Physik 2 für Dummies

Suchen Sie einen leichten Einstieg in die fortgeschrittenen Bereiche der Physik? "Physik II für Dummies" hilft Ihnen, Elektrizität und Magnetismus zu verstehen. Außerdem erklärt Ihnen Steven Holzner, was Sie über Schall und Licht, Brechung, Interferenz und Reflektion wissen sollten. Auch in diesem Band kommen Mechanik und Wärmelehre nicht zu kurz und der Autor gibt Ihnen zu Beginn des Buches einen Crashkurs in den Grundlagen der Physik. So sind Sie mit diesem Buch bestens gerüstet, wenn es bei der Physik mal ein bisschen mehr sein soll.

Ü ber den Autor 7
Widmung 7
Danksagung 7
Ü ber die Ü bersetzer 7
Einleitung 19
Ü ber dieses Buch 19
Schreibweisen in diesem Buch 20
Was Sie nicht unbedingt lesen mü ssen 20
Voraussetzungen 20
Der Aufbau dieses Buches 21
Teil I: Grundlagen der Physik 21
Teil II: Arbeit hä lt warm: Mechanik und Wä rmelehre 21
Teil III: Feldarbeit: Elektrizitä t und Magnetismus 21
Teil IV: Wellenreiten: Licht und Schall 21
Teil V: Moderne Physik 22
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 22
Symbole in diesem Buch 22
Nun kann es losgehen! 22
Teil I Grundlagen der Physik 23
Kapitel 1 Die Welt verstehen: Physik II, die Fortsetzung 25
Mechanik und Wä rmelehre 25
Elektrizitä t und Magnetismus 25
Elektrische Ladungen und elektrische Felder 26
Einen Schritt weiter: der Magnetismus 26
Wechselstromkreise: Wechselspiel zwischen elektrischen
und magnetischen Feldern 27
Das ist die perfekte Welle 27
Alles ü ber Schallwellen 28
Die Natur des Lichts 28
Spielen mit Licht: Reflexion und Brechung 29
Bilderzeugung: Linsen und Spiegel 29
Interferenz: wenn Licht mit Licht wechselwirkt 30
Die moderne Physik: ein weit verzweigtes Feld 31
Die Schwarzkö rperstrahlung: Wä rme bedeutet Helligkeit 31
Die Relativitä tstheorie: natü rlich gilt E = mc2 31
Identitä tsprobleme: der Welle-Teilchen-Dualismus 32
Das ß der Strahlung 32
Kapitel 2 Startvorbereitungen 33
Mathematik und Messungen: Ü berblick ü ber die grundlegenden Kenntnisse 33
Die Maß systeme MKS und CGS 33
Einheiten umrechnen 34
Vereinfachung durch Exponentialschreibweise 37
Auffrischung der Algebra-Kenntnisse 38
Verwendung der Trigonometrie 38
Beschrä nkung auf signifikante Stellen 40
Auffrischung Ihrer Physik-Kenntnisse 41
Mit Vektoren den Weg weisen 41
Bewegung: Geschwindigkeit und Beschleunigung 42
Zwang ausü ben: eine Frage der Kraft 43
Karussell fahren: die Kreisbewegung 43
Strö mende Elektronen: Schaltkreise 45
Teil II Arbeit hä lt warm: Mechanik und Wä rmelehre 47
Kapitel 3 Mechanik 49
Bewegung pur: Kinematik 49
Geradeaus: Translationsbewegungen 50
Immer dasselbe: Energie- und Impulserhaltungssatz 51
Beispiel: Stö ß e 52
Kreisverkehr: Kreisbewegungen 54
Auf die Kraft kommt es an: Dynamik 59
Arbeit und weitere Grö ß en 63
Drehbewegungen 67
Vergleich von Translation und Rotation 73
Kapitel 4 Manche mö gen's heiß : Wä rmelehre 75
Brauchen wir dicke Pullover? Temperatur und Wä rme 75
Temperaturmessung 75
Volumen und Lä ngenausdehnung 77
36 Grad und es wird noch heiß er: Wä rme und Wä rmemengen 80
Whiskey on the Rocks: Phasenü bergä nge 81
