................................. 523 6.3 Radio- und Fotometrie ................................................. 534 6.3.1 Einführung........................................................... 534 6.3.2 Strahlungsphysikalische Größen.......................................... 534 6.3.3 Lichttechnische Größen................................................. 542 6.3.4 Farbmetrik........................................................... 545 6.4 Wellenoptik......................................................... 549 6.4.1 Interferenz und Beugung............................................... 549 6.4.2 Polarisation des Lichtes................................................. 578 Inhaltsverzeichnis XIII 6.5 Quantenoptik ........................................................ 588 6.5.1 Lichtquanten......................................................... 588 6.5.2 Dualismus Teilchen-Welle............................................... 592 6.5.3 Wärmestrahlung...................................................... 593 6.5.4 Laser............................................................... 596 6.5.5 Materiewellen........................................................ 600 6.6 Abbildung mikroskopischer Objekte..................................... 603 6.6.1 Beugungsbegrenzte Abbildung.......................................... 603 6.6.2 Überwindung der Beugungsbegrenzung................................... 606 7 Akustik 7.1 Einführung.......................................................... 613 7.2 Schallwellen......................................................... 614 7.2.1 Schallausbreitung..................................................... 614 7.2.2 Schallwandler........................................................ 619 7.2.3 Schallwellen an Grenzflächen............................................ 624 7.3 Schallempfindung.................................................... 630 7.3.1 Physiologische Akustik................................................. 630 7.3.2 Musikalische Akustik................................................... 634 7.4 Technische Akustik.................................................... 638 7.4.1 Raumakustik......................................................... 638 7.4.2 Luftschalldämmung................................................... 641 7.4.3 Körperschalldämmung................................................. 642 7.4.4 Strömungsgeräusche.................................................. 645 7.4.5 Ultraschall........................................................... 647 7.4.6 Schalleinsatz......................................................... 649 8 Atom- und Kernphysik 8.1 Bohr sches Atommodell................................................ 654 8.1.1 Optisches Spektrum des Wasserstoffatoms.................................. 654 8.1.2 Bohr sche Postulate .................................................... 657 8.1.3 Quantenbedingungen nach Bohr/Sommerfeld.............................. 659 8.2 Quantentheorie...................................................... 659 8.2.1 Hamilton-Operator .................................................... 662 8.2.2 Schrödinger-Gleichung................................................. 664 8.2.3 Unschärferelation..................................................... 669 8.2.4 Quantenmechanik des Wasserstoffatoms................................... 673 8.2.5 Quanten-Hall-Effekt................................................... 677 8.2.6 Tunneleffekt......................................................... 684 8.3 Bahn- und Spinmagnetismus........................................... 686 8.3.1 Zeeman- und Stark-Effekt............................................... 690 8.3.2 Elektronen- und Kemspinresonanz........................................ 690 8.4 Systematik des Atombaus.............................................. 692 XIV Inhaltsverzeichnis 8.4.1 Periodensystem der Elemente............................................ 692 8.4.2 Aufbau der Elektronenhülle............................................. 693 8.5 Röntgenstrahlung.................................................... 694 8.5.1 Bremsstrahlung und charakteristische Strahlung............................. 694 8.5.2 Absorption von Röntgenstrahlung, Computertomographie..................... 695 8.6 Molekülspektren..................................................... 698 8.6.1 Potentialkurve........................................................ 698 8.6.2 Rotations-Schwingungs-Spektrum........................................ 700 8.6.3 Raman-Effekt........................................................ 703 8.7 Aufbau der Atomkerne................................................ 703 8.7.1 Größe und Ladungsverteilung........................................... 703 8.7.2 Kernmodelle......................................................... 706 8.8 Kernumwandlung.................................................... 714 8.8.1 Radioaktiver Zerfall.................................................... 715 8.8.2 Kernreaktionen....................................................... 730 8.8.3 Kernspaltung und Kernreaktoren......................................... 733 8.8.4 Kernfusion........................................................... 741 8.9 Elementarteilchen.................................................... 746 8.9.1 Einteilung........................................................... 748 8.9.2 Erhaltungssätze....................................................... 752 8.9.3 Fundamentale Wechselwirkungen........................................ 754 8.10 Strahlenschutz....................................................... 756 8.10.1 Wechselwirkung der Strahlung mit Materie................................. 757 8.10.2 Dosisgrößen......................................................... 765 8.10.3 Biologische Wirkung der Strahlung........................................ 770 8.10.4 Dosismessung........................................................ 773 8.10.5 Strahlenschutzmaßnahmen............................................. 776 9 Festkörperphysik 9.1 Struktur fester Körper................................................. 785 9.1.1 Kristallbindungsarten.................................................. 785 9.1.2 Kristalline Strukturen................................................... 788 9.1.3 Gitterfehler.......................................................... 792 9.1.4 Amorphe Werkstoffe................................................... 794 9.1.5 Makromolekulare Festkörper............................................ 796 9.1.6 Ausgewählte Werkstoffe................................................ 800 9.1.7 Flüssigkristalle........................................................ 806 9.2 Elektronen in Festkörpern.............................................. 809 9.2.1 Energiebänder-Modell................................................. 809 9.2.2 Metalle............................................................. 812 9.2.3 Halbleiter............................................................ 818 9.2.4 Supraleitung......................................................... 832 9.3 Thermodynamik fester Körper.......................................... 837 Inhaltsverzeichnis XV 9.3.1 Gitterschwingungen................................................... 837 9.3.2 Effekte im Zusammenhang mit Wärmefluss und elektrischem Strom............. 845 9.3.3 Piezoelektrizität....................................................... 847 9.4 Optoelektronische Halbleiter-Bauelemente............................... 850 9.4.1 Strahlungsquellen..................................................... 850 9.4.2 Empfänger........................................................... 854 10 Spezielle Relativitätstheorie 10.1 Relativität des Bezugssystems.......................................... 867 10.2 Lorentz-Transformation................................................ 870 10.3 Relativistische Effekte................................................. 872 10.3.1 Längenkontraktion.................................................... 872 10.3.2 Zeitdilatation......................................................... 872 10.3.3 Relativistische Addition der Geschwindigkeiten.............................. 874 10.4 Relativistische Dynamik............................................... 875 10.5 Spezielle Relativitätstheorie in der Elektrodynamik......................... 878 10.5.1 Elektrodynamische Kraft................................................ 878 10.5.2 Doppler-Effekt des Lichtes............................................... 880 11 Anhang 885 11.1 Lösungen der Übungsaufgaben......................................... 885 11.2 Nobelpreisträger der Physik............................................ 973 12 Namen-und Sachverzeichnis 987
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