Halliday Physik

von: David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Stephan W. Koch

Wiley-VCH, 2017

ISBN: 9783527812592

Sprache: Deutsch

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Halliday Physik

	Cover	1
	Vorwort zur deutschen Ausgabe	7
	Zum Aufbau des Buches	8
	Inhaltsverzeichnis	9
	1 Messung und Maßeinheiten	15
	1.1 Grundsätzliches zu Messungen	15
	1.1.1 Dinge messen	16
	1.1.2 Das Internationale Einheitensystem SI	16
	1.1.3 Einheiten umwandeln	17
	1.1.4 Länge	18
	1.2 Zeit	20
	1.2.1 Die zwei Seiten der Zeit	20
	1.3 Masse	22
	1.3.1 Das Urkilogramm	22
	1.3.2 Ein zweites Massennormal	22
	1.3.3 Dichte	22
	1.4 Zusammenfassung	23
	1.5 Aufgaben	24
	2 Geradlinige Bewegung	27
	2.1 Ort, Verschiebung und mittlere Geschwindigkeit	27
	2.1.1 Bewegung	28
	2.1.2 Ort und Verschiebung	28
	2.1.3 Durchschnittsgeschwindigkeit	29
	2.2 Momentangeschwindigkeit	33
	2.2.1 Momentangeschwindigkeit	33
	2.3 Beschleunigung	35
	2.3.1 Beschleunigung	35
	2.4 Konstante Beschleunigung	38
	2.4.1 Konstante Beschleunigung: Ein Sonderfall	39
	2.4.2 Konstante Beschleunigung: ein anderer Blickwinkel	43
	2.5 Der freie Fall	44
	2.5.1 Der freie Fall	45
	2.6 Zusammenfassung	47
	2.7 Fragen	48
	2.8 Aufgaben	49
	3 Vektoren	55
	3.1 Vektoren und ihre Eigenschaften	55
	3.1.1 Vektoren und Skalare	56
	3.1.2 Geometrische Addition von Vektoren	56
	3.1.3 Komponenten von Vektoren	59
	3.2 Einheitsvektoren und Vektoraddition	62
	3.2.1 Einheitsvektoren	62
	3.2.2 Komponentenweise Addition von Vektoren	63
	3.2.3 Vektoren und physikalische Gesetze	67
	3.3 Die Multiplikation von Vektoren	67
	3.3.1 Die Multiplikation von Vektoren	68
	3.4 Felder	72
	3.4.1 Größen mit mehreren Variablen	72
	3.5 Partielle Ableitungen	74
	3.5.1 Wie man Felder ableitet	74
	3.6 Vektorableitungen	76
	3.6.1 Der Gradient	76
	3.6.2 Die Divergenz	77
	3.6.3 Die Rotation	78
	3.6.4 Zweite Ableitungen	78
	3.7 Komplexe Zahlen und Funktionen	79
	3.7.1 Erweiterung des reellen Zahlenbereichs	80
	3.8 Zusammenfassung	82
	3.9 Fragen	83
	3.10 Aufgaben	85
	4 Bewegung in zwei und drei Dimensionen	91
	4.1 Ort und Verschiebung	91
	4.1.1 Ort und Verschiebung	92
	4.2 Durchschnittsgeschwindigkeit und Momentangeschwindigkeit	94
	4.2.1 Mittlere und Momentangeschwindigkeit	94
	4.3 Durchschnittsbeschleunigung und Momentanbeschleunigung	96
	4.3.1 Veränderliche Geschwindigkeiten	97
	4.4 Wurfbewegungen	99
	4.4.1 Flugbahnen	99
	4.4.2 Analyse der Wurfbewegung	101
	4.5 Die gleichförmige Kreisbewegung	106
	4.5.1 Konstanter Betrag, variable Richtung	107
	4.5.2 Beweis von Gleichung 4.30	107
	4.6 Relativbewegung in einer Dimension	109
	4.6.1 Bezugssysteme	110
	4.7 Relativbewegung in zwei Dimensionen	112
	4.7.1 Mehr als eine Dimension	112
	4.8 Zusammenfassung	114
	4.9 Fragen	115
	4.10 Aufgaben	118
	5 Kraft und Bewegung – I	125
	5.1 Das erste und das zweite Newtonsche Gesetz	125
	5.1.1 Die Newtonsche Mechanik	126
	5.1.2 Das erste Newtonsche Gesetz	127
	5.1.3 Kraft	128
	5.1.4 Masse	129
	5.1.5 Das zweite Newtonsche Gesetz	130
	5.2 Einige besondere Kräfte	135
	5.2.1 Einige besondere Kräfte	136
	5.3 Die Newtonschen Gesetze in der Praxis	140
	5.3.1 Das dritte Newtonsche Gesetz	141
	5.3.2 Anwendung der Newtonschen Gesetze	142
	5.4 Zusammenfassung	150
	5.5 Fragen	151
	5.6 Aufgaben	153
	6 Kraft und Bewegung – II	159
	6.1 Reibung	159
	6.1.1 Reibung	160
	6.1.2 Eigenschaften der Reibung	162
	6.2 Strömungswiderstand und Endgeschwindigkeit	165
	6.2.1 Strömungswiderstand und Endgeschwindigkeit	166
	6.3 Gleichförmige Kreisbewegung	169
	6.3.1 Gleichförmige Kreisbewegung	169
	6.4 Scheinkräfte	175
	6.4.1 Nichtinertialsysteme	176
	6.5 Zusammenfassung	179
	6.6 Fragen	180
	6.7 Aufgaben	182
	7 Kinetische Energie und Arbeit	189
	7.1 Energie	189
	7.1.1 Kinetische Energie	189
	7.1.2 Arbeit	191
	7.2 Arbeit und kinetische Energie	192
	7.2.1 Arbeit und kinetische Energie	193
	7.3 Von der Gravitationskraft verrichtete Arbeit	197
	7.3.1 Von der Gravitationskraft verrichtete Arbeit	198
	7.4 Von einer Federkraft verrichtete Arbeit	202
	7.4.1 Von einer Federkraft verrichtete Arbeit	203
	7.5 Von einer allgemeinen veränderlichen Kraft verrichtete Arbeit	206
	7.5.1 Von einer allgemeinen veränderlichen Kraft verrichtete Arbeit	207
