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Halliday Physik für natur- und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge

Autor	David Halliday, Jearl Walker, Robert Resnick
Verlag	Wiley-VCH
Erscheinungsjahr	2019
Seitenanzahl	992 Seiten
ISBN	9783527822645
Format	PDF
Kopierschutz	DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	52,99 EUR

Das Halliday-Lehrbuch Physik für natur- und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge bietet einen Überblick über den Stoff typischer Experimentalphysik-Vorlesungen. Dementsprechend wurde der Stoff auf die Bedürfnisse dieser Studierenden zugeschnitten und gestrafft. Außerdem stellt jedes Kapitel einen ausgeprägten Praxisbezug her, um die Anwendung physikalischer Konzepte zu illustrieren.

Für die dritte Auflage wurden die Kapitel nicht nur überarbeitet, sondern didaktisch neu strukturiert: die Lerninhalte sind nun in Modulen organisiert, wobei jede Einheit die Lernziele explizit aufführt und die Schlüsselkonzepte zusammenfasst. So können Studentinnen und Studenten zielgerichtet lernen und den Lernerfolg nach der Lektüre selbst überprüfen.

Das Übungsbuch hilft bei der Durchdringung des Stoffs der einführenden Experimentalphysik-Vorlesungen für Nebenfachstudierende. Es enthält mehr als 750 Aufgaben mit ausführlichenb Lösungen aus allen Kapiteln des Lehrbuchs. Dabei stammen die Aufgaben aus allen Themenbereichen der Experimentalphysik und reichen von Standardaufgaben, die jeder können muss, bis hin zu weiterführenden Aufgaben für Fortgeschrittene.

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Inhaltsverzeichnis

Cover	1
Vorwort zur dritten Auflage	7
Zum Aufbau des Buches	8
Inhaltsverzeichnis	9
1 Bewegung	15
1.1 Ort, Verschiebung und mittlere Geschwindigkeit	15
1.1.1 Bewegung	15
1.1.2 Ort und Verschiebung	16
1.1.3 Durchschnittsgeschwindigkeit	17
1.2 Momentangeschwindigkeit	18
1.2.1 Momentangeschwindigkeit	19
1.3 Beschleunigung	19
1.3.1 Beschleunigung	20
1.4 Konstante Beschleunigung	22
1.4.1 Konstante Beschleunigung: Ein Sonderfall	23
1.4.2 Konstante Beschleunigung: ein anderer Blickwinkel	25
1.5 Der freie Fall	26
1.5.1 Der freie Fall	26
1.6 Zwei und drei Raumdimensionen	28
1.7 Durchschnittsgeschwindigkeit und Momentangeschwindigkeit	29
1.7.1 Mittlere und Momentangeschwindigkeit	30
1.8 Durchschnittsbeschleunigung und Momentanbeschleunigung	32
1.8.1 Veränderliche Geschwindigkeiten	32
1.9 Wurfbewegungen	33
1.9.1 Flugbahnen	34
1.9.2 Analyse der Wurfbewegung	35
1.10 Die gleichförmige Kreisbewegung	38
1.10.1 Konstanter Betrag, variable Richtung	38
1.10.2 Beweis von Gl. 1.40	39
1.11 Relativbewegung in einer Dimension	40
1.11.1 Bezugssysteme	40
1.12 Relativbewegung in zwei Dimensionen	42
1.12.1 Mehr als eine Dimension	42
1.13 Zusammenfassung	43
1.14 Fragen	45
2 Kraft und Bewegung	49
2.1 Das erste und das zweite Newtonsche Gesetz	49
2.1.1 Die Newtonsche Mechanik	49
2.1.2 Das erste Newtonsche Gesetz	50
2.1.3 Kraft	51
2.1.4 Masse	53
2.1.5 Das zweite Newtonsche Gesetz	54
2.2 Einige besondere Kräfte	56
2.2.1 Einige besondere Kräfte	57
2.3 Die Newtonschen Gesetze in der Praxis	61
2.3.1 Das dritte Newtonsche Gesetz	62
2.4 Reibung	64
2.4.1 Reibung	65
2.4.2 Eigenschaften der Reibung	66
2.5 Strömungswiderstand und Endgeschwindigkeit	68
2.5.1 Strömungswiderstand und Endgeschwindigkeit	68
2.6 Gleichförmige Kreisbewegung	70
2.6.1 Gleichförmige Kreisbewegung	71
2.7 Scheinkräfte	72
2.7.1 Nichtinertialsysteme	73
2.8 Zusammenfassung	75
2.9 Fragen	77
3 Kinetische Energie und Arbeit	83
3.1 Energie	83
3.1.1 Kinetische Energie	83
3.1.2 Arbeit	84
3.2 Arbeit und kinetische Energie	85
3.2.1 Arbeit und kinetische Energie	86
3.3 Von der Gravitationskraft verrichtete Arbeit	88
