Kurzes Lehrbuch der Physik PDF
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H. A. Stuart · G. Klages Kurzes Lehrbuch der Physik Siebte, neu bearbeitete Auflage Mit 365 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1970 Professor Dr. H. A. STUART Institut für physikalische Chemie der Universität Mainz Professor Dr. G. KLAGES Institut für Physik der Universität Mainz ISBN 978-3-662-27036-3 ISBN 978-3-662-28515-2 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-28515-2 Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdruckes, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungs anlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Bei Vervielfältigungen für gewerbliche Zwecke ist gemäß §54 UrhG eine Vergütung an den Verlag zu zahlen, deren Höhe mit dem Verlag zu vereinbaren ist. © by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1942, 1949, 1954, 1961, 1966,,1970 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1970 Softcover reprint of the bardeover 7th edition 1970 Library of Congress Catalog Card Number 71-97993. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Titel-Nr. 1014 Vorwort zur siebten Auflage In der vorliegenden Auflage wurden emtge Kapitel erheblich umgearbeitet, alle auf den neuesten Stand gebracht und mit Ergänzungen versehen. In der "Mechanik" konnte durch Vorziehen des Abschnittes "Bewegung unter dem Ein fluß von Kräften" die Darstellung gestrafft und manche Wiederholung vermieden werden. Die größte Veränderung erfuhr das Kapitel "Elektrizität und Magnetis mus", indem wir uns entschlossen haben, nicht mehr der historischen Entwicklung zu folgen, sondern mit der Behandlung der elektrischen Ströme zu beginnen. So ist es gelungen, den Umfang und Charakter des "Kurzen Lehrbuches" als einer Einführung zu erhalten und doch als Kleindruck technisch wichtige Einzelheiten einzufügen. Dem ehemaligen Mitarbeiter des einen von uns, Herrn Dr. W. FRANK, Karlsruhe, möchten wir auch an dieser Stelle für seine intensive Mitarbeit, vor allem am Kapitel "Allgemeine Mechanik", herzlich danken. Mainz, im Mai 1970 H. A. STUART · G. KLAGES Inhaltsverzeichnis Einleitung § 1. Abgrenzung und Aufgaben der Physik § 2. Die Methodik der Physik . . . . . . Erstes Kapitel Allgemeine Mechanik A. Messen und Maßeinheiten § 3. Bedeutung des Messens in der Physik 3 § 4. Längen-und Winkelmessung 4 § 5. Zeitmessung . . . . . . . 6 B. Bewegungslehre (Kinematik) § 6. Bewegung längs einer Geraden 7 § 7. Bewegung auf der Kreisbahn 11 C. Bewegung unter dem Einfluß von Kräften (Dynamik) § 8. Träge Masse und Kraft . . . . . . . . . . 13 § 9. Schwere Masse und Gewicht . . . . . . . 15 § 10. Gleichheit von Kraft und Gegenkraft, Impulssatz 17 D. Arbeit und Energie § 11. Arbeit und Leistung 18 § 12. Energie . . . . . . 20 E. Einige besondere Bewegungsformen § 13. Wurfbewegung . . . . . . 22 § 14. Bewegung auf der Kreisbahn 23 § 15. Kräfte bei der Erdumdrehung 26 § 16. Stoßvorgänge . . . . . . . 27 F. Kräfte im Gleichgewicht (Statik) § 17. Zusammensetzung und Zerlegung von Kräften 28 § 18. Hebel, Drehmoment . . . 30 § 19. Parallele Kräfte, Kräftepaar 31 § 20. Schwerpunkt 32 § 21. Gleichgewicht . . . . . . 32 § 22. Die Waagen ...... . 33 G. Drehbewegung eines starren Körpers § 23. Einige Grundbegriffe . . . . . 34 § 24. Grundgesetz der Drehbewegung 36 § 25. Satz von der Erhaltung des Drehimpulses 37 § 26. Freie Achsen 38 § 27. Der Kreisel . . . . . . . . . . . . . 