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E-Book

Physik für Techniker

Autor	Günter Simon, Jürgen Zeitler
Verlag	Carl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr	2016
Seitenanzahl	400 Seiten
ISBN	9783446449558
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	34,99 EUR

Das vorliegende Lehrbuch ist für die Aus- und Weiterbildung in technischen Berufen, für Fachoberschulen und für Schüler der Vorstufe technischer Fachgymnasien geeignet. Es kann aber auch von jedem genutzt werden, der seine physikalischen Kenntnisse vertiefen oder wiederholen will.
Das Buch vermittelt in 16 Kapiteln wesentliches physikalisches Grundwissen aus der Mechanik, Thermodynamik, Elektrik, Schwingungs- und Wellenlehre sowie zur Atom- und Kernphysik in anschaulicher, leicht verständlicher Weise ohne Benutzung der höheren Mathematik.
Die Anschaulichkeit und die Verständlichkeit werden durch zahlreiche Bilder und durchgerechnete und diskutierte Beispiele unterstützt und gefördert.
Eine Aufgabensammlung mit 328 Aufgaben unterschiedlichen Schwierigkeitsgrades gibt hinreichende Übungsmöglichkeiten. Zu jeder Aufgabe werden die allgemeine und die spezielle Lösung angegeben.

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis	9
Technik und Physik	14
1 Physikalische Größen und Einheiten	14
1.1 Größenarten und Größen	14
1.2 Einheiten und Internationales Einheitensystem (SI)	15
1.3 Größengleichungen	16
1.4 Länge, Fläche und Volumen	17
1.5 Zeit	18
Mechanik	19
2 Kinematik	19
2.1 Kinematik der Punktmasse	20
2.1.1 Bewegung auf gerader Bahn	21
2.1.1.1 Geschwindigkeit und Beschleunigung	21
2.1.1.2 Gleichförmige Bewegung	25
2.1.1.3 Gleichmäßig beschleunigte Bewegung	27
2.1.1.4 Freier Fall	31
2.1.1.5 Relativität der Bewegung und Überlagerung von Bewegungen	32
2.1.2 Bewegung auf der Kreisbahn	35
2.1.2.1 Periodendauer und Frequenz	35
2.1.2.2 Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung	36
2.1.2.3 Radialbeschleunigung	37
2.2 Kinematik des starren Körpers	38
2.2.1 Translation und Rotation	39
2.2.2 Kinematik der Rotation	40
2.2.3 Drehzahlmessung	42
3 Dynamik der Punktmasse	43
3.1 Kräfte	43
3.1.1 Wirkungen von Kräften	43
3.1.2 Wechselwirkung	44
3.1.3 Kraftmessung	45
3.1.4 Zusammensetzung und Zerlegung von Kräften	47
3.1.5 Trägheit der Körper	49
3.1.6 Grundgesetz der Dynamik	50
3.1.7 Schwere der Körper	53
3.1.8 Reibungskräfte	54
3.1.9 Anwendungen des Grundgesetzes der Dynamik	56
3.1.10 Trägheitskräfte	59
3.1.11 Radialkraft und Zentrifugalkraft	60
3.2 Arbeit, Energie und Leistung	62
3.2.1 Mechanische Arbeit	62
3.2.1.1 Beschleunigungsarbeit	63
3.2.1.2 Hubarbeit	64
3.2.1.3 Federspannarbeit	65
3.2.1.4 Reibungsarbeit	66
3.2.2 Energie	67
3.2.2.1 Kinetische Energie	67
3.2.2.2 Potenzielle Energie	68
3.2.3 Energieerhaltungssatz	69
3.2.4 Leistung und Wirkungsgrad	73
3.2.4.1 Leistung	73
3.2.4.2 Wirkungsgrad	74
3.3 Impuls	77
3.3.1 Kraftstoß und Impuls	77
3.3.2 Impulserhaltungssatz	78
3.3.3 Stoßvorgänge	79
3.3.3.1 Elastischer Stoß	79
3.3.3.2 Unelastischer Stoß	81
3.3.4 Raketenantrieb	82
4 Dynamik der Rotation	84
4.1 Drehmoment	85
4.2 Rotationsenergie und Massenträgheitsmoment	89
4.2.1 Rotationsenergie	89
4.2.2 Massenträgheitsmoment	89
4.3 Analogie zwischen Translation und Rotation	92