3.3.1 Von der Gravitationskraft verrichtete Arbeit	89
3.4 Von einer Federkraft verrichtete Arbeit	90
3.4.1 Von einer Federkraft verrichtete Arbeit	91
3.5 Von einer allgemeinen veränderlichen Kraft verrichtete Arbeit	94
3.5.1 Von einer allgemeinen veränderlichen Kraft verrichtete Arbeit	94
3.6 Leistung	97
3.6.1 Leistung	97
3.7 Zusammenfassung	99
3.8 Fragen	100
4 Potenzielle Energie und Energieerhaltung	103
4.1 Potenzielle Energie	103
4.1.1 Arbeit und potenzielle Energie	103
4.1.2 Wegunabhängigkeit von konservativen Kräften	105
4.1.3 Berechnung der potenziellen Energie	106
4.2 Der Energieerhaltungssatz der Mechanik	108
4.2.1 Der Energieerhaltungssatz der Mechanik	109
4.3 Grafische Darstellung der potenziellen Energie	112
4.3.1 Potenzialkurven	113
4.4 Von einer äußeren Kraft an einem System verrichtete Arbeit	115
4.4.1 Von einer äußeren Kraft an einem System verrichtete Arbeit	116
4.5 Energieerhaltung	118
4.5.1 Energieerhaltung	119
4.6 Zusammenfassung	121
4.7 Fragen	123
5 Systeme von Teilchen	127
5.1 Der Schwerpunkt	127
5.1.1 Der Schwerpunkt	127
5.2 Das zweite Newtonsche Gesetz für ein Teilchensystem	130
5.2.1 Das zweite Newtonsche Gesetz für ein Teilchensystem	131
5.3 Der Impuls	133
5.3.1 Der Impuls eines einzelnen Teilchens	134
5.3.2 Der Impuls eines Teilchensystems	135
5.4 Stoßprozesse: Der Kraftstoß	135
5.4.1 Einzelne Stöße	136
5.4.2 Stoßserien	138
5.5 Die Impulserhaltung	139
5.5.1 Die Impulserhaltung	139
5.6 Inelastische eindimensionale Stöße	141
5.6.1 Inelastische eindimensionale Stöße	141
5.6.2 Vollständig inelastische eindimensionale Stöße	142
5.6.3 Die Geschwindigkeit des Schwerpunkts	142
5.7 Elastische eindimensionale Stöße	143
5.7.1 Stöße auf ein ruhendes Objekt	143
5.7.2 Stöße auf ein bewegtes Objekt	145
5.8 Zweidimensionale Stöße	146
5.8.1 Zweidimensionale Stöße	146
5.9 Systeme mit veränderlicher Masse: Eine Rakete	147
5.9.1 Raketen	147
5.10 Äußere Kräfte und Änderungen der inneren Energie	150
5.10.1 Körper, die nicht starr sind	150
5.10.2 Herleitung von Gl. 5.72	151
5.11 Zusammenfassung	152
5.12 Fragen	153
6 Die Rotation ausgedehnter Körper	157
6.1 Die Variablen der Rotation	157
6.1.1 Die Variablen der Rotation	158
6.1.2 Sind Winkelgrößen Vektoren?	160
6.2 Rotation mit konstanter Winkelbeschleunigung	162
6.2.1 Rotation mit konstanter Winkelbeschleunigung	162
6.3 Beziehungen zwischen den Variablen für lineare Bewegung und Rotation	163
6.3.1 Beziehungen zwischen den Variablen für lineare Bewegung und Rotation	164
6.4 Die kinetische Energie der Rotation	166
6.4.1 Die kinetische Energie der Rotation	166
6.5 Die Berechnung des Trägheitsmoments	168
6.5.1 Die Berechnung des Trägheitsmoments	168
6.6 Das Drehmoment	170
6.6.1 Das Drehmoment	171
6.7 Das zweite Newtonsche Gesetz für die Rotation	172
6.7.1 Das zweite Newtonsche Gesetz für die Rotation	172
6.8 Arbeit und kinetische Energie der Rotation	173
6.8.1 Arbeit und kinetische Energie der Rotation	174
6.9 Zusammenfassung	176
6.10 Fragen	178
7 Rollbewegung, Drehmoment und Drehimpuls	181
7.1 Die Rollbewegung	181
7.1.1 Die Rollbewegung als Mischung aus Translation und Rotation	181
7.1.2 Die Rollbewegung als reine Rotation	183
7.2 Kräfte und die kinetische Energie der Rollbewegung	183
7.2.1 Die kinetische Energie der Rollbewegung	184
7.2.2 Die Kräfte bei der Rollbewegung	184
7.3 Das Jo-Jo	186
7.3.1 Das Jo-Jo	187
7.4 Eine erweiterte Definition des Drehmoments	187
7.4.1 Ein erweiterter Blick auf das Drehmoment	188
7.5 Der Drehimpuls	189
7.5.1 Der Drehimpuls	190
7.6 Das zweite Newtonsche Gesetz in Winkelschreibweise	191
7.6.1 Das zweite Newtonsche Gesetz in Winkelschreibweise	191
7.7 Der Drehimpuls eines starren Körpers	193
