9783060130221 Inhalt S006 - Cornelsen Verlag · Inhalt 9 6.2.3 Heisenberg’sche Unbestimmt-...
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6 Inhaltsverzeichnis Felder ORIENTIERUNG 12 1 Elektrische und magnetische Felder 14 1.1 Elektrische Ladung und elektrisches Feld 14 111 Elektrisch geladene Körper 14 112 Elektrische Ladung und Strom- stärke 15 113 Kräfte zwischen geladenen Körpern 16 114 Elektrisches Feld 17 115 Elektrische Spannung und Energie 20 116 Elektrisches Potenzial 22 117 Kondensatoren 24 118 Kondensatoren in Stromkreisen 25 119 Energie des elektrischen Felds 27 1110 Bestimmung der Elementarladung 28 1111 Bewegung von Ladungsträgern im elektrischen Feld 30 Technik: Faraday’scher Käfig 15 Umwelt: Gewitter 18 Technik: Fotokopierer 23 Technik: Rauchgasreinigung 28 Biologie: Signalübertragung durch Nervenfasern 32 1.2 Magnetisches Feld 33 121 Felder um stromdurchflossene Leiter 33 122 Magnetische Feldstärke 35 123 Lorentzkraft 36 124 Halleffekt 38 125 Magnetfeld in einer langen Spule 39 126 Materie im magnetischen Feld 39 127 Bestimmung der Masse geladener Teilchen 42 Geophysik: Magnetfeld der Erde 34 Grundgrößen: Ampere und Elementarladung 37 Forschung: Elektromagnetisches Rühren 41 Forschung: Massenspektroskopie 42 Umwelt: Polarlicht 45 Überblick: Elektrische und magnetische Felder 48 2 Induktion und Leitungsvorgänge 50 2.1 Elektromagnetische Induktion 50 211 Induktionsgesetz 50 212 Folgerungen aus dem Induktions- gesetz 53 213 Selbstinduktion 56 214 Energie des magnetischen Felds 59 215 Wirbelströme 59 Technik: Metalldetektoren 51 Technik: Zündanlagen 57 Technik: Wirbelstrombremsen 60 2.2 Wechselstromkreis 62 221 Wechselstrom und Wechsel- spannung 62 222 Ohm’scher Widerstand 64 223 Nichtohmsche Bauelemente 65 224 Leistung im Wechselstromkreis 67 225 Einfache Schaltungen 68 Technik: Drehstrommotor 63 Technik: Fernleitung elektrischer Energie 65 2.3 Elektrische Leitungsvorgänge 71 231 Halbleiter und Metalle 71 232 Bändermodell der Festkörper 71 233 p- und n-Leitung 73 234 Der p-n-Übergang 74 235 Transistoren 78 236 Integrierte Schaltkreise 79 237 Supraleitung 81 238 Leitung in Flüssigkeiten 83 239 Leitung in Gasen 84 9783060130221 Inhalt_S006 6 26.01.10 13:53
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Inhaltsverzeichnis
Felder
ORIENTIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1 ElektrischeundmagnetischeFelder . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1 ElektrischeLadungundelektrischesFeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1 .1 .1 . Elektrisch .geladene .Körper . . . . . . . . . . . 141 .1 .2 . Elektrische .Ladung .und .Strom- .
stärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 .1 .3 . Kräfte .zwischen .geladenen .Körpern . . . . 161 .1 .4 . Elektrisches .Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 .1 .5 . Elektrische .Spannung .und . . Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 .1 .6 . Elektrisches .Potenzial . . . . . . . . . . . . . . . . 221 .1 .7 . Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 .1 .8 . Kondensatoren .in .Stromkreisen . . . . . . . . 251 .1 .9 . Energie .des .elektrischen .Felds . . . . . . . . . . 271 .1 .10 . Bestimmung .der .Elementarladung . . . . . . 281 .1 .11 . Bewegung .von .Ladungsträgern .im . .
elektrischen .Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Technik: .Faraday’scher .Käfig . . . . . . . . . . 15Umwelt: .Gewitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Technik: .Fotokopierer . . . . . . . . . . . . . . . 23Technik: .Rauchgasreinigung . . . . . . . . . . . 28Biologie: .Signalübertragung .durchNervenfasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.2 MagnetischesFeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 .2 .1 . Felder .um .stromdurchflossene . .
Leiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 .2 .2 . Magnetische .Feldstärke . . . . . . . . . . . . . . . 351 .2 .3 . Lorentzkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 .2 .4 . Halleffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 .2 .5 . Magnetfeld .in .einer .langen .Spule . . . . . . . 391 .2 .6 . Materie .im .magnetischen .Feld . . . . . . . . . 391 .2 .7 . Bestimmung .der .Masse .geladener . .
Teilchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Geophysik: .Magnetfeld .der .Erde . . . . . . . 34Grundgrößen: .Ampere .und .Elementarladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Forschung: .Elektromagnetisches .Rühren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Forschung: .Massenspektroskopie . . . . . . 42Umwelt: .Polarlicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Überblick:ElektrischeundmagnetischeFelder . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2 InduktionundLeitungsvorgänge . . . . . 50
2.1 ElektromagnetischeInduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502 .1 .1 . Induktionsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502 .1 .2 . Folgerungen .aus .dem .Induktions- .
gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532 .1 .3 . Selbstinduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562 .1 .4 . Energie .des .magnetischen .Felds . . . . . . . . 592 .1 .5 . Wirbelströme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Technik: .Metalldetektoren . . . . . . . . . . . . 51Technik: .Zündanlagen . . . . . . . . . . . . . . . 57Technik: .Wirbelstrombremsen . . . . . . . . . 60
2.2 Wechselstromkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622 .2 .1 . Wechselstrom .und .Wechsel- .
spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622 .2 .2 . Ohm’scher .Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . 642 .2 .3 . Nichtohmsche .Bauelemente . . . . . . . . . . . 652 .2 .4 . Leistung .im .Wechselstromkreis . . . . . . . . . 672 .2 .5 . Einfache .Schaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Technik: .Drehstrommotor . . . . . . . . . . . . . 63Technik: .Fernleitung .elektrischer .Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.3 ElektrischeLeitungsvorgänge . . . . . . . . . 712 .3 .1 . Halbleiter .und .Metalle . . . . . . . . . . . . . . . 712 .3 .2 . Bändermodell .der .Festkörper . . . . . . . . . 712 .3 .3 . p- .und .n-Leitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 732 .3 .4 . Der .p-n-Übergang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742 .3 .5 . Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 782 .3 .6 . . Integrierte .Schaltkreise . . . . . . . . . . . . . . . 792 .3 .7 . . Supraleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812 .3 .8 . . Leitung .in .Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . 832 .3 .9 . . Leitung .in .Gasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
9783060130221 Inhalt_S006 6 26.01.10 13:53
Inhalt 7
REFLEXION: FELDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Schwingungen und Wellen
ORIENTIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Technik: Solarzellen . . . . . . . . . . . . . . . . 75Technik: Leuchtdioden . . . . . . . . . . . . . . 77Technik: Datenspeicher . . . . . . . . . . . . . . 80Forschung: Grenzen der Miniaturisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Forschung: Nanoteilchen: mesoskopische Systeme . . . . . . . . . . . . . 86
Überblick:InduktionundLeitungsvorgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3 Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.1 MechanischeSchwingungen . . . . . . . . . . 963 .1 .1 Kenngrößen und Beschreibung
einer Schwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 963 .1 .2 Harmonische Schwingungen . . . . . . . . . 973 .1 .3 Nichtharmonische
Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003 .1 .4 Energie harmonischer
Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003 .1 .5 Gedämpfte harmonische
Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013 .1 .6 Erzwungene Schwingungen und
Resonanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033 .1 .7 Überlagerung von harmonischen
Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Geophysik: Seismometer . . . . . . . . . . . . . 97Bauphysik: Schwingungen von Bauten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102Verkehr: Schwingungsdämpfer . . . . . . . 105Tontechnik: Klanganalyse . . . . . . . . . . 108
3.2 ElektromagnetischeSchwingungen . . . . 1093 .2 .1 Schwingungen in einem
Schwingkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1093 .2 .2 Ungedämpfte Schwingungen . . . . . . . . 1103 .2 .3 Gedämpfte Schwingungen . . . . . . . . . . 111 3 .2 .4 Erzwungene Schwingungen
und Resonanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1123 .2 .5 Rückkopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1153 .2 .6 Überlagerung von Schwingungen . . . . 116
Verkehr: Verkehrssteuerung . . . . . . . . . 112Tontechnik: Mikrofon und Lautsprecher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114Zeitmessung: Schwingquarze als Taktgeber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117Rundfunktechnik: Schwingungen in Sendeanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3.3 SchwingungenundChaos . . . . . . . . . . . 1203 .3 .1 Deterministisches Chaos . . . . . . . . . . . 1203 .3 .2 Bifurkation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1213 .3 .3 Diagramme chaotischer
Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Überblick:Schwingungen . . . . . . . . . 126
4 Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.1 MechanischeWellen . . . . . . . . . . . . . . . 1284 .1 .1 Entstehung mechanischer Wellen . . . . . 1284 .1 .2 Ausbreitung mechanischer Wellen . . . . 1294 .1 .3 Überlagerung von Wellen . . . . . . . . . . . 1314 .1 .4 Stehende Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1334 .1 .5 Huygens’sches Prinzip . . . . . . . . . . . . . 1354 .1 .6 Beugung, Reflexion und
Brechung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Biologie: Ultraschall bei Tieren . . . . . . 129Umwelt: Meereswellen . . . . . . . . . . . . . 134Geophysik: Seismische Wellen . . . . . . . 139
4.2 Akustik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1404 .2 .1 Schallsignale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1404 .2 .2 Ausbreitung des Schalls . . . . . . . . . . . . 1404 .2 .3 Wahrnehmung des Schalls . . . . . . . . . . 1414 .2 .4 Reflexion von Schallwellen . . . . . . . . . . 1434 .2 .5 Brechung, Beugung und Interferenz
von Schallwellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1444 .2 .6 Dopplereffekt und Überschall . . . . . . . . 145
Musik: Stehende Wellen an Musikinstrumenten . . . . . . . . . . . . . . . . 142Medizin: Sonografie . . . . . . . . . . . . . . . 146Biologie: Das menschliche Ohr . . . . . . 148
4.3 ElektromagnetischeWellen . . . . . . . . . . 1504 .3 .1 Entstehung von Radiowellen . . . . . . . . 150
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8 Inhaltsverzeichnis
REFLEXION: SCHWINGUNGEN UND WELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Quantenobjekte und Struktur der Materie
ORIENTIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
4 .3 .2 . Ausbreitungsgeschwindigkeit .von . .Radiowellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4 .3 .3 . Maxwell’sche .Theorie . . . . . . . . . . . . . . . 1534 .3 .4 . Eigenschaften .von .Radiowellen . . . . . . . 1564 .3 .5 . Ausbreitung .von .Radiowellen . . . . . . . . . 1584 .3 .6 . Informationsübertragung .mit . .
elektromagnetischen .Wellen . . . . . . . . . . 1604 .3 .7 . Elektromagnetisches .Spektrum . . . . . . . . 166
Geschichte: .Geschichte .der .Informationsübertragung . . . . . . . . . . . . 154Technik: .Mikrowellenherd . . . . . . . . . . . . 157Technik: .Radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159Technik: .Digitalisierung . . . . . . . . . . . . . 161Forschung: .Synchrotronstrahlung . . . . . 164Technik: .Wie .funktioniert .Fernsehen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Überblick:Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5 Licht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
5.1 KlassischeOptik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1785 .1 .1 . Geschwindigkeit .des .Lichts . . . . . . . . . . . 1785 .1 .2 . Fermat’sches .Prinzip, .Reflexion . .
und .Brechung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1805 .1 .3 . Farbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1825 .1 .4 . Wellenmodell .des .Lichts . . . . . . . . . . . . . 1825 .1 .5 . Interferenz .am .Doppelspalt . . . . . . . . . . 1835 .1 .6 . Interferenz .am .Gitter . . . . . . . . . . . . . . . . 1845 .1 .7 . Beugung .am .Einfachspalt . . . . . . . . . . . . 1855 .1 .8 . Interferenz .an .dünnen . .
Schichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1875 .1 .9 . Michelson-Interferometer . . . . . . . . . . . 1895 .1 .10 . Polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1905 .1 .11 . .Kohärenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
Umwelt: .Halos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179Grundgrößen: .Lichtgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 181Technik: .Farbmischung . . . . . . . . . . . . . . 186Technik: .TFT-Bildschirme . . . . . . . . . . . 192
5.2 Lichtquanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1955 .2 .1 . Wechselwirkung .von .Licht .mit . .
Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1955 .2 .2 . Fotoeffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1965 .2 .3 . Quantenhafte .Emission .von . .