Gut Versteckt: latente Wä rme 82
Langsam warm werden: Wä rmetransport 83
Grundlagen des Wä rmetransports 83
Vorsicht: der Griff ist heiß ! Die Wä rmeleitung 84
Nur heiß e Luft: die Konvektion 86
Die Sonne spü ren: Strahlung 86
Nichts als heiß e Luft: Thermodynamik von Gasen 86
Nicht gerade wenig: Avogadrozahl 87
Ideal: das Gasgesetz 87
Ganz schö n schnell: Energie und Geschwindigkeit von Gasmolekü len 90
Die vier Hauptsä tze der Thermodynamik 92
Null, aber wichtig: der 'nullte' Hauptsatz 92
Der 1. Hauptsatz 92
Der 2. Hauptsatz 98
Der 3. Hauptsatz 100
Teil III Feldarbeit: Elektrizitä t und Magnetismus 103
Kapitel 5 Ganz schö n geladen: die Elektrizitä t 105
Elektrische Ladungen 105
Nichts geht verloren: Ladung bleibt erhalten 105
Messung elektrischer Ladung 106
Gegensä tze ziehen sich an: abstoß ende und anziehende Krä fte 106
Ganz schö n geladen 108
Statische Elektrizitä t: Aufbau ü berschü ssiger Ladung 108
Auflademethoden 109
Eine Frage des Materials: Leiter und Isolatoren 111
Das Coulomb'sche Gesetz: die Berechnung der Krä fte zwischen Ladungen 111
Elektrische Felder: eine Einfü hrung 112
Geladene Flä chen: Grundlegendes ü ber Felder 112
Elektrische Felder von geladenen Kö rpern 114
Gleichmä ß ige elektrische Felder: der Parallel-Platten-Kondensator 115
Abschirmung: das elektrische Feld innerhalb von Leitern 117
Spannung: das Potential erkennen 118
Die Grundlagen elektrischer Potentiale 119
Arbeit aufwenden, um Ladungen zu bewegen 120
Berechnung des elektrischen Potentials von Ladungen 121
Ä quipotentialflä chen von Punktladungen und geladenen Flä chen 122
Gespeicherte Ladung: Kondensatoren und Dielektrika 124
Die gespeicherte Ladung eines Kondensators 124
Zusä tzliche Kapazitä t durch Dielektrika 124
Berechnung der Energie von Kondensatoren mit Dielektrika 125
Kapitel 6 Magnetismus ist anziehend 127
Alles ü ber Magnetismus: die Verbindung zwischen Magnetismus und Elektrizitä t 127
Elektronenschleifen: Permanentmagnete und magnetische Materialien 128
Von Norden nach Sü den oder von Pol zu Pol 129
Die Definition des magnetischen Feldes 131
Sie mü ssen sich schon bewegen: magnetische Krä fte auf Ladungen 132
Die Grö ß e der magnetischen Kraft 132
Die Rechte-Hand-Regel 133
Pure Faulheit: Magnetfelder vermeiden Arbeit 134
Im Kreis herum: geladene Teilchen in Magnetfeldern 134
Magnetische Krä fte auf elektrische Strö me 139
Von der Geschwindigkeit zum Strom: Strom in die Formel
fü r die magnetische Kraft bringen 139
Das Drehmoment: in Elektromotoren Strom den Dreh geben 141
Zurü ck zur Quelle: Erzeugung von Magnetfeldern durch elektrischen Strom 143
Erzeugung eines Magnetfeldes durch einen Leitungsdraht 144
In das Zentrum rü cken: Magnetfelder von Stromschleifen 146
Schleifen aneinanderreihen: die Erzeugung von gleichmä ß igen Feldern durch Zylinderspulen 148
Kapitel 7 Wechselströ me und Wechselspannungen 151
Wechselstromkreise und Widerstä nde 151
Das Ohm'sche Gesetz fü r Wechselspannung 152
Durchschnittlich: der quadratische Mittelwert von Strom und Spannung 153