4.4 Grundgesetz der Dynamik der Rotation	92
4.5 Arbeit und Leistung bei der Rotation	94
4.6 Drehimpulserhaltungssatz	95
5 Statik und Verformung	98
5.1 Gleichgewicht starrer Körper	98
5.1.1 Gleichgewichtsbedingungen	98
5.1.2 Gleichgewichtsarten	99
5.1.3 Schwerpunkt	99
5.2 Ebene Kraftsysteme	100
5.2.1 Kräfte mit gemeinsamem Angriffspunkt	100
5.2.2 Kräfte mit verschiedenen Angriffspunkten	101
5.2.3 Standsicherheit	104
5.3 Verformung und Festigkeit	106
6 Mechanik der Flüssigkeiten und Gase	109
6.1 Druck	109
6.2 Einige Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen	111
6.2.1 Kompressibilität	111
6.2.2 Flüssigkeitsoberfläche	112
6.2.3 Grenzflächenerscheinungen und Kapillarität	113
6.3 Mechanik ruhender Flüssigkeiten und Gase	114
6.3.1 Kolbendruck	115
6.3.2 Schweredruck	116
6.3.2.1 Schweredruck in Flüssigkeiten	116
6.3.2.2 Schweredruck in Gasen und Luftdruck	118
6.3.2.3 Vakuum	119
6.3.3 Druckmessung	120
6.3.3.1 Druckskalen	120
6.3.3.2 Druckmessgeräte	121
6.3.4 Auftrieb	122
6.3.4.1 Auftrieb in Flüssigkeiten	122
6.3.4.2 Schwimmen	124
6.3.4.3 Auftrieb in Gasen	126
6.4 Mechanik strömender Flüssigkeiten und Gase	127
6.4.1 Strömungsgeschwindigkeit und Stromlinien	Volumenstrom	127
6.4.2 Strömung idealer Flüssigkeiten und Gase	128
6.4.2.1 Kontinuitätsgleichung	128
6.4.2.2 BERNOULLIsche Gleichung	129
6.4.2.3 Anwendungen der BERNOULLIschen Gleichung	131
6.4.3 Strömung realer Flüssigkeiten und Gase	133
6.4.3.1 Innere Reibung und Viskosität	133
6.4.3.2 Laminare und turbulente Strömungen	134
6.4.3.3 Strömungswiderstände	135
6.4.3.4 Druckverlust in Rohrleitungen	137
6.4.3.5 Viskositätsbestimmungen	137
Thermodynamik	139
7 Wärme und innere Energie	139
7.1 Thermodynamische Prozesse	139
7.2 Wärmebewegung	140
7.3 Temperatur	140
7.4 Thermische Ausdehnung fester und flüssiger Körper	142
7.5 Temperaturmessung	144
7.6 1. Hauptsatz der Thermodynamik	146
7.7 Wärme und Temperatur	147
7.8 Spezifische Wärmekapazität von Gasen	149
7.9 Änderung des Aggregatzustandes	150
7.10 Wärmebilanzen bei Temperaturausgleich	153
7.11 Energieumwandlungen	156
8 Zustandsänderungen von Gasen	159
8.1 Thermischer Zustand des idealen Gases	159
8.1.1 Ideales Gas	159
8.1.2 Thermische Zustandsgleichung des idealen Gases	159
8.1.3 Quasistatische Zustandsänderungen	160
8.2 Volumenänderungsarbeit	161
8.3 Spezielle Zustandsänderungen	162
8.3.1 Isotherme Zustandsänderungen	162
8.3.2 Isochore Zustandsänderungen	163
8.3.3 Isobare Zustandsänderungen	164
8.3.4 Adiabatische Zustandsänderungen	165
8.4 Kreisprozesse	166
8.4.1 Prinzip der Wärmekraftmaschine	166
8.4.2 Wärmepumpe und Kältemaschine	167
8.4.3 CARNOT-Prozess	168
8.5 2. Hauptsatz der Thermodynamik	169
8.5.1 Thermodynamischer Wirkungsgrad reversibler Kreisprozesse	169
8.5.2 Irreversible Prozesse	170
8.5.3 Entropie	170
8.6 Reale Gase und Dämpfe	171
8.6.1 Isothermen eines realen Gases	171
8.6.2 Dämpfe	172
8.6.3 Luftfeuchte	173
9 Wärmetransport	174
9.1 Wärmetransportprozesse	174
9.2 Wärmedurchgang	175
9.3 Temperaturstrahlung	178
Elektrik	181
10 Gleichstrom	181
10.1 Elektrische Ladungen und Ströme	181
10.2 Elektrische Spannung	183
10.3 OHMsches Gesetz	186
10.4 Elektrischer Widerstand	187
10.5 Schaltung von Widerständen	190
10.5.1 Parallelschaltung	190
