00_INHALT

8/8/2019 00_INHALT

http://slidepdf.com/reader/full/00inhalt 1/5

LV 143.020, 143.021 – ET, TM

PHYSIK

LV 138.029 – MB, VT, WI-MB

PHYSIK FÜR INGENIEURE

INHALTSVERZEICHNIS

WS 2010/11

Vortragende:N. GURKER, J. CUSTERS

Skriptum:H. EBEL, N. GURKER, M. MANTLER, J. WERNISCH

Dieses Dokument unterliegt dem Urheberrechtsgesetz. Vervielfältigungen, Übersetzungen, Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Medien sind nicht erlaubt.

8/8/2019 00_INHALT


Inhaltsverzeichnis Seite

1. Das Internationale Einheitensystem (SI) .......................................................................................................1 1.1. SI-Basiseinheiten ...............................................................................................................................1 1.2. Ergänzende SI-Einheiten ......................................................................................................................1 1.3. Definitionen ..........................................................................................................................................1 1.4. Abgeleitete Einheiten............................................................................................................................5 1.5. Ergänzung ............................................................................................................................................7 1.6. SI-Vorsätze ...........................................................................................................................................8 1.7. Wichtige physikalische Konstanten ......................................................................................................9

2. Kinematik.......................................................................................................................................................10 2.1. Ort ......................................................................................................................................................10 2.2. Weg.....................................................................................................................................................10 2.3. Geschwindigkeit .................................................................................................................................11 2.4. Beschleunigung ..................................................................................................................................12 2.5. Zusammenfassung ..............................................................................................................................14 2.6. Kreisbewegung ...................................................................................................................................14

Beispiele .............................................................................................................................................17 Lösungen zu den Beispielen ...............................................................................................................19

3. Fehlerrechnung.............................................................................................................................................25

4. Dynamik........................................................................................................................................................36 4.1. Impuls .................................................................................................................................................36 4.2. Kraft ...................................................................................................................................................36 4.3. NEWTONsche Axiomatik ...................................................................................................................36 4.4. Inertialsystem und GALILEI-Transformation ....................................................................................37 4.5. Arbeit ..................................................................................................................................................38 4.6. Leistung ..............................................................................................................................................38 4.7. Energie ...............................................................................................................................................39

4.8. Drehimpuls .........................................................................................................................................41 4.9. Gerader unelastischer Stoß ................................................................................................................44 4.10. Gerader elastischer Stoß ....................................................................................................................45


5. Thermodynamik............................................................................................................................................58 5.1. Statistische Theorie der Wärme..........................................................................................................58 5.2. Ideales Gas .........................................................................................................................................59 5.3. Innere Energie des idealen Gases .....................................................................................................59 5.4. Druck des idealen Gases ....................................................................................................................59 5.5. Zustandsgleichung des idealen Gases ................................................................................................61 5.6. Molwärme ein- und zweiatomiger idealer Gase.................................................................................62 5.7. Erster Hauptsatz der Thermodynamik ...............................................................................................63 5.8. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik .............................................................................................63 5.9. Isotherme Zustandsänderung (dT=0) ................................................................................................64 5.10. Adiabatische Zustandsänderung (dQ=0) ...........................................................................................64 5.11. CARNOTscher Kreisprozeß ..............................................................................................................65 5.12. NERNSTscher Satz .............................................................................................................................67 5.13. Reales Gas..........................................................................................................................................67 5.14. Innere Energie des realen Gases........................................................................................................68


6. Schwingungen ...............................................................................................................................................71

6.1. Freie Schwingung...............................................................................................................................71 6.2. Erzwungene Schwingung....................................................................................................................76

I

8/8/2019 00_INHALT


6.3. Überlagerung von ungedämpften Schwingungen...............................................................................78 Beispiele .............................................................................................................................................81 Lösungen zu den Beispielen ...............................................................................................................83

7. Wellen ............................................................................................................................................................88 7.1. Wellengleichung .................................................................................................................................88 7.2. Intensität .............................................................................................................................................90 7.3. Abschließende Bemerkungen zur Kugelwelle.....................................................................................90 7.4. Überlagerung von Wellen ..................................................................................................................917.5. Schwingende Saite ..............................................................................................................................93


8. Schall .............................................................................................................................................................98 8.1. Kenngrößen ........................................................................................................................................98 8.2. Schallintensität .................................................................................................................................100 8.3. Schallwellenübergang an einer Grenzfläche....................................................................................100 8.4. Möglichkeiten zur Verminderung der Schallintensität .....................................................................102

8.5. Schallabsorption...............................................................................................................................102 8.6. DOPPLER-Effekt bei Schall.............................................................................................................102 8.7. Subjektive Schallwahrnehmung........................................................................................................104

Beispiele ...........................................................................................................................................108 Lösungen zu den Beispielen .............................................................................................................109

9. Optik..........................................................................................................................................................112 9.1. Geometrische Optik ..........................................................................................................................112 9.2. Wellenoptik .......................................................................................................................................120


10. Holographie.................................................................................................................................................130

11. Spektren .......................................................................................................................................................147 11.1. Kontinuerliche Spektren (Temperaturstrahlung) .............................................................................147

11.1.1. Reflexion.............................................................................................................................148 11.1.2 Durchlässigkeit (Transmission) .........................................................................................149 11.1.3. Absorption ..........................................................................................................................151 11.1.4. KIRCHHOFFsches Strahlungsgesetz.................................................................................153 11.1.5. PLANCKsches Strahlungsgesetz ........................................................................................153 11.1.6. LAMBERTsches Gesetz ......................................................................................................154 11.1.7. STEFAN-BOLTZMANNsches Strahlungsgesetz.................................................................154