	7.6 Leistung	211
	7.6.1 Leistung	212
	7.7 Zusammenfassung	214
	7.8 Fragen	215
	7.9 Aufgaben	218
	8 Potenzielle Energie und Energieerhaltung	225
	8.1 Potenzielle Energie	225
	8.1.1 Arbeit und potenzielle Energie	226
	8.1.2 Wegunabhängigkeit von konservativen Kräften	228
	8.1.3 Berechnung der potenziellen Energie	230
	8.2 Der Energieerhaltungssatz der Mechanik	233
	8.2.1 Der Energieerhaltungssatz der Mechanik	234
	8.3 Grafische Darstellung der potenziellen Energie	237
	8.3.1 Potenzialkurven	238
	8.4 Von einer äußeren Kraft an einem System verrichtete Arbeit	242
	8.4.1 Von einer äußeren Kraft an einem System verrichtete Arbeit	243
	8.5 Energieerhaltung	246
	8.5.1 Energieerhaltung	247
	8.6 Zusammenfassung	252
	8.7 Fragen	253
	8.8 Aufgaben	255
	9 Systeme von Teilchen	265
	9.1 Der Schwerpunkt	265
	9.1.1 Der Schwerpunkt	266
	9.2 Das zweite Newtonsche Gesetz für ein Teilchensystem	270
	9.2.1 Das zweite Newtonsche Gesetz für ein Teilchensystem	271
	9.3 Der Impuls	275
	9.3.1 Der Impuls eines einzelnen Teilchens	275
	9.3.2 Der Impuls eines Teilchensystems	276
	9.4 Stoßprozesse: Der Kraftstoß	277
	9.4.1 Einzelne Stöße	277
	9.4.2 Stoßserien	279
	9.5 Die Impulserhaltung	281
	9.5.1 Die Impulserhaltung	282
	9.6 Inelastische eindimensionale Stöße	286
	9.6.1 Inelastische eindimensionale Stöße	286
	9.6.2 Vollständig inelastische eindimensionale Stöße	287
	9.6.3 Die Geschwindigkeit des Schwerpunkts	287
	9.7 Elastische eindimensionale Stöße	289
	9.7.1 Stöße auf ein ruhendes Objekt	289
	9.7.2 Stöße auf ein bewegtes Objekt	291
	9.8 Zweidimensionale Stöße	293
	9.8.1 Zweidimensionale Stöße	293
	9.9 Systeme mit veränderlicher Masse: Eine Rakete	294
	9.9.1 Raketen	294
	9.10 Äußere Kräfte und Änderungen der inneren Energie	297
	9.10.1 Körper, die nicht starr sind	297
	9.10.2 Herleitung von Gl. 9.84	298
	9.11 Zusammenfassung	300
	9.12 Fragen	302
	9.13 Aufgaben	304
	10 Die Rotation ausgedehnter Körper	315
	10.1 Die Variablen der Rotation	315
	10.1.1 Die Variablen der Rotation	317
	10.1.2 Sind Winkelgrößen Vektoren?	323
	10.2 Rotation mit konstanter Winkelbeschleunigung	324
	10.2.1 Rotation mit konstanter Winkelbeschleunigung	324
	10.3 Beziehungen zwischen den Variablen für lineare Bewegung und Rotation	327
	10.3.1 Beziehungen zwischen den Variablen für lineare Bewegung und Rotation	327
	10.4 Die kinetische Energie der Rotation	332
	10.4.1 Die kinetische Energie der Rotation	332
	10.5 Die Berechnung des Trägheitsmoments	333
	10.5.1 Die Berechnung des Trägheitsmoments	334
	10.6 Das Drehmoment	338
	10.6.1 Das Drehmoment	339
	10.7 Das zweite Newtonsche Gesetz für die Rotation	340
	10.7.1 Das zweite Newtonsche Gesetz für die Rotation	340
	10.8 Arbeit und kinetische Energie der Rotation	344
	10.8.1 Arbeit und kinetische Energie der Rotation	345
	10.9 Zusammenfassung	349
	10.10 Fragen	351
	10.11 Aufgaben	353
	11 Rollbewegung, Drehmoment und Drehimpuls	361
	11.1 Die Rollbewegung	361
	11.1.1 Die Rollbewegung als Mischung aus Translation und Rotation	362
	11.1.2 Die Rollbewegung als reine Rotation	363
	11.2 Kräfte und die kinetische Energie der Rollbewegung	363
	11.2.1 Die kinetische Energie der Rollbewegung	364
	11.2.2 Die Kräfte bei der Rollbewegung	365
	11.3 Das Jo-Jo	368
	11.3.1 Das Jo-Jo	368
	11.4 Eine erweiterte Definition des Drehmoments	369
	11.4.1 Ein erweiterter Blick auf das Drehmoment	369
	11.5 Der Drehimpuls	371
	11.5.1 Der Drehimpuls	372
	11.6 Das zweite Newtonsche Gesetz in Winkelschreibweise	374
	11.6.1 Das zweite Newtonsche Gesetz in Winkelschreibweise	374
	11.7 Der Drehimpuls eines starren Körpers	377
	11.7.1 Der Drehimpuls eines Systems von Teilchen	378
	11.7.2 Der Drehimpuls eines rotierenden starren Körpers	379
	11.8 Die Erhaltung des Drehimpulses	380
	11.8.1 Die Erhaltung des Drehimpulses	381
	11.9 Die Präzession eines Kreisels	388
	11.9.1 Die Präzession eines Kreisels	388
	11.10 Zusammenfassung	390
	11.11 Fragen	391
	11.12 Aufgaben	393
	12 Gleichgewicht und Elastizität	401
	12.1 Gleichgewicht	401
	12.1.1 Gleichgewicht	402
	12.1.2 Bedingungen für das Gleichgewicht	403
	12.1.3 Das Gravizentrum	404
	12.2 Beispiele für statische Gleichgewichte	406
	12.2.1 Beispiele für statische Gleichgewichte	407