10.5.2 Reihenschaltung	192
10.6 Elektrische Energie und Leistung	196
10.7 Reale Stromkreise	197
10.7.1 Verhalten realer Spannungsquellen	197
10.7.2 Schaltung von Spannungsquellen	199
10.7.3 Einfluss von Leitungswiderständen	200
10.7.4 Knoten- und Maschensatz zur Berechnung elektrischer Netze	201
10.8 Messung elektrischer Größen	201
10.8.1 Strom- und Spannungsmessung	202
10.8.2 Digitale Messverfahren	202
10.8.3 Spannungskompensation	203
10.8.4 Messbrücken	204
11 Elektrische und magnetische Felder	205
11.1 Elektrische Felder	206
11.1.1 Kräfte zwischen elektrischen Ladungen	206
11.1.2 Elektrische Felder im Vakuum	207
11.1.2.1 Elektrische Flussdichte und elektrische Feldstärke	207
11.1.2.2 Kapazität	207
11.1.2.3 Elektrische Feldenergie	208
11.1.3 Stoffe im elektrischen Feld	209
11.1.3.1 Influenz	209
11.1.3.2 Dielektrische Polarisation	209
11.1.4 Kondensatoren	211
11.2 Magnetische Felder	212
11.2.1 Magnetische Felder stromdurchflossener Leiter	212
11.2.2 Magnetische Felder im Vakuum	213
11.2.2.1 Magnetische Feldstärke und magnetische Flussdichte	213
11.2.2.2 Induktivität und magnetische Feldenergie	214
11.2.3 Stoffe im magnetischen Feld	214
11.2.4 Kraftwirkungen auf stromdurchflossene Leiter im magnetischen Feld	216
11.3 Bewegung von Elektronen in elektrischen und magnetischen Feldern	218
11.3.1 Erzeugung von Elektronenstrahlen	218
11.3.2 Ablenkung von Elektronen im elektrischen Querfeld	219
11.3.3 Elektronen in magnetischen Feldern	220
11.3.4 Gasentladungen	221
11.4 Elektromagnetische Induktion	223
11.4.1 Induktionsgesetz	224
11.4.2 Transformator- und Generatorprinzip	225
11.4.2.1 Transformatorprinzip	226
11.4.2.2 Generatorprinzip	226
11.4.2.3 Elektrische Maschinen	227
11.4.3 Wirbelströme	228
11.4.4 Selbstinduktion	228
12 Wechselstrom	231
12.1 Wechselspannungen und Wechselströme	231
12.1.1 Bestimmungsgrößen	231
12.1.2 Elektronische Messung der Bestimmungsgrößen	232
12.2 Einfache Wechselstromkreise	234
12.2.1 Wirkwiderstände	234
12.2.2 Blindwiderstände	235
12.2.2.1 Induktiver Blindwiderstand	235
12.2.2.2 Kapazitiver Blindwiderstand	236
12.3 Zusammengesetzte Wechselstromkreise	238
12.3.1 Reihenschaltung von R und L	239
12.3.2 Reihenschaltung von R, L und C	240
12.3.3 Parallelschaltung von R, L und C	242
12.4 Leistung des Wechselstroms	243
12.4.1 Momentanleistung und Wirkleistung	243
12.4.2 Messung von Energieumsatz und Wirkleistung	243
12.4.3 Wirk-, Blind- und Scheinleistung	244
12.4.4 Blindleistungskompensation	245
12.5 Transformatoren	246
12.6 Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom)	249
12.7 Schutz vor elektrischen Unfällen	252
13 Halbleiter	254
13.1 Leitungsmechanismen in Halbleitern	254
13.1.1 Eigenleitung	254
13.1.2 Störstellenleitung	256
13.1.2.1 n-Leitung	256
13.1.2.2 p-Leitung	257
13.2 pn-Übergang	257
13.3 Halbleiterdioden	259
13.4 Transistoren	261
13.4.1 Bipolartransistoren	261
13.4.2 Elementarer Spannungsverstärker	262
13.4.3 Feldeffekttransistoren	264
13.4.4 Integrierte Schaltkreise	265
Schwingungen und Wellen	266
14 Schwingungen	266
14.1 Mechanische Schwingungen	266
14.1.1 Freie ungedämpfte Schwingungen	266
14.1.1.1 Kinematik der Sinusschwingung	267
14.1.1.2 Dynamik der Sinusschwingung	269
14.1.1.3 Dreh- und Pendelschwingungen	271