In Phase: die Verbindung von Widerstä nden und Wechselspannungsquellen 154
Wechselspannung und Kondensatoren: Speicherung von Ladung im elektrischen Feld 155
Der Blindwiderstand 156
Nicht in Phase: der Strom eilt der Spannung voraus 157
Erhaltung der Leistung 159
Wechselspannung und Induktionsspulen: im magnetischen Feld Energie speichern 159
Das Faraday'sche Gesetz: das Prinzip der Induktion 160
Der induktive Widerstand 164
Hintendran: der Strom eilt der Spannung nach 165
Wettrennen zwischen Strom und Spannung: die RLC-Reihenschaltung 166
Die Impedanz: das Verhä ltnis von Strom und Spannung bei Bauelementen 167
Nacheilen oder Vorauseilen: die Grö ß e der Phasenverschiebung 170
Das ist Spitze: Berechnung des maximalen Stromes in einer
RLC-Reihenschaltung 172
Den Blindwiderstand ausschalten 172
Bestimmung der Resonanzfrequenz 173
Halbleiter und Dioden 174
Dotierung von Halbleitern 174
Teil IV Wellenreiten: Licht und Schall 175
Kapitel 8 Erforschung der Wellen 177
Wellen: Transport von Energie 177
Auf und ab: Transversalwellen 178
Vorwä rts und wieder zurü ck: Longitudinalwellen 179
Eigenschaften von Wellen: so arbeitet eine Welle 179
Bestandteile einer Welle 179
Mathematische Beschreibung einer Welle 181
Den Sinus betrachten: graphische Darstellung von Wellen 183
Wenn Wellen zusammenstoß en: das Verhalten von Wellen 186
Kapitel 9 Hö ren Sie sich das an 187
Schwingen, um gehö rt zu werden: Schallwellen als Schwingungen 187
Die Lautstä rke vergrö ß ern: Druck, Kraft und Intensitä t 189
Unter Druck: Messung der Amplitude von Schallwellen 190
Die Intensitä t des Schalls 191
Berechnung der Schallgeschwindigkeit 193
Schnell: die Schallgeschwindigkeit in Gasen 194
Schneller: die Schallgeschwindigkeit in Flü ssigkeiten 196
Am schnellsten: die Schallgeschwindigkeit in Festkö rpern 197
Das Verhalten von Schallwellen 198
Ein Echo zurü ckwerfen: Reflexion von Schallwellen 199
Im selben Raum: die Interferenz von Schallwellen 200
Die Beugung von Schallwellen 208
Kommen und Gehen mit dem Doppler-Effekt 209
Die Schallgrenze durchbrechen: Druckwellen 211
Kapitel 10 Es werde Licht: wenn sich Elektrizitä t und Magnetismus vereinen 215
Es werde Licht: Erzeugung und Empfang von Wellen 215
Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes 215
Ein entsprechendes magnetisches Wechselfeld hinzufü gen 217
Der Empfang von Radiowellen 219
Den Regenbogen betrachten: das elektromagnetische Spektrum 221
Das elektromagnetische Spektrum unter der Lupe 221
Frequenz und Wellenlä nge des Lichts 222
Unschlagbar: die Spitzengeschwindigkeit des Lichts 223
Das erste erfolgreiche Experiment zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit 224
Die theoretische Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit 226
Die Energiedichte von Licht 228
Bestimmung der momentanen Energie 228
Die durchschnittliche Energiedichte des Lichts 231
Kapitel 11 Brechung und Linsen 233
Mit Strahlen geht es einfacher 233
Die Verlangsamung des Lichts: der Brechungsindex 235
Berechnung der Verlangsamung 235
Die Ablenkung berechnen: das Snellius'sche Brechungsgesetz 236