7.7.1 Der Drehimpuls eines Systems von Teilchen	193
7.7.2 Der Drehimpuls eines rotierenden starren Körpers	194
7.8 Die Erhaltung des Drehimpulses	196
7.8.1 Die Erhaltung des Drehimpulses	196
7.9 Die Präzession eines Kreisels	199
7.9.1 Die Präzession eines Kreisels	199
7.10 Zusammenfassung	201
7.11 Fragen	202
8 Gleichgewicht und Elastizität	205
8.1 Gleichgewicht	205
8.1.1 Gleichgewicht	205
8.1.2 Bedingungen für das Gleichgewicht	207
8.1.3 Das Gravizentrum	208
8.2 Beispiele für statische Gleichgewichte	209
8.2.1 Beispiele für statische Gleichgewichte	210
8.3 Elastizität	212
8.3.1 Unterbestimmte Strukturen	212
8.3.2 Elastizität	214
8.4 Zusammenfassung	217
8.5 Fragen	217
9 Gravitation	221
9.1 Das Newtonsche Gravitationsgesetz	221
9.1.1 Das Newtonsche Gravitationsgesetz	222
9.2 Gravitation und das Superpositions-prinzip	224
9.2.1 Gravitation und das Superpositionsprinzip	224
9.3 Die Gravitation in der Nähe der Erdoberfläche	225
9.3.1 Die Gravitation in der Nähe der Erdoberfläche	226
9.4 Die Gravitation innerhalb der Erde	228
9.4.1 Die Gravitation innerhalb der Erde	228
9.5 Die potenzielle Energie der Gravitation	230
9.5.1 Die potenzielle Energie der Gravitation	231
9.6 Planeten und Satelliten: Die Keplerschen Gesetze	234
9.6.1 Planeten und Satelliten: Die Keplerschen Gesetze	235
9.7 Satelliten: Umlaufbahnen und Energie	237
9.7.1 Satelliten: Umlaufbahnen und Energie	238
9.8 Einstein und die Gravitation	239
9.8.1 Das Äquivalenzprinzip	239
9.8.2 Die Krümmung des Raums	240
9.9 Zusammenfassung	241
9.10 Fragen	243
10 Fluide	247
10.1 Fluide, Dichte und Druck	247
10.1.1 Was ist ein Fluid?	247
10.1.2 Dichte und Druck	248
10.2 Ruhende Fluide	249
10.2.1 Ruhende Fluide	250
10.3 Druckmessung	252
10.3.1 Druckmessung	252
10.4 Das Pascalsche Prinzip	254
10.4.1 Das Pascalsche Prinzip	254
10.5 Das archimedische Prinzip	255
10.5.1 Das archimedische Prinzip	256
10.6 Die Kontinuitätsgleichung	259
10.6.1 Ideale Fluide in Bewegung	259
10.6.2 Die Kontinuitätsgleichung	261
10.7 Die Bernoulli-Gleichung	262
10.7.1 Die Bernoulli-Gleichung	262
10.8 Zusammenfassung	265
10.9 Fragen	266
11 Schwingungen	269
11.1 Harmonische Schwingungen	269
11.1.1 Harmonische Schwingungen	269
11.1.2 Das Kraftgesetz einer harmonischen Schwingung	273
11.2 Die Energie einer harmonischen Schwingung	274
11.2.1 Die Energie einer harmonischen Schwingung	275
11.3 Das Torsionspendel	276
11.3.1 Das Torsionspendel	276
11.4 Pendel und Kreisbewegungen	278
11.4.1 Pendel	279
11.4.2 Harmonische Schwingungen und die gleichförmige Kreisbewegung	281
11.5 Gedämpfte harmonische Schwingungen	283
11.5.1 Gedämpfte harmonische Schwingungen	283
11.6 Erzwungene Schwingungen und Resonanz	285
11.6.1 Erzwungene Schwingungen und Resonanz	285
11.7 Das Foucaultsche Pendel	287
11.7.1 Das Foucaultsche Pendel	287
11.8 Zusammenfassung	288
11.9 Fragen	289
12 Wellen – I	293
12.1 Transversalwellen	293
12.1.1 Arten von Wellen	293
12.1.2 Transversal- und Longitudinalwellen	294
12.1.3 Wellenlänge und Frequenz	295
12.1.4 Die Geschwindigkeit einer fortlaufenden Welle	297
12.2 Die Wellengeschwindigkeit eines gespannten Seils	299
12.2.1 Die Wellengeschwindigkeit eines gespannten Seils	300
12.3 Energie und Leistung einer sich ausbreitenden Seilwelle	302
12.3.1 Energie und Leistung einer fortlaufenden Seilwelle	302
12.4 Die Wellengleichung	304
12.4.1 Die Wellengleichung	304
12.5 Die Interferenz von Wellen	307
12.5.1 Das Superpositionsprinzip für Wellen	307
12.5.2 Die Interferenz von Wellen	308
12.6 Darstellung von Wellen durch Zeiger	311
12.6.1 Zeiger	311
12.7 Stehende Wellen und Resonanz	312
12.7.1 Stehende Wellen	313
12.7.2 Stehende Wellen und Resonanz	315
12.8 Zusammenfassung	318
12.9 Fragen	319
13 Wellen – II	321
