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E-Book

Physik

AutorFrank Thuselt
VerlagVogel Communications Group GmbH & Co. KG
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl584 Seiten
ISBN9783834361141
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis6,80 EUR
Auf die Bachelor-Ausbildung technischer Studiengänge abgestimmt, bietet dieses neue Lehrbuchkonzept klare Vorteile:
- kompakte, vollständige Darstellung der für die Ausbildung relevanten Inhalte
- lebendige, leicht verständliche Sprache
- Einstiegstests und Zusammenfassungen zum rationellen, selektiven Lernen
- zahlreiche durchgerechnete und kommentierte Beispiele
- ausführliche physikalische Experimente
- Internetrecherchen, Übungsaufgaben und Testfragen fordern die aktive Mitarbeit des Lesers und unterstützen das Selbststudium
- kostenloser Onlineservice mit zahlreichen Zusatzinformationen
- modernes Layout mit didaktischen Gestaltungselementen
- klare Zeichnungen in konsequent zweifarbiger Gestaltung

Frank Thuselt, Jahrgang 1946, studierte Physik in Dresden und Leipzig und promovierte mit einer Arbeit zur Halbleiteroptik. Von 1974 bis 1984 arbeitete er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Bereich Halbleiterphysik der Universität Leipzig. 1979 erhielt er gemeinsam mit vier weiteren Kollegen den Gustav-Hertz-Preis der Physikalischen Gesellschaft der DDR für Arbeiten zu Elektron-Loch-Tropfen im Galliumphosphid. Von 1985 ? 1989 arbeitete er als Projektleiter Entwicklung/Automatisierung bei der CONVAC GmbH, Wiernsheim/ Vaihingen/Enz und von 1989 bis 1992 als Projektleiter Feldbustechnologie bei der TMG i-tec GmbH (Unternehmen der Technologie Management Gruppe) in Karlsruhe. 1992 folgte der Ruf an die Fachhochschule Schmalkalden, Fachbereich Informatik und 1996 der Ruf an die Hochschule Pforzheim.

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Leseprobe
10 Aufbau der Substanzen aus Atomen (S. 483-484)

Auf dem USA-Pavillon zur Weltausstellung 1967 hatte der Architekt Buckminster Fuller seine Vision eines großen Kuppelbauwerks verwirklicht. Das Gerüst besteht aus einem Leichtbaugestänge mit 5900 Knoten, in die Facetten wurden 1900 gefärbte Acrylglasscheiben gefasst. Das Kugelsegment hat einen Durchmesser von etwa 76 m. Buckminster Fuller war sehr vielseitig, unter anderem auch Philosoph, Ingenieur und Mathematiker. Sein Ziel war, eine immer höhere Lebensqualität der Menschheit bei Schonung aller Ressourcen zu erreichen. Im Rahmen seiner mathematischen Untersuchungen beschäftigte er sich unter anderem mit Vielflächnern.

Dies inspirierte die drei Chemiker curl, crody und smalley, einer von ihnen entdeckten neuartigen Substanzgruppe den Namen Fullerene zu geben. Die drei Forscher erhielten 1996 für ihre Entdeckung den Nobelpreis. Das typischste Fulleren besteht aus einem fußballartigen mikroskopischen Gebilde von 60 Kohlenstoffatomen. Damit verwandt sind die Kohlenstoff- Nanoröhrchen, die möglicherweise in der Elektronik der Zukunft eine bedeutende Rolle spielen werden. Lange Zeit hatte man lediglich Graphit und Diamant als Kohlenstoffmodifikationen gekannt, bis in den 1990er Jahren nun auch diese weiteren Modifikationen entdeckt wurden. Man kann also auch in der heutigen Zeit stets noch mit Überraschungen rechnen.

Damit Sie für solche Fälle gerüstet sind, machen Sie sich in diesem letzten Kapitel mit einigen Tatsachen der Mikrophysik vertraut. Weitere Informationen zu diesen Themen finden Sie im Internet unter http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mtl._Biosphere_in_Sept._2004.jpg und http://de.wikipedia.org/wiki/Richard_Buckminster_Fuller

Mit der Wärmelehre haben wir im vorigen Kapitel das letzte Teilgebiet der sogenannten klassischen Physik kennen gelernt – man sollte eigentlich besser sagen: der makroskopischen Physik. Lange Zeit war diese Betrachtungsweise zum Beispiel für die meisten angewandten Wissenschaften vollkommen ausreichend, da ja Entwicklungen im Ingenieurbereich in der Regel Geräte zum Ziel hatten, die durchaus «endliche» (Autos, Haushaltsgeräte) oder sogar gewaltig große Abmessungen (Brücken, Kräne, ganze Fabrikanlagen) aufweisen. In den letzten Jahren haben sich jedoch insbesondere mit dem Vordringen der Nanotechnik die Aufgaben für Ingenieure teilweise verlagert.