	12.3 Elastizität	414
	12.3.1 Unterbestimmte Strukturen	415
	12.3.2 Elastizität	416
	12.4 Zusammenfassung	421
	12.5 Fragen	421
	12.6 Aufgaben	423
	13 Gravitation	433
	13.1 Das Newtonsche Gravitationsgesetz	433
	13.1.1 Das Newtonsche Gravitationsgesetz	434
	13.2 Gravitation und das Superpositionsprinzip	436
	13.2.1 Gravitation und das Superpositionsprinzip	436
	13.3 Die Gravitation in der Nähe der Erdoberfläche	439
	13.3.1 Die Gravitation in der Nähe der Erdoberfläche	439
	13.4 Die Gravitation innerhalb der Erde	442
	13.4.1 Die Gravitation innerhalb der Erde	443
	13.5 Die potenzielle Energie der Gravitation	444
	13.5.1 Die potenzielle Energie der Gravitation	445
	13.6 Planeten und Satelliten: Die Keplerschen Gesetze	450
	13.6.1 Planeten und Satelliten: Die Keplerschen Gesetze	450
	13.7 Satelliten: Umlaufbahnen und Energie	453
	13.7.1 Satelliten: Umlaufbahnen und Energie	454
	13.8 Einstein und die Gravitation	457
	13.8.1 Das Äquivalenzprinzip	457
	13.8.2 Die Krümmung des Raums	457
	13.9 Zusammenfassung	459
	13.10 Fragen	460
	13.11 Aufgaben	462
	14 Fluide	469
	14.1 Fluide, Dichte und Druck	469
	14.1.1 Was ist ein Fluid?	470
	14.1.2 Dichte und Druck	470
	14.2 Ruhende Fluide	473
	14.2.1 Ruhende Fluide	473
	14.3 Druckmessung	476
	14.3.1 Druckmessung	476
	14.4 Das Pascalsche Prinzip	478
	14.4.1 Das Pascalsche Prinzip	478
	14.5 Das archimedische Prinzip	479
	14.5.1 Das archimedische Prinzip	480
	14.6 Die Kontinuitätsgleichung	484
	14.6.1 Ideale Fluide in Bewegung	484
	14.6.2 Die Kontinuitätsgleichung	485
	14.7 Die Bernoulli-Gleichung	489
	14.7.1 Die Bernoulli-Gleichung	489
	14.8 Zusammenfassung	493
	14.9 Fragen	494
	14.10 Aufgaben	495
	15 Schwingungen	503
	15.1 Harmonische Schwingungen	503
	15.1.1 Harmonische Schwingungen	505
	15.1.2 Das Kraftgesetz einer harmonischen Schwingung	508
	15.2 Die Energie einer harmonischen Schwingung	512
	15.2.1 Die Energie einer harmonischen Schwingung	512
	15.3 Das Torsionspendel	514
	15.3.1 Das Torsionspendel	515
	15.4 Pendel und Kreisbewegungen	516
	15.4.1 Pendel	517
	15.4.2 Harmonische Schwingungen und die gleichförmige Kreisbewegung	521
	15.5 Gedämpfte harmonische Schwingungen	523
	15.5.1 Gedämpfte harmonische Schwingungen	524
	15.6 Erzwungene Schwingungen und Resonanz	528
	15.6.1 Erzwungene Schwingungen und Resonanz	528
	15.7 Das Foucaultsche Pendel	532
	15.7.1 Das Foucaultsche Pendel	532
	15.8 Zusammenfassung	535
	15.9 Fragen	536
	15.10 Aufgaben	539
	16 Wellen – I	545
	16.1 Transversalwellen	545
	16.1.1 Arten von Wellen	546
	16.1.2 Transversal- und Longitudinalwellen	547
	16.1.3 Wellenlänge und Frequenz	548
	16.1.4 Die Geschwindigkeit einer fortlaufenden Welle	550
	16.2 Die Wellengeschwindigkeit eines gespannten Seils	556
	16.2.1 Die Wellengeschwindigkeit eines gespannten Seils	556
	16.3 Energie und Leistung einer sich ausbreitenden Seilwelle	558
	16.3.1 Energie und Leistung einer fortlaufenden Seilwelle	559
	16.4 Die Wellengleichung	561
	16.4.1 Die Wellengleichung	561
	16.5 Die Interferenz von Wellen	563
	16.5.1 Das Superpositionsprinzip für Wellen	564
	16.5.2 Die Interferenz von Wellen	564
	16.6 Darstellung von Wellen durch Zeiger	568
	16.6.1 Zeiger	568
	16.7 Stehende Wellen und Resonanz	570
	16.7.1 Stehende Wellen	571
	16.7.2 Stehende Wellen und Resonanz	573
	16.8 Zusammenfassung	577
	16.9 Fragen	578
	16.10 Aufgaben	580
	17 Wellen – II	587
	17.1 Die Schallgeschwindigkeit	587
	17.1.1 Schallwellen	587
	17.1.2 Die Schallgeschwindigkeit	588
	17.2 Die Ausbreitung von Schallwellen	591
	17.2.1 Die Ausbreitung von Schallwellen	591
	17.3 Interferenz	594
	17.3.1 Interferenz	595
	17.4 Schallintensität und Schallpegel	597
	17.4.1 Schallintensität und Schallpegel	598
	17.5 Musikalische Töne	601
	17.5.1 Musikalische Töne	602
	17.6 Schwebungen	606
	17.6.1 Schwebungen	606
	17.7 Der Doppler-Effekt	608
	17.7.1 Der Doppler-Effekt	608
	17.8 Überschallgeschwindigkeit und Stoßwellen	614
	17.8.1 Überschallgeschwindigkeit und Stoßwellen	614
	17.9 Zusammenfassung	615
	17.10 Fragen	616
	17.11 Aufgaben	618
	18 Temperatur, Wärme und der erste Hauptsatz der Thermodynamik	625
	18.1 Temperatur	625
	18.1.1 Temperatur	626
	18.1.2 Der nullte Hauptsatz der Thermodynamik	626
	18.1.3 Die Messung von Temperaturen	627