13.1 Die Schallgeschwindigkeit	321
13.1.1 Schallwellen	321
13.1.2 Die Schallgeschwindigkeit	322
13.2 Die Ausbreitung von Schallwellen	324
13.2.1 Die Ausbreitung von Schallwellen	325
13.3 Interferenz	328
13.3.1 Interferenz	328
13.4 Schallintensität und Schallpegel	330
13.4.1 Schallintensität und Schallpegel	330
13.5 Musikalische Töne	333
13.5.1 Musikalische Töne	333
13.6 Schwebungen	336
13.6.1 Schwebungen	336
13.7 Der Doppler-Effekt	337
13.7.1 Der Doppler-Effekt	338
13.8 Überschallgeschwindigkeit und Stoßwellen	342
13.8.1 Überschallgeschwindigkeit und Stoßwellen	342
13.9 Zusammenfassung	343
13.10 Fragen	344
14 Temperatur, Wärme und der erste Hauptsatz der Thermodynamik	347
14.1 Temperatur	347
14.1.1 Temperatur	347
14.1.2 Der nullte Hauptsatz der Thermodynamik	347
14.1.3 Die Messung von Temperaturen	349
14.2 Die Celsius- und die Fahrenheit-Skala	350
14.2.1 Die Celsius- und die Fahrenheit-Skala	351
14.3 Wärmeausdehnung	353
14.3.1 Wärmeausdehnung	353
14.4 Die Absorption von Wärme	355
14.4.1 Temperatur und Wärme	357
14.4.2 Die Aufnahme von Wärme durch Festkörper und Flüssigkeiten	358
14.5 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik	361
14.5.1 Wärme und Arbeit: Eine ausführlichere Betrachtung	362
14.5.2 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik	365
14.5.3 Einige Beispiele für den ersten Hauptsatz der Thermodynamik	366
14.6 Mechanismen der Wärmeübertragung	367
14.6.1 Mechanismen der Wärmeübertragung	368
14.7 Zusammenfassung	372
14.8 Fragen	373
15 Die kinetische Gastheorie	377
15.1 Ein neuer Blick auf Gase	377
15.1.1 Die Avogadro-Konstante	377
15.2 Ideale Gase	378
15.2.1 Ideale Gase	379
15.3 Druck, Temperatur und gemittelte Geschwindigkeiten	382
15.3.1 Druck, Temperatur und Mittelwerte von Geschwindigkeiten	382
15.4 Kinetische Translationsenergie	385
15.4.1 Kinetische Translationsenergie	385
15.5 Die mittlere freie Weglänge	386
15.5.1 Die mittlere freie Weglänge	386
15.6 Die Verteilungsfunktion der Molekülgeschwindigkeiten	388
15.6.1 Die Verteilung der Molekülgeschwindigkeiten	388
15.7 Die molare Wärmekapazität idealer Gase	391
15.7.1 Die molare Wärmekapazität idealer Gase	392
15.8 Freiheitsgrade und molare Wärmekapazität	396
15.8.1 Freiheitsgrade und molare Wärmekapazität	397
15.8.2 Die Quantenmechanik macht sich bemerkbar	398
15.9 Die adiabatische Expansion eines idealen Gases	399
15.9.1 Die adiabatische Expansion idealer Gase	399
15.10 Reale Gase	403
15.10.1 Reale Gase	403
15.11 Zusammenfassung	406
15.12 Fragen	407
16 Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik	411
16.1 Entropie	411
16.1.1 Irreversible Prozesse und Entropie	411
16.1.2 Entropieänderungen	412
16.1.3 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik	415
16.2 Entropie in Aktion: Thermodynamische Maschinen	416
16.2.1 Thermodynamische Maschinen	417
16.3 Kältemaschinen und reale Maschinen	421
16.3.1 Kältemaschinen	422
16.3.2 Der Wirkungsgrad von realen Maschinen	424
16.4 Eine statistische Interpretation der Entropie	425
16.4.1 Eine statistische Interpretation der Entropie	425
16.5 Zusammenfassung	428
16.6 Fragen	430
17 Elektrische Ladung	433
17.1 Elektromagnetismus	433
17.1.1 Elektrische Ladung	434
17.1.2 Leiter und Isolatoren	435
17.1.3 Das Coulomb-Gesetz	437
17.2 Die elektrische Ladung ist quantisiert	440
17.2.1 Ladung ist quantisiert	440
17.3 Die elektrische Ladung ist eine Erhaltungsgröße	441
17.3.1 Ladung ist eine Erhaltungsgröße	442
17.4 Zusammenfassung	443
17.5 Fragen	443
18 Elektrische Felder	447
18.1 Das elektrische Feld	447
18.1.1 Das elektrische Feld	447
18.1.2 Elektrische Feldlinien	448
18.2 Das elektrische Feld einer Punktladung	450
18.2.1 Das elektrische Feld einer Punktladung	451
