Notizen, Zusammenfassungen, Arbeiten, Prüfungen und Probleme für Physik

Quantenphysik: Die Grundlagen der atomaren Welt

Die atomare Welt begann, Eigenschaften zu zeigen, die aus Sicht der klassischen Newtonschen Physik überraschend und paradox waren.

Der Welle-Teilchen-Dualismus

Basierend auf den Untersuchungen von Einstein und Planck, löst dieser Dualismus den traditionellen Gegensatz zwischen Materie und Energie auf. Traditionell wurde angenommen, dass Materie diskontinuierlich ist und Teilchencharakter besitzt, während Energie kontinuierlich ist und Wellencharakter aufweist.

Nach der Quantenphysik verhalten sich jedoch sowohl Materie als auch Energie wie Wellen und Teilchen.

• Planck entdeckte, dass Energie nicht kontinuierlich, sondern in diskontinuierlichen Einheiten, den Quanten, emittiert wird.
• Kurz darauf identifizierte

Der Sehsinn: Das Auge als Lichtempfänger

Die meisten Informationen, die Ihr Gehirn erreichen, gelangen über die Augen dorthin. Von allen Sinnen ist das Sehen der komplexeste und dominiert die anderen.

Struktur des Auges

Die Augen sind die Sinnesorgane, die Lichtrezeptoren enthalten. Sie sind empfindlich und werden von den Knochen des Schädels geschützt, die sie in den Augenhöhlen beherbergen. Äußerlich schützen die Augenlider und Wimpern, während die Augenbrauen und Tränen die Augen reinigen und feucht halten.

Die äußere Augenschicht

Diese Schicht besteht aus der Lederhaut, die den Augapfel schützt. Der vordere Teil der Lederhaut wird Hornhaut genannt, die flexibel, transparent und gekrümmt ist. Sie schützt eine Membran namens Bindehaut.... Weiterlesen "Die menschlichen Sinnesorgane: Aufbau und Funktion von Auge, Ohr und Bewegungsapparat" »

Wichtige Persönlichkeiten der Astronomie und Mathematik

Frühe Mathematiker und ihre Beiträge

• Al-Chwarizmi: Namensgeber der Algebra und des Algorithmus. Er leistete zahlreiche mathematische Fortschritte.
• Al-Battani: Realisierte jährliche Erneuerungen im Aphel.
• Chudschandi: Entwickelte den Sextanten, eine natürliche Weiterentwicklung des Astrolabiums.
• Abu Mansur: Entwickelte den Sinus.
• Al-Biruni: Der erste indische Mathematiker, der Zahlen einführte.

Die Kopernikanische Wende (15. und 16. Jahrhundert)

Bis zum 15. Jahrhundert (Kopernikus) gab es einen Durchbruch mit der Wiederbelebung und Neuentdeckung der klassischen griechisch-römischen Wissenschaft in Europa, was zu neuen Forschungsergebnissen führte.

Nikolaus Kopernikus: Das Heliozentrische

Das Magnetfeld

Ein Magnetfeld ist ein Raumbereich, in dem eine bewegte elektrische Ladung q mit einer Geschwindigkeit v eine Kraft erfährt. Diese Kraft ist senkrecht und proportional zur Geschwindigkeit und zum Feld, das als magnetische Induktion oder magnetische Flussdichte bezeichnet wird.

Eigenschaften von Magnetfeldlinien

Anhand der magnetischen Feldlinien lässt sich das Magnetfeld an einem bestimmten Punkt grob abschätzen, wenn man folgende Eigenschaften berücksichtigt:

• Magnetfeldlinien sind immer geschlossene Schleifen. Sie verlaufen von Nord nach Süd außerhalb des Magneten und von Süd nach Nord innerhalb des Magneten.
• Magnetfeldlinien schneiden sich niemals.
• Die magnetischen Linien verschiedener Magnete ziehen sich an oder stoßen sich

Grundlagen der Gravitation

Gesetz der universellen Gravitation

Zwei Materieteilchen ziehen sich gegenseitig mit einer Kraft an, die proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands ist, der sie trennt.

Gravitationsfeld

Das Gravitationsfeld ist die Störung, die ein Körper durch seine Masse im umgebenden Raum erzeugt.

Gravitationsfeldstärke (g)

Die Gravitationsfeldstärke g an einem Punkt im Raum ist die Kraft, die auf eine dort platzierte Masseneinheit wirken würde.

Konservative Kräfte

Konservative Kräfte sind Kräfte, bei denen die verrichtete Arbeit nicht vom Weg abhängt.