39 H. Allgemeine Gravitation § 28. Gravitationsgesetz 41 § 29. Planetenbewegung 42 V Inhaltsverzeichnis Zweites Kapitel Die mechanischen Eigenschaften der Stoffe und ihre molekulare Struktur A. Der molekulare Aufbau der Stoffe und die molekularen Kräfte § 30. Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . 44 § 31. Allgemeines über Moleküle . . . . . . . 44 § 32. Größe, Form und Kerngerüst der Moleküle 46 § 33. Die Molekularbewegung . . . . . . . . 49 § 34. Einiges über die zwischenmolekularen Kräfte 50 B. Der feste Körper § 35. Molekularer Bau, Kristallgitter 51 § 36. Elastizität . . . . . 53 § 37. Festigkeit und Härte . 56 § 38. Reibung fester Körper 56 C. Ruhende Flüssigkeiten § 39. Allgemeines, Bewegungs-und Ordnungszustand der Moleküle in Flüssigkeiten 58 § 40. Einstellung der Flüssigkeitsoberfläche 59 § 41. Der Druck in Flüssigkeiten 60 § 42. Auftrieb, Schwimmen . . . . . . . 63 D. Ruhende Gase § 43. Das Verhalten der Moleküle im Gaszustand 64 § 44. Druck und Volumen eines Gases 66 § 45. Die Lufthülle der Erde und der Luftdruck . 67 E. Bewegungen in Flüssigkeiten und Gasen (Hydro-und Aerodynamik) § 46. Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . 70 § 47. Innere Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 § 48. Druck und Geschwindigkeit in einer Strömung . . . . . . 74 § 49. Widerstand bewegter fester Körper in Flüssigkeiten und Gasen 77 § 50. Grundlagen des Fluges . . . . . . . . . . . . . 79 F. Grenzflächenerscheinungen und zwischenmolekulare Kräfte § 51. Oberflächenspannung . . . . . . . . . . . . . 80 § 52. Ausbreitung von Flüssigkeiten, Benetzung, Kapiilarität 81 Drittes Kapitel Schwingungs-und Wellenlebre, Akustik A. Allgemeines über Schwingungen und Wellen § 53. Harmonische Schwingung, Pendel . . 85 § 54. Überlagerung von Schwingungen 88 § 55. Erzwungene Schwingungen, Resonanz 90 § 56. Entstehung von Wellen . . . . . . . 93 § 57. Interferenz-und Beugungserscheinungen 96 § 58. Stehende Wellen und Eigenschwingungen in elastischen Körpern 100 B. Akustik § 59. Gehörsempfindungen 103 § 60. Ausbreitung von Schallwellen 106 § 61. Ultraschall . . . . . . . . 109 Viertes Kapitel Wärmelehre A. Thermometrie, Wärmeausdehnung, Kalorimetrie § 62. Wesen der Wärme . . . . . . 110 § 63. Temperatur und Thermometrie . . . . . 110 VI Inhaltsverzeichnis § 64. Praktische Temperaturmessung 111 § 65. Wärmeausdehnung . . . . . 112 § 66. Wärmemenge, spezifische Wärme 113 B. Wärme und Arbeit § 67. Mechanisches Wärmeäquivalent, erster Hauptsatz der Wärmelehre 115 § 68. Spezifische Wärmen und Energieinhalt von Gasen 116 § 69. Gesetze der idealen Gase . . . . . . 117 § 70. Gasarbeit . . . . . . . . . . . . 119 § 71. Va n der Waalssche Zustandsgleichung. 120 § 72. Joule-Thomson-Effekt 120 § 73. Adiabatische Zustandsänderung . . . 121 § 74. Carnotscher Kreisprozeß . . . . . . 122 § 75. Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre, Wahrscheinlichkeit von Naturvorgängen 124 § 76. Dritter Hauptsatz der Wärmelehre . . . . . . . . . 127 § 77. Wärmekraftmaschinen . . . . . . . . . . . . . . 127 § 78. Mechanische Wärmetheorie und kinetische Gastheorie 128 C. Änderungen des Aggregatzustandes § 79. Schmelzen, Schmelzpunkt, Schmelzwärme 130 § 80. Mischungen und Lösungen . . . . . .132 § 81. Osmose . . . . . . . . . . . . . 134 § 82. Verdampfung, Sättigungsdruck, Sieden 134 § 83. Sublimation . . . . . 137 § 84. Feuchtigkeit der Luft . . 137 § 85. Verflüssigung von Gasen 138 D. Wärmeausbreitung § 86. Wärmeleitung 140 § 87. Konvektion . 