	18.2 Die Celsius- und die Fahrenheit-Skala	629
	18.2.1 Die Celsius- und die Fahrenheit-Skala	629
	18.3 Wärmeausdehnung	632
	18.3.1 Wärmeausdehnung	632
	18.4 Die Absorption von Wärme	635
	18.4.1 Temperatur und Wärme	636
	18.4.2 Die Aufnahme von Wärme durch Festkörper und Flüssigkeiten	637
	18.5 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik	642
	18.5.1 Wärme und Arbeit: Eine ausführlichere Betrachtung	643
	18.5.2 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik	645
	18.5.3 Einige Beispiele für den ersten Hauptsatz der Thermodynamik	647
	18.6 Mechanismen der Wärmeübertragung	649
	18.6.1 Mechanismen der Wärmeübertragung	650
	18.7 Zusammenfassung	655
	18.8 Fragen	656
	18.9 Aufgaben	658
	19 Die kinetische Gastheorie	665
	19.1 Ein neuer Blick auf Gase	665
	19.1.1 Die Avogadro-Konstante	666
	19.2 Ideale Gase	667
	19.2.1 Ideale Gase	668
	19.3 Druck, Temperatur und gemittelte Geschwindigkeiten	671
	19.3.1 Druck, Temperatur und Mittelwerte von Geschwindigkeiten	672
	19.4 Kinetische Translationsenergie	675
	19.4.1 Kinetische Translationsenergie	675
	19.5 Die mittlere freie Weglänge	676
	19.5.1 Die mittlere freie Weglänge	676
	19.6 Die Verteilungsfunktion der Molekülgeschwindigkeiten	678
	19.6.1 Die Verteilung der Molekülgeschwindigkeiten	679
	19.7 Die molare Wärmekapazität idealer Gase	683
	19.7.1 Die molare Wärmekapazität idealer Gase	684
	19.8 Freiheitsgrade und molare Wärmekapazität	688
	19.8.1 Freiheitsgrade und molare Wärmekapazität	689
	19.8.2 Die Quantenmechanik macht sich bemerkbar	691
	19.9 Die adiabatische Expansion eines idealen Gases	692
	19.9.1 Die adiabatische Expansion idealer Gase	692
	19.10 Reale Gase	697
	19.10.1 Reale Gase	698
	19.11 Zusammenfassung	700
	19.12 Fragen	702
	19.13 Aufgaben	704
	20 Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik	709
	20.1 Entropie	709
	20.1.1 Irreversible Prozesse und Entropie	710
	20.1.2 Entropieänderungen	711
	20.1.3 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik	716
	20.2 Entropie in Aktion: Thermodynamische Maschinen	717
	20.2.1 Thermodynamische Maschinen	718
	20.3 Kältemaschinen und reale Maschinen	723
	20.3.1 Kältemaschinen	724
	20.3.2 Der Wirkungsgrad von realen Maschinen	725
	20.4 Eine statistische Interpretation der Entropie	727
	20.4.1 Eine statistische Interpretation der Entropie	727
	20.5 Zusammenfassung	732
	20.6 Fragen	733
	20.7 Aufgaben	734
	21 Elektrische Ladung	741
	21.1 Elektromagnetismus	741
	21.1.1 Elektrische Ladung	743
	21.1.2 Leiter und Isolatoren	744
	21.1.3 Das Coulomb-Gesetz	746
	21.2 Die elektrische Ladung ist quantisiert	754
	21.2.1 Ladung ist quantisiert	754
	21.3 Die elektrische Ladung ist eine Erhaltungsgröße	756
	21.3.1 Ladung ist eine Erhaltungsgröße	756
	21.4 Zusammenfassung	757
	21.5 Fragen	758
	21.6 Aufgaben	760
	22 Elektrische Felder	765
	22.1 Das elektrische Feld	765
	22.1.1 Das elektrische Feld	766
	22.1.2 Elektrische Feldlinien	767
	22.2 Das elektrische Feld einer Punktladung	768
	22.2.1 Das elektrische Feld einer Punktladung	769
	22.3 Das elektrische Feld eines Dipols	771
	22.3.1 Das elektrische Feld eines elektrischen Dipols	772
	22.4 Elektrisches Feld einer linearen Ladungsverteilung	774
	22.4.1 Das elektrische Feld einer linearen Ladungsverteilung	775
	22.5 Das elektrische Feld einer geladenen Scheibe	780
	22.5.1 Das elektrische Feld einer geladenen Scheibe	780
	22.6 Punktladung im elektrischen Feld	782
	22.6.1 Punktladung im elektrischen Feld	782
	22.7 Ein Dipol in einem elektrischen Feld	784
	22.7.1 Ein Dipol im elektrischen Feld	785
	22.8 Zusammenfassung	788
	22.9 Fragen	789
	22.10 Aufgaben	791
	23 Der Gaußsche Satz	797
	23.1 Das Coulombsche Gesetz in neuem Licht	797
	23.1.1 Das Coulombsche Gesetz in neuem Licht	798
	23.1.2 Der Fluss	799
	23.1.3 Der Fluss eines elektrischen Felds	800
	23.2 Der Gaußsche Satz	803
	23.2.1 Der Gaußsche Satz	804
	23.2.2 Gaußscher Satz und Coulombsches Gesetz	808
	23.3 Eigenschaften eines geladenen, isolierten Leiters	809
	23.3.1 Geladene isolierte Leiter	809
	23.3.2 Ein isolierter Leiter mit einem Hohlraum	810
	23.3.3 Der Grenzfall eines nicht existierenden Körpers	810
	23.3.4 Das äußere elektrische Feld	811