Potenzielle Gravitationsenergie

Die potenzielle Energie einer Masse m an einem Punkt im Raum ist die Arbeit, die das Gravitationsfeld... Weiterlesen "Grundlagen der Physik: Gravitation, Keplersche Gesetze und Elektrizität" »

Grundlagen der Wellenlehre

Wellen übertragen Energie ohne Stofftransport. Man unterscheidet Wellen nach dem Medium, das sie zur Ausbreitung benötigen, und nach der Richtung, in der die Teilchen des Mediums schwingen.

Arten von Wellen

Nach Ausbreitungsmedium

• Mechanische Wellen: Wie Schallwellen oder Wellen auf einer Saite, benötigen sie ein Medium zur Ausbreitung.
• Elektromagnetische Wellen: Wie Licht und Radiowellen, benötigen sie kein Medium zur Ausbreitung.

Nach Schwingungsrichtung

• Transversalwellen: Die Teilchen des Mediums bewegen sich senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle.
• Longitudinalwellen: Die Teilchen bewegen sich parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle.
• Oberflächenwellen: Die Teilchen bewegen sich sowohl parallel als auch senkrecht

Kapitel 1: Das anfängliche Chaos

Was gab es vor dem Urknall?

Es gibt keine gesicherte Theorie darüber, was vor dem Urknall geschah. Wir sind uns nicht sicher, ob es überhaupt etwas vor dem Urknall gab.

Was erschwert die Bestimmung der genauen Herkunft des Universums?

Das Problem bei der Bestimmung der genauen Herkunft des Universums liegt darin, dass die derzeitigen Gesetze der Physik keine uneingeschränkten Gesetze sind. Sie können daher nicht im gesamten Universum angewandt werden, sondern nur in bestimmten Zuständen der Materie und in einem begrenzten Temperaturbereich.

Woher stammt der Name "Big Bang" (Urknall)?

Der Begriff "Big Bang" (Urknall) bezeichnet die wissenschaftlich belegte Theorie, dass das Universum aus einer Explosion entstand... Weiterlesen "Die Entstehung des Universums: Urknall, Sterne und Elemente" »

Grundlagen der Laseremission

Atome tendieren dazu, ihren Grundzustand beizubehalten. In einem angeregten Atom zerfallen Elektronen und emittieren spontan Photonen.

Was passiert, wenn ein Elektron bereits angeregt ist?

Wenn ein Elektron bereits in einer höheren Umlaufbahn oder in einem angeregten Zustand ist, könnte man annehmen, dass es sich in eine noch höhere Umlaufbahn bewegen würde. Dies ist jedoch nicht immer der Fall.

Erzeugung der Besetzungsinversion

Die Natur strebt ein thermodynamisches Gleichgewicht an. Atome und Moleküle versuchen, den Zustand niedrigster Energie zu erreichen. Durch Pumpen mit der benötigten Energie können einige Atome oder Moleküle in einen angeregten Zustand versetzt werden.

Einige durch spontane Emission erzeugte... Weiterlesen "Laser und Glasfaser: Funktionsweise" »

Magnetfeld

Ein Magnetfeld ist die Störung des Raumes, die durch einen Magneten erzeugt wird. Es manifestiert sich durch die Interaktionen, die in diesem Bereich andere Magneten, elektrische Ströme (Oersted) oder bewegte Ladungen erfahren. Bewegte elektrische Ladungen erzeugen Magnetfelder, während ruhende dies nicht tun. Die auf eine bewegte Ladung in einem Magnetfeld wirkende Kraft wird als Lorentz-Kraft bezeichnet.

Analogie: Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen elektrischen und magnetischen Feldern

Ähnlichkeiten

• Sowohl elektrische als auch magnetische Felder werden durch elektrische Ladungen erzeugt.
• Die elektrische Feldstärke hängt umgekehrt vom Quadrat der Entfernung zu dem Punkt ab, an dem wir die Messung durchführen.
• Beide Felder

Systeme, Materialien und Dimensionen

Definition von System und Material

Ein System ist eine organisierte Gruppe von Elementen, die miteinander in Wechselwirkung stehen, eine Energiequelle nutzen können und dem System selbst globale Eigenschaften oder Merkmale verleihen. Ein Material ist ein isolierter und identifizierter Teil des Universums, den wir betrachten.

Dimensionen der Materie

Die Dimensionen der Dinge reichen von der globalen Skala des Universums bis hin zu submikroskopischen Teilchen, aus denen Materie besteht. In der Astronomie werden typischerweise vier Beobachtungsskalen unterschieden:

• Global (10²¹)
• Makroskopisch (10⁰)
• Mikroskopisch (10^-4)
• Submikroskopisch (10^-14)

1. Energie in Systemen und Materialien

1.1. Energie und ihre Fähigkeit zur