Der Regenbogen: Wellenlä ngen trennen 238
Lichtbrechung und Reflexion nach innen 239
Es kommt wieder zurü ck: die Totalreflexion 240
Polarisiertes Licht: es wird teilweise reflektiert 242
Linsen erzeugen Bilder 244
Gegenstä nde und Bilder 245
Im Brennpunkt: Sammel- und Zerstreuungslinsen 245
Darstellung von Strahlengä ngen 248
Mathematische Beschreibung von Abbildung und Vergrö ß erung 251
Die Linsengleichung 252
Die Gleichung fü r die Vergrö ß erung 254
Stä rkere Vergrö ß erung durch die Kombination von Linsen 256
Mikroskope und Fernrohre 257
Winkelvergrö ß erung 259
Kapitel 12 Der Schein fä llt zurü ck: Reflexion und Spiegel 261
Reflexion an ebenen Spiegeln 261
Bestimmung der Winkel 262
Erzeugung von Bildern durch ebene Spiegel 262
Die Grö ß e eines Spiegels 264
Gekrü mmte Spiegel 266
Der Hohlspiegel 267
Kleiner und kleiner: konvexe Spiegel 270
Zusammenfassung in Zahlen: Gleichungen zur Beschreibung
sphä rischer Spiegel 272
Die Spiegelgleichung 272
Grö ß er oder kleiner: die Vergrö ß erung 274
Kapitel 13 Licht und Schatten: Interferenz und Beugung 277
Wenn Wellen zusammentreffen: die Interferenz von Licht 277
Wellen in Phase: konstruktive Interferenz 278
Es wird dunkel: destruktive Interferenz 280
Interferenz: Erzeugung von kohä rentem Licht 282
Der Doppelspalt 282
Benzintropfen in einer Pfü tze: Interferenzen an dü nnen Schichten 286
Beugung am Einzelspalt: Interferenz von Elementarwellen 290
Das Huygens'sche Prinzip: die Beugung am Spalt 290
Die Streifen im Beugungsmuster 292
Berechnung eines Beugungsmusters 294
Viele Spalte: das Beugungsgitter 295
Trennung der Farben anhand von Beugungsgittern 295
Beugung am Gitter: ein Beispiel 296
Sehen Sie klar: Auflö sungsvermö gen und Beugung an einem Loch 297
Teil V Moderne Physik 301
Kapitel 14 Hö ren Sie auf Einstein: die spezielle Relativitä tstheorie 303
Los geht's: Grundlagen der speziellen Relativitä tstheorie 304
Betrachten Sie Ihren Ausgangspunkt: Bezugssysteme 304
Die Postulate der speziellen Relativitä tstheorie 306
Die spezielle Relativitä tstheorie 307
Die Zeit verlangsamen: Zeitdilatation 308
Die Lä nge verkü rzen: Lä ngenkontraktion 313
Der Impuls nahe der Lichtgeschwindigkeit 316
Es ist soweit: E = mc2 318
Die Ruheenergie: die Energie, die auf der Masse beruht 318
Die kinetische Energie eines Kö rpers 320
Die potentielle Energie ü bergehen 322
Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit addieren 323
Kapitel 15 Energie und Materie: sowohl Wellen als auch Teilchen 325
Die Strahlung schwarzer Kö rper: Entdeckung der Teilchennatur des Lichts 325
Die Aufregung um die Schwarzkö rperstrahlung 326
Diskret werden: das Planck'sche Wirkungsquantum 327
Lichtpakete: Fortschritt durch den photoelektrischen Effekt 327
Die Erklä rung des photoelektrischen Effekts 328
Einstein als Retter: die Einfü hrung der Photonen 329
Die kinetische Energie der Elektronen 330
Der sofortige Austritt der Elektronen 331
Ein Zahlenbeispiel zum photoelektrischen Effekt 332
Zusammenstö ß e: Ü berprü fung der Teilchennatur des Lichts anhand des Compton-Effekts 333