Es wird immer wichtiger, kleinste Dimensionen bis hin zum atomaren Bereich zu beherrschen. Für die Elektrotechniker sind das Halbleiterstrukturen, für Maschinenbauer und Mechatroniker beispielsweise die Mikrosystemtechnik oder die MikroOberflächentechnik. Solche Kenntnisse gehören heute schon fast zum Allgemeinwissen. Kristalle bestehen aus Atomen. Aus der Kenntnis ihrer Zusammensetzung und Struktur lassen sich fast alle ihre Eigenschaften ableiten. Wir wollen uns hier zunächst mit dem Aufbau einzelner Atome befassen; das einfachste unter ihnen ist das Wasserstoffatom.

Eigentlich benötigt man dazu Kenntnisse aus der Quantenmechanik, einer ziemlich anspruchsvollen physikalischen Disziplin. Einige ihrer Resultate werden wir, soweit es erforderlich ist, kurz nennen, um daraus Erkenntnisse über den Aufbau der Atome und des Periodensystems der chemischen Elemente abzuleiten. Sie lernen das Wichtigste über die chemische Bindung und den Aufbau von Kristallen. Ebenso werden Sie verstehen, wie Energiebänder zustande kommen. Dadurch sind Sie dann in der Lage, die wesentlichen Eigenschaften von Metallen, Halbleitern und Isolatoren voneinander zu unterscheiden. (Die Abschnitte 10.1 bis 10.5 basieren teilweise auf dem 1. Kapitel von [10.1]. Zuletzt befassen wir uns noch einmal mit einigen Eigenschaften von Gasen, die wir aus mikroskopischen Überlegungen ableiten. Jetzt interessieren wir uns jedoch für den Zusammenhang von mikroskopischer und makroskopischer Beschreibung."
Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Titel3
Copyright4
Vorwort5
Inhaltsverzeichnis7
Einleitung13
1 Physikalisches Messen17
1.1 SI-Einheiten und ihre Dimension17
1.2 Maßangaben und Größengleichungen18
1.3 SI-Basisgrößen21
1.4 Abgeleitete Größen28
1.5 Bedeutung des Einheitensystems für die Praxis30
1.6 Auswertung von Messungen32
2 Kinematik45
2.1 Gleichförmige und ungleichförmige Bewegung46
2.2 Zusammensetzen von Geschwindigkeit und Beschleunigung56
2.3 Kreisbewegung63
2.4 Schwingungen70
3 Mechanik: Impuls, Kraft und Energie79
3.1 Impuls79
3.2 Erhaltung des Impulses81
3.3 Kraft82
3.4 Newtonsche Grundgesetze der Mechanik84
3.5 Spezielle Kräfte90
3.6 Energie115
3.7 Mechanik starrer Körper – Drehbewegungen134
4 Mechanik der Flüssigkeiten und Gase173
4.1 Ruhende Flüssigkeiten und Gase173
4.2 Strömende Flüssigkeiten und Gase184
5 Schwingungen197
5.1 Schwingungen in der Ebene198
5.2 Überlagerungen von Schwingungen und Fourier-Entwicklung202
5.3 Schwebungen203
5.5 Einschub: Rechnen mit komplexen Zahlen207
5.6 Gedämpfte Schwingungen209
5.7 Erzwungene Schwingungen216
6 Elektrotechnik229
6.1 Der elektrische Gleichstromkreis230
6.2 Elektrostatik251
6.3 Der Kondensator265
6.4 Die elektrische Flussdichte273
6.5 Magnetfeld elektrischer Ströme281
6.6 Die elektromagnetische Induktion298
6.7 Die Maxwellschen Gleichungen308
6.8 Wechselströme310
7 Geometrische Optik331
7.1 Natur des Lichts331
7.2 Reflexion333
7.3 Brechung335
7.4 Optische Abbildungen339
7.5 Optische Geräte348
7.6 Hohl- und Wölbspiegel356
7.7 Energietransport durch Licht357
8 Wellen367
8.1 Eindimensionale Wellen367
8.2 Kugelwellen und Zylinderwellen381
8.3 Doppler-Effekt383
8.4 Überlagerung von Wellen (Interferenz)385
8.5 Brechung und Reflexion von Wellen401
9 Wärmelehre409
9.1 Temperatur410
9.2 Masse und Stoffmenge412
9.3 Wärmemenge und Wärmekapazität413
9.4 Wärmetransport422
9.5 Thermische Ausdehnung von Festkörpern435
9.6 Zustandsgleichung idealer Gase440
9.7 Die Hauptsätze der Wärmelehre444
9.8 Zustandsänderungen idealer Gase449
9.9 Kreisprozesse457
9.10 Irreversible Prozesse464
9.11 Reale Gase468
10 Aufbau der Substanzen aus Atomen483
10.1 Atome und die kleinsten Teilchen der Materie484
10.2 Der Atomkern492
10.3 Das Bohrsche Atommodell495
10.4 Aufbau der Atome und Periodensystem499
10.5 Kristallstrukturen der Festkörper503
10.6 Chemische Bindung508
10.7 Molekulares Bild der Gase513
Anhang531
Verwendete Formelzeichen und ihre Bedeutung531
Verwendete Einheitenzeichen538
Physikalische Konstanten und Zahlenwerte540
Einige mathematische Formeln541
Periodensystem der Elemente544
Farbbilder zu den Kapiteln 7 bis 9546
Literaturverzeichnis549
Quellenverzeichnis der Bilder551
Stichwortverzeichnis553

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