Licht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 .5 .2 .4 . Impuls .von .Photonen . . . . . . . . . . . . . . . 200 .5 .2 .5 . Compton-Streuung . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
Forschung: .Nachweis .von .Photonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 .Astronomie: .Strahlungsdruck . . . . . . . . 202
5.3 IntensitätvonLicht:derZeigerformalismus . . . . . . . . . . . . . . 204
5 .3 .1 . Modelle .vom .Licht . . . . . . . . . . . . . . . . . 2045 .3 .2 . Konstruktion .des .Zeiger- .
formalismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2045 .3 .3 . Interferenz .am .Doppelspalt . . . . . . . . . . 2045 .3 .4 . Beugung .am .schmalen .Spalt . . . . . . . . . . 2085 .3 .5 . Beugung .am .breiten .Spalt . . . . . . . . . . . . 2115 .3 .6 . Intensitätsoptimierung . . . . . . . . . . . . . . 2135 .3 .7 . Interferenz .am .Mehrfachspalt . . . . . . . . . 2135 .3 .8 . Optische .Abbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Technik: .Optische .Beschichtung . . . . . . . 206Technik: .Holografie . . . . . . . . . . . . . . . . . 214Forschung: .Auflösungsvermögen .optischer .Instrumente . . . . . . . . . . . . . . . 220
Überblick:Licht . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
6 Quantenphysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
6.1 Quantenobjekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2266 .1 .1 . Wahrscheinlichkeitsdeutung . . . . . . . . . . 2266 .1 .2 . Quanteninterferenz . . . . . . . . . . . . . . . . . 2266 .1 .3 . Verschränkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2286 .1 .4 . Elektronen .als .Quantenobjekte . . . . . . . . 2296 .1 .5 . Neutronen, .Atome .und .Moleküle . . . . . . 233
Forschung: .Elektronenmikroskop . . . . . . 227Forschung: .Teleportation . . . . . . . . . . . . 230
6.2 ElementederQuantenmechanik . . . . . . . 2346 .2 .1 . Materiewellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2346 .2 .2 . Interferenz .von .Materiewellen . . . . . . . . . 235
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Inhalt 9
6.2.3 Heisenberg’scheUnbestimmt-heitsrelation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Forschung:Rastertunnelmikroskop. . . 238
Überblick:Quantenphysik. . . . . . . . 241
7 Atome. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
7.1 EntwicklungderAtommodelle . . . . . . . . 2427.1.1 EntstehungdesAtombegriffs
inderantikenPhilosophie. . . . . . . . . . 2427.1.2 Rutherford’schesAtommodell . . . . . . . 2447.1.3 Linienspektren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2467.1.4 EnergieniveausinAtomen . . . . . . . . . . 2477.1.5 Bohr’schesAtommodell . . . . . . . . . . . . 247
Forschung:Spektralanalyse . . . . . . . . . 243Technik:Atomuhren. . . . . . . . . . . . . . . 248
7.2 Energieabsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . 2517.2.1 Franck-Hertz-Experiment . . . . . . . . . . 2517.2.2 ResonanzabsorptionundResonanz-
fluoreszenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2537.2.3 FluoreszenzundPhosphoreszenz . . . . 256
Geschichte:Fraunhofer’scheLinien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254Technik:AnwendungderFluoreszenz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
7.3 AtommodellderQuantenphysik . . . . . . 2587.3.1 Schrödingergleichung . . . . . . . . . . . . . . 2587.3.2 ModelldeslinearenPotenzialtopfs . . . 2597.3.3 Tunneleffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2617.3.4 Wasserstoffatom . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2627.3.5 OrbitaleundQuantenzahlen . . . . . . . . 2637.3.6 PeriodensystemderElemente. . . . . . . . 265
Umwelt:Farbstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 264
7.4 Laser-undRöntgenstrahlung . . . . . . . . 2687.4.1 Laserstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2687.4.2 EigenschaftenvonRöntgen-
strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2737.4.3 SpektrumderRöntgenstrahlung . . . . . 275
Forschung:Femtosekundenlaser . . . . . 270Forschung:Laserdiode . . . . . . . . . . . . . 272Forschung:Kristallstruktur-analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274Medizin:DiagnosemitRöntgen-strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
Forschung:Freie-Elektronen-Laser . . . 280
Überblick:Atome . . . . . . . . . . . . . . . . 284
8 KerneundElementarteilchen . . . . . . 286
8.1 Radioaktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2868.1.1 NachweisradioaktiverStrahlung. . . . . 2868.1.2 ArtenradioaktiverStrahlung . . . . . . . . 2888.1.3 Symbolschreibweise . . . . . . . . . . . . . . . 2898.1.4 AktivitätundZerfallsgesetz . . . . . . . . . 2898.1.5 WechselwirkungvonStrahlung
mitMaterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2928.1.6 MessgrößendesStrahlen-
schutzes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2958.1.7 BiologischeWirkungionisierender
Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
Umwelt:BestrahlungvonLebensmitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287Forschung:Altersbestimmung . . . . . . . 290Medizin:RadioaktiveStrahlunginderMedizin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294Umwelt:BelastungdurchioniserendeStrahlung. . . . . . . . . . . . . . 298
8.2 AufbauderAtomkerne . . . . . . . . . . . . . 3008.2.1 Kernbausteine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3008.2.2 Massendefektund
Bindungsenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3028.2.3 TröpfchenmodelldesKerns. . . . . . . . . 3028.2.4 Schalen-undPotenzialtopfmodell
desKerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
Geschichte:EntdeckungdesNeutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
8.3 Kernumwandlungen . . . . . . . . . . . . . . . . 3068.3.1 ArtenradioaktivenZerfalls . . . . . . . . . 3068.3.2 NatürlicheZerfallsreihen. . . . . . . . . . . 3088.3.3 KünstlicheKernumwandlungen. . . . . . 3098.3.4 Kernspaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3108.3.5 KettenreaktionundEnergie-
bilanz........................... 3118.3.6 Kernfusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3148.3.7 Kernreaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
Geophysik:DerNaturreaktorvonOklo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313Geschichte:Das»ManhattanProject« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314Technik:ModerneKernkraftwerke . . . 316Energie:Fusionsreaktoren. . . . . . . . . . 319
9783060130221 Inhalt_S009 9 26.01.10 13:53
10 Inhaltsverzeichnis
REFLEXION: QUANTENOBJEKTE UND STRUKTUR DER MATERIE . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
Relativität und Astrophysik
ORIENTIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
8.4 Elementarteilchenphysik . . . . . . . . . . . . 3208 .4 .1 . Standardmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3208 .4 .2 . Wechselwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3258 .4 .3 . Vielfalt .und .Ordnung .im . .
Teilchenzoo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
Forschung: .Kosmische .Strahlung . . . . . . 322
Forschung: .Der .»Large .HadronCollider« . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324Forschung: .Detektoren .in .der .Teilchenphysik . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Überblick:KerneundElementarteilchen . . . . . . . . . . . . . . . . 332
9 Relativitätstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . 338
9.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3389 .1 .1 . Relativbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 3389 .1 .2 . Lichtgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . 3389 .1 .3 . Äthertheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3399 .1 .4 . Einstein-Postulate . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
Technik: .Satellitennavigation . . . . . . . . . 339Geschichte: .Relativität .und .Elektrodynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
9.2 RelativistischeKinematik . . . . . . . . . . . . 3439 .2 .1 . Gleichzeitigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3439 .2 .2 . Zeitdilatation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3439 .2 .3 . Längenkontraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . 3449 .2 .4 . Addition .von .Geschwindigkeiten . . . . . . 3479 .2 .5 . Koordinatentransformation . . . . . . . . . . 3489 .2 .6 . Minkowski-Diagramme . . . . . . . . . . . . . . 3499 .2 .7 . Raumzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
Zeit: .Zwillingsparadoxon . . . . . . . . . . . . 345Forschung: .Myonen . . . . . . . . . . . . . . . . . 346Technik: .Atomuhrenvergleich . . . . . . . . . 352
9.3 RelativistischeDynamik . . . . . . . . . . . . . 3539 .3 .1 . Relativität .der .Masse . . . . . . . . . . . . . . . . 3539 .3 .2 . Masse-Energie-Beziehung . . . . . . . . . . . . 3549 .3 .3 . Relativistische .Energie . . . . . . . . . . . . . . . 3569 .3 .4 . Energie-Impuls-Beziehung . . . . . . . . . . . 356
Forschung: .Relativistische .Effekte .in .Teilchenbeschleunigern . . . . . . . . . . . 354
9.4 ElementederAllgemeinenRelativitätstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
9 .4 .1 . Gravitationsfeld .und .Relativität . . . . . . . 3589 .4 .2 . Experimentelle .Belege . . . . . . . . . . . . . . . 359
9 .4 .3 . Krümmung .der .Raumzeit . . . . . . . . . . . . 362
Forschung: .Gravitationswellen-detektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
Überblick:Relativitätstheorie . . . . . . 365
10 Astrophysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
10.1 UnserStern:dieSonne . . . . . . . . . . . . . . 36610 .1 .1 . Sonne .und .Sonnensystem . . . . . . . . . . . . 36610 .1 .2 . Zustandsgrößen .der .Sonne . . . . . . . . . . . 36710 .1 .3 . Sonnenatmosphäre . . . . . . . . . . . . . . . . . 36810 .1 .4 . Sonnenaktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36910 .1 .5 . Innerer .Aufbau .der .Sonne . . . . . . . . . . . . 370
Umwelt: .Sonne, .Leben, .Energie . . . . . . . 367Geschichte: .Solare .Neutrinos . . . . . . . . . 371
