Physik LK

Bisher bekannte SI-Einheiten sind t (Zeit) gemessen in s (Sekunden), l (Länge) gemessen in m (Meter) und m (Masse) gemessen in kg.

1 Newton = 1 ^kg·m/_s²=Kraft, die in 1 s die Masse 1kg um 1m/_s beschleunigt.
1 Newton ist die Kraft, die 1 kg die Beschleunigung von ^1m/_s² erteilt.
Arbeit W=F•h Joule=Newton•Meter J=Nm
Hubarbeit W_H=F•h=m•g•h mit g= 9,81 ^m/_s².

Der elektrische Stromkreis

Eine neue SI-Einheit ist A (Ampere) für die Stromstärke I. Anschaulicher ist der Begriff Coulom C=As (Amperesekunde) = die Ladung, die bei einer Stromstärke von 1 A in 1s fließt.

Welcher Strom I fließt in einem Stromkreis mit
der Spannung U=6V und dem Widertand von R=10Ω?

Lösung: Mit der Umrechnung 10Ω=10^V/_A folgt aus R=^U/_I
die Beziehung I=^U/_R, also I=^6V/_10Ω=0,6A.
Bemerkung: Die Stromrichtung wird von + nach - angegeben, obwohl in Wahrheit die negativ geladenen Elektronen von - nach + fließen.

Fließt 1s (Sekunde) lang der Strom von 1A (Ampere), so fließt die Ladung 1C (Coulomb).

Merke: 1A=1^C/_s ⇒ 1C=1As.

Schwieriger ist es, zu erklären, was die Spannung U mit der Einheit V=Volt ist.
In einem elektrischen Feld E=^F/_q=^Kraft/_Ladung (siehe unten), z.b. E=2^N/_C wird beim Transport einer Ladung von A nach B entlang der Wegstrecke d=AB=5cm die Arbeit W=F·d geleistet (Bei Dorn-Bader E_El statt W).
Die Spannung ist dann U=^W/q=Arbeit pro Ladung. Hier mit W=Fd folgt:
U=^Fd/_q=2^N/_C·0,05m=0,1^Nm/_C=0,1V.

Merke: Spannung=^Arbeit/Ladung U=^W/_Q.
1 V (Volt)=1^J/_C=1^Nm/As.

Das elektrische Feld

1.1 Das elektrische Feld
1.2 Kräfte zwischen Ladungen

Feldstärke E=^F/_q= Kraft pro Ladung.
[E]=^N/_C
Da U=^W/_q=^F·d/_q, folgt U=E·d und [E]=^N/_C=^V/_m

1.3 Das elektische Feld
1.4 Feldlinienbilder
1.5 Homogene elektische Felder - Spannung

Elektrische Feldstärke E = Kraft F pro Ladung q ⇒ F=E·q
Spannung U = Arbeit W (oder E_El) pro Ladung q⇒ W=U·q und U=E·d (d=Weg)

1.6 Flächenladungsdichte und el. Feldkonstante
1.7 Der Kondensator als Ladungsspeicher

Kapazität eines Kondensators: C=^Q/_U=Ladung pro Spannung.
Einheit der Kapacität C ist F=Farad=^C/_V=Coulomb pro Volt

1.8 Die Energie eines Kondensator

E_El=1/₂Q²/_C (Q=Ladung C=Kapazität)

1.9 Auf- und Entladen eines Kondensators
1.10 Bestimmung der Elementarladung/Millikan-Versuch

e₀=1,602·10^-19C

1.11 Geladene Teilchen im elektischen Feld
1.12 Vergleich elektisches Feld - Gravitationsfeld

Das magnetische Feld

2.1 Magnete und Magnetfeld
2.2 Die Lorentzkraft

Die Lorentzkraft F_L=q·v·B (v senkrecht zu B) auf ein elektrische Teilchen mit der Ladung q wirkt
senkrecht Bewegungsrichtung v und senkrecht zur magnetischen Flussdichte B.
Beispiel: q=2C, v=3^m/_s und B=5^N/_Am. Mit C=As folgt: F_L=2C·3^m/_s·5^Ns/_Cm=30N.

2.3 Die magnetische Flussdichte
2.4 Die magnetische Feldkonstante

μ₀=1,257·10^-6·^Vs/_Am
μ₀ε₀=¹/_c²

2.5 Das Magnetfeld verschiedener Spulen
2.6 Das Magnetfeld der Erde
2.7 Elektronen im magnetischen Feld

10³⁰=1000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 Elektronen haben die Masse von 1kg.

2.8 Massenspektrometer mit Geschwindigkeitsfiltern

Induktion

3.1 Grundversuche zur Induktion

Wird ein elektrischer Leiter mit d=5m in einem Magnetfeld senkrecht zu den magnetischen Feldlinien bewegt, so wird eine Spannung in dem Leiter induziert. U_ind=B·v·d Zum Beispiel: B=2T=2^Vs/_m² (T=Tesla), v=3^m/_s und d=5m ⇒ U_ind=2^Vs/_m²·3^m/_s·5m=30V.

3.2 Induktion in Leiterschleifen
3.3 Lenzsches Gesetz
3.4 Wirbelströme
3.5 Wechselspannung
3.6 Selbstinduktion
3.7 Die Energie des Magnetfelds
3.8 Die Maxwellgleichungen

Mechanische Schwingungen

4.1 Beschreibung mechanischer Schwingungen

f=¹/_T (f=Frequenz T=Periodendauer)

4.2 Feder-Masse-Pendel induktiv

F=D·x (D=Federkonstante) T=2π√m/D

4.3 Feder-Masse-Pendel deduktiv
4.4 Fadenpendel, U-Rohr, Federschwinger
4.5 Energie einer Schwingung
4.6 Zwei Schwingungen am selben Ort

Mechanische Wellen

5.1 Wellen - fortschreitende Störungen
5.2 Längs-und Querwellen
5.3 Beschreibung von Wellen
5.4 Wellen in Gleichungen
5.5 Überlagerungen von wellen
5.6 Reflexion mechanischer Wellen
5.7 Stehende Wellen
5.8 Eigenschwingung und Resonanz
5.9 Der Dopplereffekt

Elektromagnetische Schwingungen und Wellen

6.1 Elektromagnetische Schwingkreise
6.2 Angeregte elektomagnetische Schwingkreise
6.3 Vom Schwingkreis zum Dipol
6.4 Elektromagnetische Wellen
6.5 Elektromagnetische Wellen in Materie
6.6 Polarisation

Wellenoptik

7.1 Interferenzen mit zwei Sendern
7.2 Interferenz am Doppelspalt
7.3 Interferenz am Gitter
7.4 Interferenz am Einzelspalt
7.5 Brechung und Reflexion
7.6 Längenmessung durch Interferenz
7.7 Interferenz im Alltag
7.8 Polarisation des Lichts
7.9 Röntgenstrahlung
7.10 Das elektromagnetische Spektrum

Quantenphysik

8.1 Der Photoeffekt
8.2 Innerer Phozoeffekt
8.3 Umkehrung des Photeffekts
8.4 Comton-Effekt
8.5 Quantenobjekt Photon
8.6 Messprozesse in der Quantenphysik
8.7 Elektronenbeugung
8.8 Unbestimmtheitsrelation
8.9 Modellvorstellung des Lichts

Atom- und Kernphysik

9.1 Atombau
9.2 Linienspektum und atomare Übergänge
9.3 Potentialtopf und Linienspektrum
9.4 Stoffe mit Spektren nachweisen

Astrophysik

Zusammenfassung