	23.4 Eine Anwendung des Gaußschen Satzes: Zylindersymmetrie	813
	23.4.1 Eine Anwendung des Gaußschen Satzes: Zylindersymmetrie	813
	23.5 Eine Anwendung des Gaußschen Satzes: Ebene Symmetrie	815
	23.5.1 Eine Anwendung des Gaußschen Satzes: Ebene Symmetrie	815
	23.6 Eine Anwendung des Gaußschen Satzes: Kugelsymmetrie	818
	23.6.1 Eine Anwendung des Gaußschen Satzes: Kugelsymmetrie	819
	23.7 Zusammenfassung	821
	23.8 Fragen	821
	23.9 Aufgaben	823
	24 Das elektrische Potenzial	831
	24.1 Das elektrische Potenzial	831
	24.1.1 Elektrisches Potenzial und elektrische potenzielle Energie	832
	24.2 Äquipotenzialflächen	837
	24.2.1 Äquipotenzialflächen	837
	24.2.2 Die Berechnung des Potenzials aus dem Feld	838
	24.3 Das Potenzial von Punktladungen	841
	24.3.1 Das Potenzial einer Punktladung	841
	24.3.2 Das Potenzial einer Gruppe von Punktladungen	843
	24.4 Das Potenzial eines elektrischen Dipols	844
	24.4.1 Das Potenzial eines elektrischen Dipols	845
	24.5 Das Potenzial einer kontinuierlichen Ladungsverteilung	846
	24.5.1 Das Potenzial einer kontinuierlichen Ladungsverteilung	847
	24.6 Die Berechnung des elektrischen Felds aus dem elektrischen Potenzial	849
	24.6.1 Die Berechnung des elektrischen Felds aus dem elektrischen Potenzial	850
	24.7 Die elektrische potenzielle Energie eines Systems von Punktladungen	851
	24.7.1 Die elektrische potenzielle Energie eines Systems von Punktladungen	852
	24.8 Das Potenzial eines geladenen, isolierten leitenden Körpers	855
	24.8.1 Das Potenzial eines geladenen, isolierten leitenden Körpers	855
	24.9 Zusammenfassung	857
	24.10 Fragen	858
	24.11 Aufgaben	859
	25 Kapazität	865
	25.1 Kondensatoren und ihre Anwendungen	865
	25.1.1 Kapazität	866
	25.2 Die Berechnung der Kapazität	868
	25.2.1 Kapazität typischer Kondensatoren	868
	25.3 Parallel- und Reihenschaltung von Kondensatoren	873
	25.3.1 Parallel- und Reihenschaltung von Kondensatoren	874
	25.4 In einem elektrischen Feld gespeicherte Energie	879
	25.4.1 In einem elektrischen Feld gespeicherte Energie	880
	25.5 Kondensator mit Dielektrikum	883
	25.5.1 Kondensator mit Dielektrikum	883
	25.5.2 Dielektrika – auf atomarem Niveau betrachtet	886
	25.6 Dielektrika und Gaußscher Satz	887
	25.6.1 Dielektrika und Gaußscher Satz	888
	25.7 Zusammenfassung	891
	25.8 Fragen	892
	25.9 Aufgaben	893
	26 Elektrischer Strom und Widerstand	899
	26.1 Ladung in Bewegung: Elektrischer Strom	899
	26.1.1 Elektrischer Strom	900
	26.2 Die Stromdichte	903
	26.2.1 Die Stromdichte	903
	26.3 Widerstand und spezifischer Widerstand	907
	26.3.1 Widerstand und spezifischer Widerstand	908
	26.4 Das Ohmsche Gesetz	912
	26.4.1 Das Ohmsche Gesetz	913
	26.4.2 Das Ohmsche Gesetz – mikroskopisch betrachtet	914
	26.5 Elektrische Leistung in Stromkreisen	916
	26.5.1 Elektrische Leistung in Stromkreisen	917
	26.5.2 Halbleiter	919
	26.5.3 Supraleiter	920
	26.6 Zusammenfassung	922
	26.7 Fragen	923
	26.8 Aufgaben	925
	27 Stromkreise	931
	27.1 Unverzweigte Stromkreise	931
	27.1.1 Ladungen „pumpen“	933
	27.1.2 Arbeit, Energie und Spannung	933
	27.1.3 Berechnung des Stroms in einem unverzweigten Stromkreis	935
	27.1.4 Weitere unverzweigte Stromkreise	937
	27.1.5 Potenzialdifferenzen	939
	27.2 Verzweigte Stromkreise	942
	27.2.1 Verzweigte Stromkreise	943
	27.3 Amperemeter und Voltmeter	951
	27.3.1 Amperemeter und Voltmeter	952
	27.4 RC-Kreise	952
	27.4.1 RC-Kreise	953
	27.5 Zusammenfassung	958
	27.6 Fragen	958
	27.7 Aufgaben	960
	28 Magnetfelder	967
	28.1 Magnetfelder und die Definition von	967
	28.1.1 Wie entsteht ein magnetisches Feld?	968
	28.1.2 Die Definition von	969
	28.2 Gekreuzte Felder: Die Entdeckung des Elektrons	973
	28.2.1 Gekreuzte Felder: Die Entdeckung des Elektrons	973
	28.3 Gekreuzte Felder: Der Hall-Effekt	975
	28.3.1 Gekreuzte Felder: Der Hall-Effekt	976
	28.4 Geladene Teilchen auf einer Kreisbahn	979
	28.4.1 Geladene Teilchen auf einer Kreisbahn	980
	28.5 Zyklotron und Synchrotron	984
	28.5.1 Zyklotron und Synchrotron	984
	28.6 Die magnetische Kraft auf einen stromdurchflossenen Draht	987
	28.7 Das Drehmoment auf eine stromdurchflossene Drahtschleife	989
	28.7.1 Das Drehmoment auf eine stromdurchflossene Drahtschleife	990
	28.8 Das magnetische Dipolmoment	992