14.1.2 Freie gedämpfte Schwingungen	273
14.1.3 Erzwungene Schwingungen	275
14.2 Elektrische Schwingungen	276
14.2.1 Elektrischer Schwingkreis	276
14.2.2 Analogie zwischen mechanischen und elektrischen Schwingungen	277
14.2.3 Erzwungene elektrische Schwingungen	278
14.2.3.1 Reihenresonanz	278
14.2.3.2 Parallelresonanz	279
14.3 Überlagerung von Schwingungen	279
14.3.1 Überlagerung in gleicher Richtung	280
14.3.1.1 Schwingungen gleicher Frequenz	280
14.3.1.2 Schwebungen	281
14.3.2 Überlagerung senkrecht zueinander	282
14.3.3 Anharmonische Schwingungen	282
15 Wellen	284
15.1 Wellenausbreitung	284
15.1.1 Arten von Wellen	284
15.1.2 Frequenz und Doppler-Effekt	286
15.1.3 Wellenlänge und Phasengeschwindigkeit	286
15.1.4 Energiestrom und Amplitude	287
15.1.5 HUYGENSsches Prinzip	287
15.2 Reflexion und Brechung	288
15.2.1 Reflexion	288
15.2.2 Brechung	289
15.2.3 Totalreflexion	290
15.3 Beugung und Interferenz	291
15.3.1 Beugung	291
15.3.2 Interferenz	292
15.3.3 Stehende Wellen	294
15.3.4 Beugung und Interferenz am Doppelspalt	295
15.4 Polarisation	297
15.5 Optische Abbildung	298
15.5.1 Bildkonstruktion	299
15.5.2 Bildentstehung an gekrümmten Spiegeln und Linsen	300
15.5.3 Abbildungsgleichung und Abbildungsmaßstab	302
15.5.4 Vergrößerung durch Fernrohr und Mikroskop	303
15.6 Energieübertragung durch Wellen	305
15.6.1 Physikalische Strahlungsgrößen	305
15.6.2 Physiologische Schall- und Lichtempfindungen	307
15.6.2.1 Schallstärke und Lautstärke	307
15.6.2.2 Lichttechnische Größen	309
15.7 Elektromagnetische Strahlung	311
15.7.1 HERTZsche Wellen	312
15.7.2 Mikrowellen	312
Quanten und Atome	316
16 Atom- und Kernphysik	316
16.1 Quanten	317
16.1.1 Energiequantelung	317
16.1.2 Welle-Teilchen-Dualismus	318
16.1.3 Äußerer Fotoeffekt	318
16.1.4 HEISENBERGsche Unschärferelation	319
16.1.5 Masse und Energie	320
16.2 Photonen	321
16.2.1 BOHRsches Atommodell	321
16.2.2 Absorption und Emission von Photonen	322
16.2.3 LASER	324
16.2.4 Röntgenstrahlen	326
16.3 Atomkern	328
16.3.1 Aufbau des Atomkerns	328
16.3.2 Radioaktivität	330
16.3.2.1 ?-Umwandlung	330
16.3.2.2 ?-Umwandlung	331
16.3.2.3 ?-Strahlung	332
16.3.2.4 Gesetz der radioaktiven Umwandlung	332
16.3.2.5 Absorption von ionisierender Strahlung	334
16.3.2.6 Nachweis von Kernstrahlung	336
16.3.2.7 Biologische Wirkungen und Strahlenschutz	338
16.3.3 Kernenergie	339
16.3.3.1 Kernspaltung	340
16.3.3.2 Kernsynthese	342
Aufgaben	344
2 Kinematik	344
3 Dynamik der Punktmasse	345
4 Dynamik der Rotation	348
5 Statik	349
6 Mechanik der Flüssigkeiten und Gase	351
7 Wärme und innere Energie	354
8 Zustandsänderungen von Gasen	355
9 Wärmetransport	356
10 Gleichstrom	357
11 Elektrische und magnetische Felder	360
12 Wechselstrom	361
14 Schwingungen	363
15 Wellen	364
16 Atom- und Kernphysik	365
Lösungen	367
2 Kinematik	367
3 Dynamik der Punktmasse	369
4 Dynamik der Rotation	373
5 Statik	374
6 Mechanik der Flüssigkeiten und Gase	376
7 Wärme und innere Energie	378
8 Zustandsänderungen von Gasen	380
9 Wärmetransport	382
10 Gleichstrom	382
11 Elektrische und magnetische Felder	387
12 Wechselstrom	389
14 Schwingungen	392
15 Wellen	393
16 Atom- und Kernphysik	395
Bildquellenverzeichnis	397
Sachwortverzeichnis	398

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