Physik für Ingenieure: mit 116 Tabellen ; [mit durchgerechneten Lösungen und neuem Layout]
Gespeichert in:
| Beteiligte Personen: | , , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2007
|
| Ausgabe: | 10., vollst. neu bearb. Aufl., [Jubiläumsausg.] |
| Schriftenreihe: | Springer-Lehrbuch
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| Schlagwörter: | |
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| Beschreibung: | Auch als Internetausgabe |
| Umfang: | 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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Inhaltsverzeichnis
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Teilbibliothek Straubing
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| Exemplar 1 | Ausleihbar Am Standort |