18.3 Das elektrische Feld eines Dipols	452
18.3.1 Das elektrische Feld eines elektrischen Dipols	452
18.4 Elektrisches Feld einer linearen Ladungsverteilung	454
18.4.1 Das elektrische Feld einer linearen Ladungsverteilung	454
18.5 Das elektrische Feld einer geladenen Scheibe	458
18.5.1 Das elektrische Feld einer geladenen Scheibe	458
18.6 Punktladung im elektrischen Feld	460
18.6.1 Punktladung im elektrischen Feld	460
18.7 Ein Dipol in einem elektrischen Feld	462
18.7.1 Ein Dipol im elektrischen Feld	463
18.8 Zusammenfassung	465
18.9 Fragen	466
19 Der Gaußsche Satz	469
19.1 Das Coulombsche Gesetz in neuem Licht	469
19.1.1 Das Coulombsche Gesetz in neuem Licht	469
19.1.2 Der Fluss	470
19.1.3 Der Fluss eines elektrischen Felds	471
19.2 Der Gaußsche Satz	472
19.2.1 Der Gaußsche Satz	472
19.2.2 Gaußscher Satz und Coulombsches Gesetz	474
19.3 Eigenschaften eines geladenen, isolierten Leiters	476
19.3.1 Geladene isolierte Leiter	476
19.3.2 Ein isolierter Leiter mit einem Hohlraum	477
19.3.3 Der Grenzfall eines nicht existierenden Körpers	477
19.3.4 Das äußere elektrische Feld	478
19.4 Eine Anwendung des Gaußschen Satzes: Zylindersymmetrie	479
19.4.1 Eine Anwendung des Gaußschen Satzes: Zylindersymmetrie	479
19.5 Eine Anwendung des Gaußschen Satzes: Ebene Symmetrie	480
19.5.1 Eine Anwendung des Gaußschen Satzes: Ebene Symmetrie	481
19.6 Eine Anwendung des Gaußschen Satzes: Kugelsymmetrie	483
19.6.1 Eine Anwendung des Gaußschen Satzes: Kugelsymmetrie	483
19.7 Zusammenfassung	485
19.8 Fragen	486
20 Das elektrische Potenzial	489
20.1 Das elektrische Potenzial	489
20.1.1 Elektrisches Potenzial und elektrische potenzielle Energie	490
20.2 Äquipotenzialflächen	493
20.2.1 Äquipotenzialflächen	494
20.2.2 Die Berechnung des Potenzials aus dem Feld	495
20.3 Das Potenzial von Punktladungen	496
20.3.1 Das Potenzial einer Punktladung	497
20.3.2 Das Potenzial einer Gruppe von Punktladungen	498
20.4 Das Potenzial eines elektrischen Dipols	499
20.4.1 Das Potenzial eines elektrischen Dipols	499
20.5 Das Potenzial einer kontinuierlichen Ladungsverteilung	501
20.5.1 Das Potenzial einer kontinuierlichen Ladungsverteilung	501
20.6 Die Berechnung des elektrischen Felds aus dem elektrischen Potenzial	504
20.6.1 Die Berechnung des elektrischen Felds aus dem elektrischen Potenzial	504
20.7 Die elektrische potenzielle Energie eines Systems von Punktladungen	506
20.7.1 Die elektrische potenzielle Energie eines Systems von Punktladungen	506
20.8 Das Potenzial eines geladenen, isolierten leitenden Körpers	507
20.8.1 Das Potenzial eines geladenen, isolierten leitenden Körpers	508
20.9 Zusammenfassung	509
20.10 Fragen	511
21 Kapazität	513
21.1 Kondensatoren und ihre Anwendungen	513
21.1.1 Kapazität	513
21.2 Die Berechnung der Kapazität	516
21.2.1 Kapazität typischer Kondensatoren	516
21.3 Parallel- und Reihenschaltung von Kondensatoren	520
21.3.1 Parallel- und Reihenschaltung von Kondensatoren	521
21.4 In einem elektrischen Feld gespeicherte Energie	525
21.4.1 In einem elektrischen Feld gespeicherte Energie	525
21.5 Kondensator mit Dielektrikum	527
21.5.1 Kondensator mit Dielektrikum	528
21.5.2 Dielektrika – auf atomarem Niveau betrachtet	530
21.6 Dielektrika und Gaußscher Satz	531
21.6.1 Dielektrika und Gaußscher Satz	531
21.7 Zusammenfassung	533
21.8 Fragen	534
22 Elektrischer Strom und Widerstand	537
22.1 Ladung in Bewegung: Elektrischer Strom	537
22.1.1 Elektrischer Strom	537
22.2 Die Stromdichte	539
22.2.1 Die Stromdichte	540
22.3 Widerstand und spezifischer Widerstand	542
22.3.1 Widerstand und spezifischer Widerstand	543
22.4 Das Ohmsche Gesetz	546
22.4.1 Das Ohmsche Gesetz	547
22.4.2 Das Ohmsche Gesetz – mikroskopisch betrachtet	548