142 § 88. Wärmestrahlung 143 Fünftes Kapitel Elektrizität und Magnetismus § 89. Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 A. Elektrische Gleichströme § 90. Elektrische Spannung und Stromstärke 144 § 91. Ohmsches Gesetz . . . . . . 146 § 92. Stromverzweigung . . . . . 149 § 93. Schaltungen und Meßmethoden 150 B. Das elektrische Feld § 94. Elektrometer . . . . . . . . . 154 § 95. Ladung und Spannung, Influenz 155 § 96. Elektrische Feldstärke . . . . 158 § 97. Dielektrische Verschiebung . . . 161 § 98. Kapazität eines Kondensators 163 § 99. Kugelkondensator, Coulombsches Gesetz 165 § 100. Elektrische Ladungen in der Materie 167 § 101. Materie im elektrischen Felde . . . . . 168 C. Elektrische Leitungsvorgänge in Flüssigkeiten und Festkörpern I. Stromwärme . . . . . . . . . . . . . . . . 172 § 102. Elektrische Energie und Stromwärme 172 § 103. Praktische Anwendungen der Stromwärme 174 VII Inhaltsverzeichnis II. Ionenleitung . . . . . . . . . . . . . 174 § 104. Die elektrolytische Dissoziation . . 174 § 105. Faradaysche Gesetze der Elektrolyse 176 § 106. Ionenwanderung und Ohmsches Gesetz 177 § 107. Praktische Anwendungen der Elektrolyse 179 III. Elektronenleitung 179 § 108. Metalle . . . . . . . . . . . . . . 179 § 109. Halbleiter . . . . . . . . . . . . . 180 IV. Herstellung elektrischer Spannungen durch Ladungstrennung 181 § 110. Prinzipielles, Influenzmaschine, van de Graaf-Generator 181 § 111. Lösungsdruck, Galvanische Elemente 182 § 112. Elektrolytische Polarisation, Akkumulator 185 § 113. Kontaktspannungen . . · . . . 187 § 114. Elektrokinetische Erscheinungen 188 § 115. Thermospannungen . . . . . . 189 D. Elektrizitätsleitung in Gasen und im Vakuum § 116. Unselbständige Leitung. . . . 190 § 117. Elektronenaustritt aus Metallen 192 § 118. Kathodenstrahlen 193 § 119. Triode . . . . . . . . . . 196 § 120. Glimmentladung . . . . . . 198 § 121. Elektrizitätsleitung bei höheren Drucken 200 E. Das magnetische Feld I. Magnete und konstante Magnetfelder 202 § 122. Magnetische Grunderscheinungen 202 § 123. Magnetfeld eines Stromes 205 § 124. Atomare, elektrische Deutung des permanenten Magnetismus 207 § 125. Kraftwirkungen auf Ströme im Magnetfeld . . . . . . . 208 § 126. Anwendung der magnetischen Kraft bei Meßinstrumenten 210 II. Elektromagnetische Induktion 213 § 127. Grundtatsachen der Induktion 213 § 128. Das Induktionsgesetz . . . . 215 § 129. Zur Deutung der Induktionserscheinungen 216 § 130. Induktionsströme, Wirbelströme 218 § 131. Gegenseitige Induktion und Selbstinduktion 219 111. Magnetische Eigenschaften der Stoffe 221 § 132. Dia-und Paramagnetika . . 221 § 133. Ferromagnetika . . . . .. 224 F. Wechselspannungen und Wechselströme § 134. Wechselstromkreis mit Widerstand 226 § 135. Induktiver und kapazitiver Widerstand 229 § 136. Transformator . . . . . 231 § 137. Starkstrommaschinen . . . . 232 § 138. Elektroakustische Geräte 235 G. Hochfrequente Schwingungen und Wellen § 139. Elektrischer Schwingungskreis . . . . . .. 236 § 140. Erzeugung von hochfrequenten Schwingungen 238 § 141. Wellen auf Leitungen ........ . 240 § 142. Elektromagnetische Wellen im freien Raum .. 242 § 143. Elektrische Dipolantenne . . . . . . . . . 244 § 144. Der Mechanismus der Ausbreitung eines elektromagnetischen Feldes 246 § 145. Anwendung elektromagnetischer Schwingungen und Wellen 246 VIII Inhaltsverzeichnis Sechstes Kapitel Optik und allgemeine Strahlungslehre A. Die Natur des Lichtes und die Grundgesetze der Lichtausbreitung § 146. Die Natur des Lichtes . . . . . . . . . 