	28.8.1 Das magnetische Dipolmoment	992
	28.9 Zusammenfassung	994
	28.10 Fragen	995
	28.11 Aufgaben	997
	29 Magnetfelder aufgrund von Strömen	1003
	29.1 Das Magnetfeld um einen Strom	1003
	29.1.1 Das Magnetfeld um einen Strom	1004
	29.2 Die Kraft zwischen parallelen Strömen	1011
	29.2.1 Die Kraft zwischen parallelen Strömen	1011
	29.3 Das Ampèresche Gesetz	1013
	29.3.1 Das Ampèresche Gesetz	1013
	29.4 Zylinder- und Ringspulen	1017
	29.4.1 Zylinder- und Ringspulen	1017
	29.5 Eine stromführende Spule als magnetischer Dipol	1020
	29.5.1 Eine stromführende Spule als magnetischer Dipol	1020
	29.6 Zusammenfassung	1023
	29.7 Fragen	1023
	29.8 Aufgaben	1025
	30 Induktion und Induktivität	1031
	30.1 Das Faradaysche Gesetz und die Lenzsche Regel	1031
	30.1.1 Zwei symmetrische Situationen	1032
	30.1.2 Zwei Experimente	1033
	30.1.3 Das Faradaysche Induktionsgesetz	1033
	30.1.4 Die Lenzsche Regel	1036
	30.2 Induktion und Energietransfer	1040
	30.2.1 Induktion und Energietransfer	1040
	30.3 Induzierte elektrische Felder	1043
	30.3.1 Induzierte elektrische Felder	1044
	30.4 Induktivität	1048
	30.4.1 Induktivität	1049
	30.5 Selbstinduktion	1050
	30.5.1 Selbstinduktion	1050
	30.6 RL-Kreise	1052
	30.6.1 RL-Kreise	1052
	30.7 Energiespeicherung im Magnetfeld	1056
	30.7.1 Energiespeicherung im Magnetfeld	1056
	30.8 Die Energiedichte eines Magnetfelds	1058
	30.8.1 Die Energiedichte eines Magnetfelds	1058
	30.9 Gegeninduktion	1059
	30.9.1 Gegeninduktion	1060
	30.10 Zusammenfassung	1063
	30.11 Fragen	1064
	30.12 Aufgaben	1066
	31 Elektromagnetische Schwingkreise und Wechselstrom	1075
	31.1 LC-Schwingungen	1075
	31.1.1 LC-Schwingungen: Eine qualitative Betrachtung	1076
	31.1.2 Die Analogie zwischen elektrischen und mechanischen Oszillatoren	1080
	31.1.3 LC-Schwingungen: Eine quantitative Diskussion	1080
	31.2 Gedämpfte Schwingungen in einem RLC-Kreis	1084
	31.2.1 Gedämpfte Schwingungen in einem RLC-Kreis	1085
	31.3 Erzwungene Schwingungen	1086
	31.3.1 Wechselstrom	1087
	31.3.2 Erzwungene Schwingungen	1088
	31.3.3 Drei einfache Stromkreise	1089
	31.4 Der Reihen-RLC-Kreis	1096
	31.4.1 Der Reihen-RLC-Kreis	1097
	31.5 Leistung in Wechselstromkreisen	1102
	31.5.1 Leistung in Wechselstromkreisen	1102
	31.6 Transformatoren	1105
	31.6.1 Transformatoren	1106
	31.7 Zusammenfassung	1110
	31.8 Fragen	1112
	31.9 Aufgaben	1113
	32 Magnetismus und Materie	1119
	32.1 Der Gaußsche Satz für Magnetfelder	1119
	32.1.1 Der Gaußsche Satz für Magnetfelder	1120
	32.2 Induzierte magnetische Felder	1121
	32.2.1 Induzierte magnetische Felder	1121
	32.3 Der Verschiebungsstrom und die Maxwell-Gleichungen	1124
	32.3.1 Der Verschiebungsstrom	1125
	32.3.2 Die Maxwell-Gleichungen	1128
	32.4 Magnete	1130
	32.4.1 Magnete	1130
	32.5 Der Magnetismus von Elektronen	1132
	32.5.1 Der Magnetismus von Elektronen	1133
	32.5.2 Magnetische Materialien	1137
	32.6 Diamagnetismus	1138
	32.6.1 Diamagnetismus	1138
	32.7 Paramagnetismus	1140
	32.7.1 Paramagnetismus	1140
	32.8 Ferromagnetismus	1142
	32.8.1 Ferromagnetismus	1143
	32.9 Zusammenfassung	1146
	32.10 Fragen	1148
	32.11 Aufgaben	1150
	33 Elektromagnetische Wellen	1155
	33.1 Elektromagnetische Wellen	1155
	33.1.1 Maxwells Regenbogen	1156
	33.1.2 Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen: Eine qualitative Betrachtung	1157
	33.1.3 Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen: Eine quantitative Betrachtung	1160
	33.2 Energietransport und Poynting-Vektor	1165
	33.2.1 Energietransport und Poynting-Vektor	1166
	33.3 Der Strahlungsdruck	1168
	33.3.1 Der Strahlungsdruck	1169
	33.4 Polarisation	1171
	33.4.1 Polarisation	1171
	33.5 Reflexion und Brechung	1176
	33.5.1 Reflexion und Brechung	1177
	33.6 Totalreflexion	1183
	33.6.1 Totalreflexion	1183
	33.7 Polarisation durch Reflexion	1184
	33.7.1 Polarisation durch Reflexion	1185
	33.8 Zusammenfassung	1186
	33.9 Fragen	1187
	33.10 Aufgaben	1189
	34 Abbildungen	1197
	34.1 Bilder und ebene Spiegel	1197
	34.1.1 Zwei Arten von Bildern	1198
	34.1.2 Ebene Spiegel	1199
	34.2 Kugelspiegel	1201
	34.2.1 Kugelspiegel	1202
	34.2.2 Abbildungen an Kugelspiegeln	1203
	34.3 Sphärische brechende Flächen	1207
	34.3.1 Sphärische brechende Flächen	1207
	34.4 Dünne Linsen	1210