22.5 Elektrische Leistung in Stromkreisen	550
22.5.1 Elektrische Leistung in Stromkreisen	551
22.5.2 Halbleiter	552
22.5.3 Supraleiter	553
22.6 Zusammenfassung	555
22.7 Fragen	556
23 Stromkreise	559
23.1 Unverzweigte Stromkreise	559
23.1.1 Ladungen „pumpen“	559
23.1.2 Arbeit, Energie und Spannung	560
23.1.3 Berechnung des Stroms in einem unverzweigten Stromkreis	562
23.1.4 Weitere unverzweigte Stromkreise	564
23.1.5 Potenzialdifferenzen	566
23.2 Verzweigte Stromkreise	568
23.2.1 Verzweigte Stromkreise	569
23.3 Amperemeter und Voltmeter	572
23.3.1 Amperemeter und Voltmeter	572
23.4 RC-Kreise	573
23.4.1 RC-Kreise	574
23.5 Zusammenfassung	577
23.6 Fragen	578
24 Magnetfelder	581
24.1 Magnetfelder und die Definition von	581
24.1.1 Wie entsteht ein magnetisches Feld?	581
24.1.2 Die Definition von	582
24.2 Gekreuzte Felder: Die Entdeckung des Elektrons	586
24.2.1 Gekreuzte Felder: Die Entdeckung des Elektrons	586
24.3 Gekreuzte Felder: Der Hall-Effekt	588
24.3.1 Gekreuzte Felder: Der Hall-Effekt	589
24.4 Geladene Teilchen auf einer Kreisbahn	590
24.4.1 Geladene Teilchen auf einer Kreisbahn	591
24.5 Zyklotron und Synchrotron	594
24.5.1 Zyklotron und Synchrotron	594
24.6 Die magnetische Kraft auf einen stromdurchflossenen Draht	596
24.7 Das Drehmoment auf eine stromdurchflossene Drahtschleife	598
24.7.1 Das Drehmoment auf eine stromdurchflossene Drahtschleife	599
24.8 Das magnetische Dipolmoment	601
24.8.1 Das magnetische Dipolmoment	602
24.9 Zusammenfassung	603
24.10 Fragen	604
25 Magnetfelder aufgrund von Strömen	607
25.1 Das Magnetfeld um einen Strom	607
25.1.1 Das Magnetfeld um einen Strom	607
25.2 Die Kraft zwischen parallelen Strömen	612
25.2.1 Die Kraft zwischen parallelen Strömen	612
25.3 Das Ampèresche Gesetz	613
25.3.1 Das Ampèresche Gesetz	614
25.4 Zylinder- und Ringspulen	617
25.4.1 Zylinder- und Ringspulen	617
25.5 Eine stromführende Spule als magnetischer Dipol	620
25.5.1 Eine stromführende Spule als magnetischer Dipol	620
25.6 Zusammenfassung	623
25.7 Fragen	623
26 Induktion und Induktivität	627
26.1 Das Faradaysche Gesetz und die Lenzsche Regel	627
26.1.1 Zwei symmetrische Situationen	627
26.1.2 Zwei Experimente	628
26.1.3 Das Faradaysche Induktionsgesetz	628
26.1.4 Die Lenzsche Regel	630
26.2 Induktion und Energietransfer	633
26.2.1 Induktion und Energietransfer	633
26.3 Induzierte elektrische Felder	636
26.3.1 Induzierte elektrische Felder	636
26.4 Induktivität	639
26.4.1 Induktivität	640
26.5 Selbstinduktion	641
26.5.1 Selbstinduktion	642
26.6 RL-Kreise	643
26.6.1 RL-Kreise	644
26.7 Energiespeicherung im Magnetfeld	646
26.7.1 Energiespeicherung im Magnetfeld	647
26.8 Die Energiedichte eines Magnetfelds	648
26.8.1 Die Energiedichte eines Magnetfelds	648
26.9 Gegeninduktion	649
26.9.1 Gegeninduktion	649
26.10 Zusammenfassung	651
26.11 Fragen	652
27 Elektromagnetische Schwingkreise und Wechselstrom	655
27.1 LC-Schwingungen	655
27.1.1 LC-Schwingungen: Eine qualitative Betrachtung	655
27.1.2 Die Analogie zwischen elektrischen und mechanischen Oszillatoren	658
27.1.3 LC-Schwingungen: Eine quantitative Diskussion	659
27.2 Gedämpfte Schwingungen in einem RLC-Kreis	661
27.2.1 Gedämpfte Schwingungen in einem RLC-Kreis	662
27.3 Erzwungene Schwingungen	663
27.3.1 Wechselstrom	664
27.3.2 Erzwungene Schwingungen	665
27.3.3 Drei einfache Stromkreise	666
27.4 Der Reihen-RLC-Kreis	671
27.4.1 Der Reihen-RLC-Kreis	672
27.5 Leistung in Wechselstromkreisen	676
27.5.1 Leistung in Wechselstromkreisen	676
27.6 Transformatoren	678
27.6.1 Transformatoren	679
27.7 Zusammenfassung	682
27.8 Fragen	683
28 Magnetismus und Materie	685
28.1 Der Gaußsche Satz für Magnetfelder	685
28.1.1 Der Gaußsche Satz für Magnetfelder	685
