Notizen, Zusammenfassungen, Arbeiten, Prüfungen und Probleme für Physik

Optik: Eine kurze Einführung

Die Optik ist der Teil der Physik, der das Licht und seine Eigenschaften untersucht. Seit der Antike gibt es Theorien, die versuchen, das Licht zu erklären. Die alten Atomisten argumentierten, dass das Sehen dadurch zustande kommt, dass Objekte Bilder ausstrahlen, die sie verlassen und in die Seelen der Menschen gelangen, die durch ihre Augen sehen.

Lichtgeschwindigkeit und Brechungsindex

Die Lichtgeschwindigkeit ist eine endliche Größe, die zwar unterschiedliche Werte annimmt, je nach dem Medium, in dem sie sich ausbreitet, aber im Vakuum einen Maximalwert erreicht. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum wird durch "c" repräsentiert und hat einen ungefähren Wert von 300.000 km/s. In jedem anderen Medium ist die... Weiterlesen "Optik: Licht, Reflexion, Brechung und Streuung" »

Kernphysik: Eine Einführung

Die Kernphysik ist ein Zweig der Physik, der die Eigenschaften und das Verhalten von Atomkernen untersucht.

Die Entwicklung des Atommodells

Demokrit

Demokrit entwickelte die Theorie, dass die Materie aus unteilbaren Teilchen besteht, die er Atome nannte (griechisch: atomos = unteilbar).

John Dalton

John Dalton formulierte 1803 eine neue Theorie über den Aufbau der Materie. Er schlug vor:

• Elemente bestehen aus grundlegenden Einheiten, den Atomen, zu Ehren von Demokrit.
• Verbindungen bestehen aus Molekülen, deren Struktur durch die Vereinigung von Atomen in bestimmten und konstanten Verhältnissen gegeben ist.

Ende des 19. Jahrhunderts wurde festgestellt, dass Atome nicht unteilbar sind, sondern aus mehreren Arten von Elementarteilchen... Weiterlesen "Atommodelle: Von Demokrit bis Schrödinger" »

Grundlegende Konzepte

• Elongation: Abstand zwischen dem Gleichgewichtspunkt und der Position eines Teilchens zu einem bestimmten Zeitpunkt.
• Amplitude: Abstand zwischen dem höchsten Punkt und dem Gleichgewichtspunkt. Entspricht der Elongation. (Höhere Energie, größere Amplitude)
• Periode: Zeit, die ein Teilchen für eine Schwingung benötigt.
• Frequenz: Gibt an, wie oft sich ein Ereignis in einem bestimmten Zeitraum wiederholt. Anzahl der Schwingungen pro Sekunde.
• Wellenlänge: Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten, die sich in der gleichen Schwingungsphase befinden.
• Ausbreitungsgeschwindigkeit: Geschwindigkeit, mit der sich eine Schallwelle ausbreitet. (In Luft ca. 340 m/s)
• Infraschall: Schall mit einer Frequenz unter 20 Hz.
• Ultraschall:

1. Was ist eine optische Faser und wie funktioniert sie?

Eine optische Faser ist eine sehr feine Leitung aus transparentem Material (Glas oder Kunststoff), die Lichtpulse leitet. Sie besteht aus einem Kern, der von einer Beschichtung (Mantel) umgeben ist. Diese Lichtpulse repräsentieren die zu übertragenden Daten.

2. Der Brechungsindex: Definition und Bedeutung

Wenn Licht ein klares, aber dichteres Medium durchquert, bewegt es sich langsamer als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (c) kann angenähert werden:

• c ≈ 300.000 km/s (oder 3 x 10⁸ m/s)

Für die neue Geschwindigkeit des Lichts (v) innerhalb des Mediums gilt die Gleichung:

v = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (c)
Brechungsindex (n)

Jede Faser besteht aus einem... Weiterlesen "Optische Fasern verstehen: Aufbau, Funktion & Verbindung" »

Entdeckung subatomarer Teilchen

Im Jahre 1808 formulierte der englische Chemiker J. Dalton (1766-1844) seine berühmte Atomtheorie. Sie brach mit den traditionellen Vorstellungen und postulierte, dass Materie aus Atomen besteht. Das Konzept der Atome als unteilbare Teilchen der Materie hatte fast ein Jahrhundert Bestand.

Die zufällige Entdeckung der natürlichen Radioaktivität im Jahre 1896 durch den französischen Physiker Henri A. Becquerel (1852-1908) führte zur Kenntnis dreier Strahlungsarten: Alpha-Strahlen (positiv geladen), Beta-Strahlen (negativ geladene Teilchen) und einer dritten, ungeladenen und durchdringenden Art, den Gamma-Strahlen. Dies offenbarte, dass Atome doch nicht die unteilbaren Teilchen waren, für die man sie gehalten... Weiterlesen "Die Struktur des Atoms: Bausteine und Modelle" »

Arten radioaktiver Strahlung

Die Alpha-Strahlen wurden von Rutherford als Helium-Kerne identifiziert, die zwei positive Netto-Ladungen tragen.