10.2 PhysikderSterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37410 .2 .1 . Helligkeiten .und .Entfernungen . .
der .Sterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37410 .2 .2 . Zustandsgrößen .der .Sterne . . . . . . . . . . . . 37510 .2 .3 . Hertzsprung-Russell- .
Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37810 .2 .4 . Sternentstehung .und .Stern- .
entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
Forschung: .Entfernungs-bestimmung .von .Sternen . . . . . . . . . . . . 376Forschung: .Bedingungen .für .Leben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380Forschung: .Altersbestimmung .von .Sternen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
10.3 GroßstrukturenimKosmos . . . . . . . . . . . 38610 .3 .1 . Milchstraßensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
9783060130221 Inhalt_S010 10 26.01.10 13:53
Inhalt 11
REFLEXION: RELATIVITÄT UND ASTROPHYSIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
Methoden der Physik
M 1 Experimente und ihre Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
M .1 .1 . Experiment .als .Teil .der .Erkenntnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396M .1 .2 . Regeln .des .Experimentierens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396M .1 .3 . Beispiel .eines .quantitativen .Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397M .1 .4 . Messgenauigkeit .und .Angabe .von .Ergebnissen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401M .1 .5 . Fehlerarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
M 2 Modelle in der Physik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
M .2 .1 . Denken .in .Modellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402M .2 .2 . Eignung .eines .mathematischen .Modells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
M 3 Mathematische Funktionen und Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
M .3 .1 . Wichtige .Funktionen .in .der .Physik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404M .3 .2 . Funktionsanpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406M .3 .3 . Iterative .Rechenmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408M .3 .4 . Ableitung .und .Integral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410M .3 .5 . Differenzialgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415M .3 .6 . Vektorielle .Größen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417M .3 .7 . Mathematische .Behandlung .von .Messfehlern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
10 .3 .2 . Außergalaktische .Sternsysteme . . . . . . . . 38710 .3 .3 . Kosmologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
Forschung: .Quasare . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
Forschung: .Entwicklung .des .Kosmos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
Überblick: Astrophysik . . . . . . . . . . . . 393
9783060130221 Inhalt_S011 11 26.01.10 13:53
![au Stockhausen- Verlag€¦ · 4 1963 PLUS-MINUS 2 x 7 Seiten für Ausarbeitungen [Dauer unbestimmt] U. E.1964 MIKROPHONIE I [ca. 28’] U. E. mit Tamtam, 2 Mikrophone, 2 Filter mit](https://static.fdokument.com/doc/165x107/60f87a26ec36967dc0172bb9/au-stockhausen-4-1963-plus-minus-2-x-7-seiten-fr-ausarbeitungen-dauer-unbestimmt.jpg)
![Dynamic Plowing Lithography - TU Berlin€¦ · Das Rasterkraftmikroskop gehört zusammen mit seinem Vorgänger, dem Rastertunnelmikroskop (Scanning Tunneling Microscope, STM) [2]](https://static.fdokument.com/doc/165x107/5f0727e57e708231d41b9580/dynamic-plowing-lithography-tu-berlin-das-rasterkraftmikroskop-gehrt-zusammen.jpg)