28.2 Induzierte magnetische Felder	687
28.2.1 Induzierte magnetische Felder	687
28.3 Der Verschiebungsstrom und die Maxwell-Gleichungen	689
28.3.1 Der Verschiebungsstrom	690
28.3.2 Die Maxwell-Gleichungen	691
28.4 Magnete	692
28.4.1 Magnete	693
28.5 Der Magnetismus von Elektronen	694
28.5.1 Der Magnetismus von Elektronen	696
28.5.2 Magnetische Materialien	700
28.6 Diamagnetismus	701
28.6.1 Diamagnetismus	701
28.7 Paramagnetismus	702
28.7.1 Paramagnetismus	703
28.8 Ferromagnetismus	705
28.8.1 Ferromagnetismus	705
28.9 Zusammenfassung	708
28.10 Fragen	710
29 Elektromagnetische Wellen	713
29.1 Elektromagnetische Wellen	713
29.1.1 Maxwells Regenbogen	713
29.1.2 Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen: Eine qualitative Betrachtung	714
29.1.3 Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen: Eine quantitative Betrachtung	718
29.2 Energietransport und Poynting-Vektor	721
29.2.1 Energietransport und Poynting-Vektor	722
29.3 Der Strahlungsdruck	724
29.3.1 Der Strahlungsdruck	724
29.4 Polarisation	726
29.4.1 Polarisation	727
29.5 Reflexion und Brechung	730
29.5.1 Reflexion und Brechung	731
29.6 Totalreflexion	735
29.6.1 Totalreflexion	736
29.7 Polarisation durch Reflexion	737
29.7.1 Polarisation durch Reflexion	737
29.8 Zusammenfassung	738
29.9 Fragen	740
30 Abbildungen	743
30.1 Bilder und ebene Spiegel	743
30.1.1 Zwei Arten von Bildern	743
30.1.2 Ebene Spiegel	745
30.2 Kugelspiegel	747
30.2.1 Kugelspiegel	748
30.2.2 Abbildungen an Kugelspiegeln	749
30.3 Sphärische brechende Flächen	752
30.3.1 Sphärische brechende Flächen	753
30.4 Dünne Linsen	754
30.4.1 Dünne Linsen	755
30.5 Optische Instrumente	761
30.5.1 Optische Instrumente	761
30.6 Drei Herleitungen	765
30.6.1 Die Gleichung für den Kugelspiegel (Gl. 30.4)	765
30.6.2 Die Linsengleichung (Gl. 30.8)	765
30.6.3 Die Gleichungen für dünne Linsen (Gln. 30.9 und 30.10)	766
30.7 Zusammenfassung	767
30.8 Fragen	768
31 Interferenz	771
31.1 Licht als Welle	771
31.1.1 Das Huygenssche Prinzip	771
31.2 Beugung am Doppelspalt	775
31.2.1 Beugung	776
31.2.2 Der Doppelspaltversuch	777
31.3 Interferenz und Intensität	780
31.3.1 Kohärenz	781
31.3.2 Die Intensitäten bei der Interferenz am Doppelspalt	781
31.4 Interferenz an dünnen Schichten	784
31.4.1 Interferenz an dünnen Schichten	785
31.5 Das Michelson-Interferometer	790
31.5.1 Das Michelson-Interferometer	790
31.6 Zusammenfassung	791
31.7 Fragen	792
32 Beugung	795
32.1 Beugung am Einzelspalt	795
32.1.1 Beugung und die Wellentheorie des Lichts	795
32.1.2 Beugung am Einzelspalt: Die Lage der Minima	796
32.2 Intensitäten bei der Beugung am Einzelspalt	799
32.2.1 Intensitäten bei der Beugung am Einzelspalt: Eine qualitative Betrachtung	800
32.2.2 Intensitäten bei der Beugung am Einzelspalt: Eine quantitative Betrachtung	801
32.3 Beugung an einer kreisrunden Öffnung	803
32.3.1 Beugung an einer kreisrunden Öffnung	804
32.4 Beugung am Doppelspalt	806
32.4.1 Beugung am Doppelspalt	807
32.5 Beugungsgitter	809
32.5.1 Beugungsgitter	810
32.6 Beugungsgitter: Dispersion und Auflösungsvermögen	813
32.6.1 Dispersion	813
32.6.2 Auflösungsvermögen	814
32.6.3 Die Herleitung von Gl. 32.23	814
32.6.4 Die Herleitung von Gl. 32.25	814
32.6.5 Ein Vergleich zwischen Dispersion und Auflösungsvermögen	815
32.7 Röntgenbeugung	815
32.7.1 Röntgenbeugung	816
32.8 Zusammenfassung	818
32.9 Fragen	819
33 Relativitätstheorie	821
33.1 Gleichzeitigkeit und Zeitdilatation	821
33.1.1 Die Postulate	822
33.1.2 Die Messung von Ereignissen	823
33.1.3 Die Relativität der Gleichzeitigkeit	824
33.1.4 Die Relativität der Zeit	826
33.2 Die Relativität der Länge	830
33.2.1 Die Relativität der Länge	830
33.3 Die Lorentz-Transformation	832
33.3.1 Die Lorentz-Transformation	832