Die De-Broglie-Wellenlä nge: Beobachtung der Wellennatur der Materie 336
Interferierende Elektronen: Bestä tigung von de Broglies Vorschlag 336
Berechnung der Wellenlä nge verschiedener Teilchen 337
Keine Gewissheit: die Heisenberg'sche Unschä rferelation 339
Die Unschä rfe bei der Elektronenbeugung 339
Herleitung der Unschä rferelation 339
Berechnung von Unschä rfen 342
Kapitel 16 Feine Details: die Struktur der Atome 345
Beschreibung der Atome: das Planeten-Modell 345
Die Rutherford-Streuung: die Entdeckung des Atomkerns durch die Streuung von Alpha-Teilchen 346
Zusammenstü rzende Atome: Infragestellung des Rutherford'schen Planetenmodells 347
Antwort auf die Infragestellung: diskret werden mit Linienspektren 347
Ü berarbeitung des Planetenmodells des Wasserstoffatoms: das Bohr'sche Modell 350
Berechnung der erlaubten Elektronenenergien 352
Berechnung der erlaubten Radien 353
Bestimmung der Rydberg-Konstante anhand des Linienspektrums von Wasserstoff 355
Darstellung im Energieniveauschema 356
Begrü ndung fü r die Quantisierung: De Broglie ü berdenkt das Bohr'sche Modell 357
Die Elektronenkonfiguration: die Quantenphysik und das Atom 358
Die vier Quantenzahlen 358
Zahlenverarbeitung: die Anzahl der Quantenzustä nde 360
Mehrelektronenatome: das Pauli-Prinzip 362
Kurzschreibweise der Elektronenkonfiguration 364
Kapitel 17 Kernphysik und Radioaktivitä t 367
Die Struktur des Atomkerns 367
Die Rolle der Chemie: Ordnungszahl und Massenzahl 368
Anzahl der Neutronen: Isotope eines Elementes 369
Ach, wie klein: das Volumen und der Radius des Atomkerns 370
Berechnung der Dichte des Kerns 371
Die starke Wechselwirkung: Sie hä lt die Kerne zusammen 371
Die abstoß ende Kraft zwischen den Protonen 372
Die starke Wechselwirkung 372
Bestimmung der Bindungsenergie des Kerns 373
Von bis : die verschiedenen Arten des radioaktiven Zerfalls 375
Freisetzung von Helium: der Alpha-Zerfall 376
Gewinnung von Protonen: der Beta-Zerfall 377
Emission von Photonen: der Gamma-Zerfall 378
Griff zum Geiger-Zä hler: die Halbwertszeit und radioaktiver Zerfall 379
Die Halbwertszeit 380
Zerfallsraten: Aktivitä t eines Stoffes 381
Teil VI Der Top-Ten Teil 383
Kapitel 18 Zehn Experimente, die die Welt verä ndert haben 385
Michelsons Messung der Lichtgeschwindigkeit 385
Das Doppelspaltexperiment von Young: Licht ist eine Welle 386
Der photoelektrische Effekt 386
Die Entdeckung von Materiewellen durch Davisson und Germer 387
Rö ntgenstrahlen 387
Marie Curie und die Radioaktivitä t 387
Rutherfords Entdeckung des Atomkerns 388
Der Stern-Gerlach-Versuch 388
Das Atomzeitalter: der erste Atommeiler 388
Bestä tigung der speziellen Relativitä tstheorie 389
Kapitel 19 Zehn Online-Rechner 391
Vektor-Rechnung 391
Zentripetalbeschleunigung einer Kreisbewegung 391
Die in einem Kondensator gespeicherte Energie 392
Elektrische Resonanzfrequenz 392
Kapazitiver Blindwiderstand 392
Induktiver Blindwiderstand 393
Umrechnung von Frequenz und Wellenlä nge 393
Lä ngenkontraktion 393
Der relativistische Faktor 393
Berechnung von Halbwertszeiten 394
Stichwortverzeichnis 395