249 § 147. Grunderscheinungen der Lichtausbreitung 250 § 148. Lichtgeschwindigkeit 252 § 149. Photometrie . . . . 253 § 150. Reflexion des Lichtes 257 § 151. Brechung des Lichtes 258 § 152. Totalreflexion 260 § 153. Dispersion . . . . . 261 B. Bilderzeugung durch Spiegel und Linsen § 154. Der ebene Spiegel . . . . . . . . . . . . . 263 § 155. Die sphärischen Spiegel . . . . . . . . . . . 264 § 156. Abbildung durch Brechung an einer Kugelfläche 267 § 157. Abbildung durch dünne Linsen . 268 § 158. Abbildung durch dicke Linsen 272 § 159. Abbildung durch Linsensysteme 274 § 160. Abbildungsfehler . . . . . . . 274 C. Optische Instrumente § 161. Vorbemerkung über den Einfluß der Beugung und über die Strahlenbegrenzung durch Blenden . . . . . . 276 § 162. Die photographische Kamera 278 § 163. Bildwerfer . . . 279 § 164. Die Lupe 280 § 165. Das Mikroskop 281 § 166. Das Fernrohr 287 § 167. Spektralapparat 289 D. Das Auge und das Sehen § 168. Das Auge als optisches System 290 § 169. Akkomodation des Auges. Brillen 291 § 170. Räumliches Sehen . . . . . . 292 § 171. Sehen mit Zäpfchen und Stäbchen. Farbensehen 293 § 172. Farben . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 E. Interferenz und Beugung (Wellenoptik) § 173. Der Fresnelsche Spiegelversuch . . . . . . . . . 296 § 174. Farben dünner Blättchen. Newtonsehe Ringe . . . 297 § 175. Beugungen an kleinen Öffnungen und Hindernissen . 298 § 176. Beugungsspektrum . . . . . . . 299 § 177. Lichtstreuung an kleinsten Teilchen 301 § 178. Raman-Strahlung . . . . . 302 F. Polarisation § 179. Polarisation durch Reflexion 304 § 180. Polarisation durch Doppelbrechung 306 § 181. Drehung der Polarisationsebene 308 § 182. Interferenz polarisierten Lichtes 310 G. Elektromagnetisches Spektrum § 183. Übersicht über das gesamte Spektrum 311 § 184. Infrarotes Licht 312 § 185. Ultraviolettes Licht . . . . . . . . 313 § 186. Röntgenstrahlen . . . . . . . . . 314 § 187. Röntgeninterferenzen an Kristallen. Strukturanalyse 318 IX Inhaltsverzeichnis H. Temperatur-und Lumineszenzstrahlung § 188. Temperaturstrahlung. Schwarzer Körper 321 § 189. Die Gesetze der schwarzen Strahlung 323 § 190. Fluoreszenz und Phosphoreszenz 324 I. Korpuskeleigenschaften des Lichtes § 191. Der lichtelektrische. Effekt. 326 § 192. Quantentheorie des Lichts . 327 § 193. Laser und Maser . . . . . 329 § 194. Dualismus von Welle und Korpuskel 330 Siebtes Kapitel Atombau A. Die Spektren und die Elektronenhülle der Atome § 195. Emissions-und Absorptionsspektren 332 § 196. Atommodelle und Linienspektren . . . . 333 § 197. Atombau und periodisches System der Elemente 336 § 198. Röntgenspektren . . . . . . . . . 338 § 199. Das wellenmechanische Atommodell 340 § 200. Bandenspektrum . . . . . . . 341 B. Der Atomkern und seine Umwandlungen § 201. Natürliche Radioaktivität 342 § 202. Der radioaktive Zerfall 344 § 203. Elementarteilchen 346 § 204. Aufbau der Atomkerne 349 § 205. Äquivalenz von Masse und Energie 350 § 206. Massendefekt und Bindungsenergie der Kerne 350 § 207. Künstliche Kernumwandlung 351 § 208. Teilchenbeschleuniger . . 353 § 209. Künstliche Radioaktivität 355 § 210. Kernspaltung, Transurane 356 § 211. Kernfusion . . . . . . . 357 § 212. Gewinnung von Atomkernenergie 358 § 213. Kosmische Strahlung 359 Namen-und Sachverzeichni$ . . 361 X
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