33.3.2 Einige Folgen aus den Lorentz-Gleichungen	835
33.4 Die Relativität der Geschwindigkeiten	836
33.4.1 Die Relativität der Geschwindigkeiten	836
33.5 Der Doppler-Effekt für Lichtwellen	837
33.5.1 Der Doppler-Effekt für Lichtwellen	838
33.6 Impuls und Energie	841
33.6.1 Eine neue Sicht auf den Impuls	842
33.6.2 Eine neue Sicht auf die Energie	843
33.7 Zusammenfassung	847
33.8 Fragen	848
34 Photonen und Materiewellen	851
34.1 Das Photon: Teilchen des Lichts	851
34.1.1 Das Photon: Teilchen des Lichts	851
34.2 Der photoelektrische Effekt	853
34.2.1 Der photoelektrische Effekt	853
34.3 Photonenimpuls, Compton-Verschiebung und Lichtinterferenz	856
34.3.1 Photonen besitzen einen Impuls	857
34.3.2 Licht als Wahrscheinlichkeitswelle	860
34.4 Die Geburtsstunde der Quantenphysik	862
34.4.1 Die Geburtsstunde der Quantenphysik	863
34.5 Elektronen und Materiewellen	864
34.5.1 Elektronen und Materiewellen	865
34.6 Die Schrödinger-Gleichung	868
34.6.1 Die Schrödinger-Gleichung	868
34.7 Die Heisenbergsche Unschärferelation	871
34.7.1 Die Heisenbergsche Unschärferelation	871
34.8 Reflexion an einer Potenzialschwelle	872
34.8.1 Reflexion an einer Potenzialschwelle	872
34.9 Der Tunneleffekt	874
34.9.1 Der Tunneleffekt	875
34.10 Zusammenfassung	877
34.11 Fragen	879
35 Mehr über Materiewellen	881
35.1 Die Energie eines Elektrons in einer Elektronenfalle	881
35.1.1 Seil- und Materiewellen	881
35.1.2 Eindimensionale Elektronenfallen	882
35.2 Die Wellenfunktionen eines Elektrons in einem Kastenpotenzial	885
35.2.1 Die Wellenfunktionen eines Elektrons in einem Kastenpotenzial	886
35.3 Das eindimensionale endliche Kastenpotenzial	889
35.3.1 Ein Elektron in einem endlichen Kastenpotenzial	889
35.4 Zwei- und dreidimensionale Elektronenfallen	890
35.4.1 Elektronenfallen in der Praxis	891
35.4.2 Die theoretische Analyse zwei- und dreidimensionaler Potenzialtöpfe	893
35.5 Das Wasserstoffatom	894
35.5.1 Das Wasserstoffatom als Elektronenfalle	896
35.5.2 Das Bohrsche Atommodell	896
35.5.3 Die Schrödinger-Gleichung und das Wasserstoffatom	899
35.6 Zusammenfassung	905
35.7 Fragen	906
36 Atome	909
36.1 Eigenschaften von Atomen	909
36.1.1 Eigenschaften von Atomen	909
36.1.2 Der Elektronenspin	912
36.1.3 Drehimpulse und magnetische Momente	912
36.2 Das Stern-Gerlach-Experiment	915
36.2.1 Das Stern-Gerlach-Experiment	915
36.3 Kernspinresonanz	918
36.3.1 Kernspinresonanz	918
36.4 Das Pauli-Prinzip	920
36.4.1 Das Pauli-Prinzip	920
36.4.2 Mehrere Elektronen in kastenförmigen Potenzialtöpfen	921
36.5 Der Aufbau des Periodensystems	922
36.5.1 Der Aufbau des Periodensystems	922
36.6 Röntgenstrahlung	925
36.6.1 Röntgenstrahlen und Ordnungszahlen	925
36.7 Laser	929
36.7.1 Laser und Laserlicht	930
36.7.2 Das Funktionsprinzip von Lasern	931
36.8 Zusammenfassung	934
36.9 Fragen	935
37 Elektrische Leitfähigkeit von Festkörpern	937
37.1 Die elektrischen Eigenschaften von Metallen	937
37.1.1 Die elektrischen Eigenschaften von Festkörpern	937
37.1.2 Die Energieniveaus in einem kristallinen Festkörper	938
37.1.3 Nichtleiter	939
37.1.4 Metalle	940
37.2 Halbleiter und Dotierung	944
37.2.1 Halbleiter	944
37.2.2 Dotierung	947
37.3 pn-Übergänge und Transistoren	949
37.3.1 Der pn-Übergang	950
37.3.2 Der Halbleiter-Gleichrichter	951
37.3.3 Anwendungen des pn-Übergangs	953
37.3.4 Der Transistor	955
37.4 Zusammenfassung	957
37.5 Fragen	958
Anhang	961
A Das Internationale Einheitensystem (SI)	962
B Astronomische Daten	965
C Umrechnungsfaktoren	966
D Mathematische Formeln	968
E Eigenschaften der Elemente	973
F Antworten auf die Kontrollfragen und Fragen	976
G Stichwortverzeichnis	984
EULA	997

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