	34.4.1 Dünne Linsen	1211
	34.5 Optische Instrumente	1217
	34.5.1 Optische Instrumente	1218
	34.6 Drei Herleitungen	1221
	34.6.1 Die Gleichung für den Kugelspiegel (Gl. 34.4)	1221
	34.6.2 Die Linsengleichung (Gl. 34.8)	1222
	34.6.3 Die Gleichungen für dünne Linsen (Gln. 34.9 und 34.10)	1223
	34.7 Zusammenfassung	1224
	34.8 Fragen	1225
	34.9 Aufgaben	1227
	35 Interferenz	1233
	35.1 Licht als Welle	1233
	35.1.1 Das Huygenssche Prinzip	1234
	35.2 Beugung am Doppelspalt	1239
	35.2.1 Beugung	1239
	35.2.2 Der Doppelspaltversuch	1240
	35.3 Interferenz und Intensität	1246
	35.3.1 Kohärenz	1246
	35.3.2 Die Intensitäten bei der Interferenz am Doppelspalt	1247
	35.4 Interferenz an dünnen Schichten	1251
	35.4.1 Interferenz an dünnen Schichten	1251
	35.5 Das Michelson-Interferometer	1259
	35.5.1 Das Michelson-Interferometer	1259
	35.6 Zusammenfassung	1260
	35.7 Fragen	1261
	35.8 Aufgaben	1263
	36 Beugung	1269
	36.1 Beugung am Einzelspalt	1269
	36.1.1 Beugung und die Wellentheorie des Lichts	1270
	36.1.2 Beugung am Einzelspalt: Die Lage der Minima	1271
	36.2 Intensitäten bei der Beugung am Einzelspalt	1274
	36.2.1 Intensitäten bei der Beugung am Einzelspalt: Eine qualitative Betrachtung	1275
	36.2.2 Intensitäten bei der Beugung am Einzelspalt: Eine quantitative Betrachtung	1276
	36.3 Beugung an einer kreisrunden Öffnung	1279
	36.3.1 Beugung an einer kreisrunden Öffnung	1280
	36.4 Beugung am Doppelspalt	1283
	36.4.1 Beugung am Doppelspalt	1284
	36.5 Beugungsgitter	1287
	36.5.1 Beugungsgitter	1288
	36.6 Beugungsgitter: Dispersion und Auflösungsvermögen	1291
	36.6.1 Dispersion	1291
	36.6.2 Auflösungsvermögen	1292
	36.6.3 Die Herleitung von Gl. 36.30	1292
	36.6.4 Die Herleitung von Gl. 36.32	1293
	36.6.5 Ein Vergleich zwischen Dispersion und Auflösungsvermögen	1293
	36.7 Röntgenbeugung	1295
	36.7.1 Röntgenbeugung	1295
	36.8 Zusammenfassung	1297
	36.9 Fragen	1298
	36.10 Aufgaben	1300
	37 Relativitätstheorie	1307
	37.1 Gleichzeitigkeit und Zeitdilatation	1307
	37.1.1 Die Postulate	1309
	37.1.2 Die Messung von Ereignissen	1310
	37.1.3 Die Relativität der Gleichzeitigkeit	1311
	37.1.4 Die Relativität der Zeit	1313
	37.2 Die Relativität der Länge	1318
	37.2.1 Die Relativität der Länge	1319
	37.3 Die Lorentz-Transformation	1322
	37.3.1 Die Lorentz-Transformation	1323
	37.3.2 Einige Folgen aus den Lorentz-Gleichungen	1325
	37.4 Die Relativität der Geschwindigkeiten	1328
	37.4.1 Die Relativität der Geschwindigkeiten	1328
	37.5 Der Doppler-Effekt für Lichtwellen	1329
	37.5.1 Der Doppler-Effekt für Lichtwellen	1329
	37.6 Impuls und Energie	1333
	37.6.1 Eine neue Sicht auf den Impuls	1334
	37.6.2 Eine neue Sicht auf die Energie	1335
	37.7 Zusammenfassung	1340
	37.8 Fragen	1341
	37.9 Aufgaben	1343
	38 Photonen und Materiewellen	1349
	38.1 Das Photon: Teilchen des Lichts	1349
	38.1.1 Das Photon: Teilchen des Lichts	1350
	38.2 Der photoelektrische Effekt	1351
	38.2.1 Der photoelektrische Effekt	1352
	38.3 Photonenimpuls, Compton-Verschiebung und Lichtinterferenz	1355
	38.3.1 Photonen besitzen einen Impuls	1356
	38.3.2 Licht als Wahrscheinlichkeitswelle	1359
	38.4 Die Geburtsstunde der Quantenphysik	1362
	38.4.1 Die Geburtsstunde der Quantenphysik	1362
	38.5 Elektronen und Materiewellen	1364
	38.5.1 Elektronen und Materiewellen	1365
	38.6 Die Schrödinger-Gleichung	1368
	38.6.1 Die Schrödinger-Gleichung	1369
	38.7 Die Heisenbergsche Unschärferelation	1371
	38.7.1 Die Heisenbergsche Unschärferelation	1372
	38.8 Reflexion an einer Potenzialschwelle	1373
	38.8.1 Reflexion an einer Potenzialschwelle	1373
	38.9 Der Tunneleffekt	1375
	38.9.1 Der Tunneleffekt	1376
	38.10 Zusammenfassung	1379
	38.11 Fragen	1380
	38.12 Aufgaben	1381
	39 Mehr über Materiewellen	1387
	39.1 Die Energie eines Elektrons in einer Elektronenfalle	1387
	39.1.1 Seil- und Materiewellen	1388
	39.1.2 Eindimensionale Elektronenfallen	1389
	39.2 Die Wellenfunktionen eines Elektrons in einem Kastenpotenzial	1394
	39.2.1 Die Wellenfunktionen eines Elektrons in einem Kastenpotenzial	1395
	39.3 Das eindimensionale endliche Kastenpotenzial	1399
	39.3.1 Ein Elektron in einem endlichen Kastenpotenzial	1400
	39.4 Zwei- und dreidimensionale Elektronenfallen	1402