11.1.8. WIENsche Verschiebungsgesetze.......................................................................................156 11.1.9. Emissionsverhältnis............................................................................................................158

11.2. Linienspektren ..................................................................................................................................162 11.2.1. Äußerer lichtelektrischer Effekt ..........................................................................................162 11.2.2. Atombau und Linienspektren..............................................................................................162


12. Relativitätstheorie........................................................................................................................................171 12.1. GALILEI-Transformation.................................................................................................................171 12.2. LORENTZ-Transformation ..............................................................................................................172 12.3. Transformation der Ortskoordinaten ...............................................................................................172

12.4. Zeittransformation............................................................................................................................173 12.5. Relativistisches Additionstheorem der Geschwindigkeiten ..............................................................174 12.6. Massentransformation......................................................................................................................174

II

8/8/2019 00_INHALT


Inhaltsverzeichnis Seite

12.7. Energiebetrachtungen ......................................................................................................................176 12.8. Materiewelle.....................................................................................................................................177 12.9. DOPPLER-Effekt bei elektromagnetischen Wellen..........................................................................178


13. Quantenmechanik .......................................................................................................................................187 13.1. Einleitung .........................................................................................................................................187 13.2 Beugung eines Elektronenstrahls an einem Spalt .............................................................................188 13.3. Diskussion der Versuchsergebnisse .................................................................................................192 13.4. Zusammenfassung der Versuchsergebnisse......................................................................................193 13.5. Quantenmechanische Zustandsbeschreibung...................................................................................194 13.6. SCHRÖDINGER-Gleichung.............................................................................................................194


Literatur

Meschede D.(Hrsg.): „Gerthsen Physik“, Springer Tipler P.A., Mosca G.: „Physik“, Spektrum Akad. Verlag Heidelberg-Berlin-Oxford Walker J.S.: „Arbeitsbuch zu Tiplers Physik“, Spektrum Akad. Verlag Heidelberg-Berlin-Oxford Giancoli D.C.: „Physik“, Pearson Studium

Prüfungsmodus

Prüfungstag/- ort:Wintersemester: Dienstag, FH HS 5, ab 15.00 Uhr Sommersemester: Dienstag, FH HS 6, ab 16.00 Uhr

Anmeldung: innerhalb zwei Wochen vor dem jeweiligen Dienstag

unter: TUWIS++

Auskünfte: Institut für Festkörperphysik, Freihausgebäude, 9.OG, Mo - Fr, 10.00 - 11.00 Uhr

Achtung! An Feiertagen und in Ferialzeiten finden keine Prüfungen statt.

Das griechische Alphabet

Buchstabe Name Buchstabe Name

Α α Alpha Ν ν Ny

Β β Beta Ξ ξ Xi

Γ γ Gamma Ο ο Omikron

Δ δ Delta Π π Pi

Ε ε Epsilon Ρ ρ Rho

Ζ ζ Zeta Σ σ ς Sigma

Η η Eta Τ τ TauΘ θ ϑ Theta Υ υ Ypsilon

Ι ι Jota Φ ϕ Phi

Κ κ Kappa Χ χ Chi

Λ λ Lambda Ψ ψ Psi

Μ μ My Ω ω Omega

III

8/8/2019 00_INHALT


VORWORT

Sehr geehrte/r Studierende/r!

Diese Grundlagenvorlesung findet gemeinsam für Studierende der StudienrichtungenElektrotechnik, Technische Mathematik, Maschinenbau, Verfahrenstechnik undWirtschaftsingenieurwesen - Maschinenbau statt.

Je nach Studienplan werden unterschiedliche Schwerpunkte gesetzt. In der nachstehendenTabelle können Sie ersehen, welche Kapitel für Ihre Studienrichtung relevant (Prüfungsstoff)sind und welche als ergänzende Information betrachtet werden können.

Dieses Skriptum ist als Lernbehelf zu den in der Vorlesung gebrachten Themengebieten zuverstehen und soll einen Überblick über die Grundlagen der Physik bieten.

Studienkennzahl:235, 202

(710, 864 – alt)

Thema Studienkennzahl:245, 273, 282

wird vorausgesetzt 1. Das Internationale Einheitensystem (SI) wird vorausgesetzt

wird vorausgesetzt 2. Kinematik wird vorausgesetzt

3. Fehlerrechnung

Prüfungsstoff 4. Dynamik wird vorausgesetzt

Prüfungsstoff 5. Thermodynamik

Prüfungsstoff 6. Schwingungen Prüfungsstoff

Prüfungsstoff 7. Wellen Prüfungsstoff

Prüfungsstoff 8. Schall Prüfungsstoff

Prüfungsstoff 9. Optik Prüfungsstoff

Prüfungsstoff 10. Holographie Prüfungsstoff

Prüfungsstoff 11. Spektren Prüfungsstoff

Prüfungsstoff 12. Relativitätstheorie Prüfungsstoff

Prüfungsstoff 13. Quantenmechanik

ACHTUNG!

Auch die in den Beispielteilen grau markierten Beispiele und die im Rahmen

der Vorlesung verwendeten Präsentationsfolien (Download über TUWIS++)

sind Prüfungsstoff!

Wir wünschen Ihnen viel Erfolg bei Ihrem Studium!

IV

Documents

00_INHALT