Die Beta-Strahlen wurden von Becquerel als Kathodenstrahlen identifiziert und als Elektronen festgestellt. Ihre Masse ist etwa 8000-mal niedriger als die von Alpha-Teilchen.

Die Gamma-Strahlen wurden als elektromagnetische Strahlung identifiziert, ähnlich wie Röntgenstrahlen, jedoch von höherer Energie.

Radioaktive Zerfallsgesetze

• Wenn ein Kern ein Alpha-Teilchen emittiert, entsteht ein anderer Kern, dessen Massenzahl um vier Einheiten sinkt und dessen Ordnungszahl um zwei Einheiten abnimmt.
• Wenn ein Kern ein Beta-Teilchen emittiert, entsteht ein anderer Kern, dessen Massenzahl gleich bleibt und dessen

Das Doppelspaltexperiment von Young

Die Erfahrung von Young: Wenn kohärentes Licht durch zwei Spalte fällt, die einen gewissen Abstand voneinander haben, und auf einen Schirm projiziert wird, erhält man abwechselnd helle und dunkle Zonen. Da der Wegunterschied von jedem Spalt unterschiedlich ist, interferieren die Wellen konstruktiv oder destruktiv, was zu hellen und dunklen Bereichen führt.

Elemente eines zentrierten optischen Systems

Die Elemente eines zentrierten optischen Systems sind:

• Hauptachse: Dies ist die Linie, auf der das System sphärische Symmetrie aufweist. Sie verläuft durch das optische Zentrum und die Krümmungsmittelpunkte.
• Optisches Zentrum: Dies ist der Schnittpunkt des Spiegels, der Dioptrie oder der dünnen Linse mit der

Druck

Beschreibt das Verhältnis zwischen einer angewandten Kraft und der Fläche, auf die sie wirkt. Durch die Reduzierung der Fläche, auf die eine Kraft wirkt, erhöht sich der Druck.

Hydrostatischer Druck

Der Druck, der durch das Gewicht einer Flüssigkeit in einem Behälter auf dessen Boden und Seiten ausgeübt wird.

Atmosphärischer Druck

Der Druck, der von der Atmosphäre auf alle Körper ausgeübt wird, die mit ihr in Kontakt stehen.

Pascalsches Prinzip

Jeder Druck, der auf eine eingeschlossene Flüssigkeit ausgeübt wird, überträgt sich mit gleicher Intensität auf alle Punkte der Flüssigkeit und auf die Wände des Behälters.

Archimedisches Prinzip

Jeder in eine Flüssigkeit eingetauchte Körper erfährt einen Auftrieb, der gleich dem Gewicht... Weiterlesen "Grundlagen der Physik: Definitionen wichtiger Begriffe" »

Grundlagen der Elektrizität

Elektrische Wechselwirkungen

Elektrische Wechselwirkungen sind die dynamische Beeinflussung, die zwei oder mehr Objekte aufeinander ausüben.

• Elektrostatisches Pendel: Ein elektrostatisches Pendel ist eine kleine, leichte Kugel, oft aus Mark oder einem anderen isolierenden Material, die an einem isolierenden Faden hängt. Seine Funktion ist es, die Anwesenheit elektrostatischer Kräfte zu bestimmen.
• Elektroskop: Ein Elektroskop ist ein Gerät, das anzeigt, ob ein Körper elektrisch geladen ist und welches Vorzeichen die Ladung hat.
• Elektrometer: Ein Elektrometer ist ein Gerät zur Messung der elektrischen Ladungsmenge eines Körpers.

Methoden der Elektrisierung eines Körpers

• Durch Reibung: Wenn zwei Körper unterschiedlicher

Magnetfeld

Ein Magnetfeld ist die Störung des Raumes, die durch einen Magneten erzeugt wird und sich auf eine Fläche bewegter Ladungen auswirkt. Es zeigt sich durch die Wechselwirkungen mit anderen Magneten oder elektrischen Strömen in diesem Bereich. Grafisch wird die Existenz dieses Feldes durch Kraftlinien dargestellt, die immer geschlossen sind und an jedem Punkt tangential zur Feldstärke verlaufen. Ein Magnet ist ein Satz von Spulen, meist kreisförmig, alle parallel und mit einem sehr kleinen Radius im Vergleich zu seiner Länge. Wenn wir in das Innere des Magneten einen Eisenkern einführen, nennen wir das Gerät Elektromagnet oder Spule.

Zirkulation des Magnetfeldes

Die Zirkulation des Magnetfeldes entlang einer geschlossenen Linie... Weiterlesen "Magnetfelder und ihre Eigenschaften" »