	39.4.1 Elektronenfallen in der Praxis	1403
	39.4.2 Die theoretische Analyse zwei- und dreidimensionaler Potenzialtöpfe	1405
	39.5 Das Wasserstoffatom	1407
	39.5.1 Das Wasserstoffatom als Elektronenfalle	1408
	39.5.2 Das Bohrsche Atommodell	1409
	39.5.3 Die Schrödinger-Gleichung und das Wasserstoffatom	1412
	39.6 Zusammenfassung	1420
	39.7 Fragen	1422
	39.8 Aufgaben	1423
	40 Atome	1429
	40.1 Eigenschaften von Atomen	1429
	40.1.1 Eigenschaften von Atomen	1431
	40.1.2 Der Elektronenspin	1433
	40.1.3 Drehimpulse und magnetische Momente	1434
	40.2 Das Stern-Gerlach-Experiment	1436
	40.2.1 Das Stern-Gerlach-Experiment	1437
	40.3 Kernspinresonanz	1440
	40.3.1 Kernspinresonanz	1440
	40.4 Das Pauli-Prinzip	1442
	40.4.1 Das Pauli-Prinzip	1442
	40.4.2 Mehrere Elektronen in kastenförmigen Potenzialtöpfen	1442
	40.5 Der Aufbau des Periodensystems	1446
	40.5.1 Der Aufbau des Periodensystems	1447
	40.6 Röntgenstrahlung	1449
	40.6.1 Röntgenstrahlen und Ordnungszahlen	1450
	40.7 Laser	1454
	40.7.1 Laser und Laserlicht	1454
	40.7.2 Das Funktionsprinzip von Lasern	1456
	40.8 Zusammenfassung	1459
	40.9 Fragen	1461
	40.10 Aufgaben	1461
	41 Elektrische Leitfähigkeit von Festkörpern	1467
	41.1 Die elektrischen Eigenschaften von Metallen	1467
	41.1.1 Die elektrischen Eigenschaften von Festkörpern	1468
	41.1.2 Die Energieniveaus in einem kristallinen Festkörper	1469
	41.1.3 Nichtleiter	1472
	41.1.4 Metalle	1473
	41.2 Halbleiter und Dotierung	1480
	41.2.1 Halbleiter	1481
	41.2.2 Dotierung	1483
	41.3 pn-Übergänge und Transistoren	1486
	41.3.1 Der pn-Übergang	1487
	41.3.2 Der Halbleiter-Gleichrichter	1488
	41.3.3 Anwendungen des pn-Übergangs	1489
	41.3.4 Der Transistor	1492
	41.4 Zusammenfassung	1494
	41.5 Fragen	1495
	41.6 Aufgaben	1496
	42 Kernphysik	1501
	42.1 Die Entdeckung des Atomkerns	1501
	42.1.1 Die Entdeckung des Atomkerns	1501
	42.2 Einige Eigenschaften von Atomkernen	1503
	42.2.1 Einige Eigenschaften von Atomkernen	1504
	42.3 Der radioaktive Zerfall	1511
	42.3.1 Radioaktiver Zerfall	1511
	42.4 Der Alpha-Zerfall	1515
	42.4.1 Der Alpha-Zerfall	1516
	42.5 Der Beta-Zerfall	1518
	42.5.1 Der Beta-Zerfall	1518
	42.6 Radiometrische Altersbestimmung	1522
	42.6.1 Radiometrische Altersbestimmung	1522
	42.7 Maße für Strahlungsdosen	1523
	42.7.1 Maße für Strahlungsdosen	1524
	42.8 Kernmodelle	1525
	42.8.1 Kernmodelle	1525
	42.9 Zusammenfassung	1528
	42.10 Fragen	1529
	42.11 Aufgaben	1530
	43 Kernenergie	1539
	43.1 Kernspaltung	1539
	43.1.1 Der grundlegende Prozess	1540
	43.1.2 Ein Modell der Kernspaltung	1543
	43.2 Kernreaktoren	1545
	43.2.1 Kernreaktoren	1546
	43.3 Ein natürlicher Kernreaktor	1550
	43.3.1 Ein natürlicher Kernreaktor	1550
	43.4 Thermonukleare Fusion: Der grundlegende Prozess	1552
	43.4.1 Thermonukleare Fusion: Der grundlegende Prozess	1553
	43.5 Thermonukleare Fusion in der Sonne und anderen Sternen	1555
	43.5.1 Thermonukleare Fusion in der Sonne und anderen Sternen	1555
	43.6 Kontrollierte thermonukleare Fusion	1558
	43.6.1 Kontrollierte thermonukleare Fusion	1558
	43.7 Zusammenfassung	1561
	43.8 Fragen	1562
	43.9 Aufgaben	1563
	44 Quarks, Leptonen und der Urknall	1569
	44.1 Grundzüge der Teilchenphysik	1569
	44.1.1 Teilchen, Teilchen und nochmals Teilchen	1570
	44.1.2 Ein typischer Teilchenprozess	1574
	44.2 Leptonen, Hadronen und Strangeness	1578
	44.2.1 Leptonen	1578
	44.2.2 Hadronen	1580
	44.2.3 Noch ein Erhaltungssatz	1582
	44.2.4 Der Achtfache Weg	1583
	44.3 Quarks und Austauschteilchen	1584
	44.3.1 Das Quarkmodell	1585
	44.3.2 Die fundamentalen Kräfte und die Austauschteilchen	1588
	44.4 Kosmologie	1591
	44.4.1 Der Teil und das Ganze	1592
	44.4.2 Das Universum dehnt sich aus	1592
	44.4.3 Die kosmische Hintergrundstrahlung	1594
	44.4.4 Dunkle Materie	1594
	44.4.5 Der Urknall	1595
	44.4.6 Ein Rückblick	1598
	44.5 Zusammenfassung	1599
	44.6 Fragen	1599
	44.7 Aufgaben	1600
	Anhang	1607
	A Das Internationale Einheitensystem (SI)	1608
	B Astronomische Daten	1610
	C Umrechnungsfaktoren	1611
	D Mathematische Formeln	1613
	E Eigenschaften der Elemente	1617
	F Antworten auf die Kontrollfragen und Fragen	1620
	G Stichwortverzeichnis	1628
	EULA	1643

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