Notizen, Zusammenfassungen, Arbeiten, Prüfungen und Probleme für Physik

Lichtbeugung und Wellenlängenbestimmung

Zielsetzung des Experiments

Berechnung der Wellenlänge (λ) verschiedener Lichtquellen mittels Beugung an einem Gitter.

Theoretischer Hintergrund und Planung

Ein Beugungsgitter ist ein optisches Element, das Licht in seine spektralen Bestandteile zerlegen kann. Es gibt zwei Haupttypen von Beugungsgittern: Reflexionsgitter und Transmissionsgitter. Beugungsgitter bestehen aus einer Vielzahl von eng beieinander liegenden, parallelen Linien oder Spalten, die entweder auf einer reflektierenden Metalloberfläche (Reflexionsgitter) oder einer transparenten Glasplatte (Transmissionsgitter) angebracht sind.

Wenn monochromatisches Licht auf ein Beugungsgitter trifft, interferieren die gebeugten Wellen konstruktiv... Weiterlesen "Lichtbeugung und Wellenlängenbestimmung: Ein Laborbericht" »

Mechanische Arbeit

Die mechanische Arbeit einer konstanten Kraft ist das Produkt aus der Kraft und der Verschiebung des Angriffspunktes. Sie wird mit W bezeichnet und berechnet sich wie folgt:

W = F * Δr = F * Δr * cos(θ)

Dabei ist:

• W die Arbeit
• F die Kraft
• Δr die Verschiebung
• θ der Winkel zwischen der Kraft und der Verschiebung

1 Joule (J) ist die Arbeit, die von einer Kraft von 1 Newton (N) verrichtet wird, wenn sich der Angriffspunkt um 1 Meter in Richtung der Kraft bewegt. Es gilt:

1 J = 1 N * 1 m

Leistung

Wenn auf einen Körper mehrere Kräfte wirken, die die gleiche Arbeit verrichten, ist diejenige Kraft effektiver, die die Arbeit in kürzerer Zeit verrichtet. Um die Effizienz und Geschwindigkeit zu berücksichtigen, mit der eine Kraft Arbeit... Weiterlesen "Mechanische Arbeit, Leistung und Energie: Ein Überblick" »

Energie: Konzepte und Arten

Energie ist die Fähigkeit eines Körpers, mit anderen Systemen zu interagieren. Energie wird weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur umgewandelt (Einheit: Joule, J). Es gibt verschiedene Arten von Energie:

• Kinetische Energie (Ec): Energie, die ein Körper aufgrund seiner Bewegung besitzt. Ec = 0,5 * m * v² (m = Masse, v = Geschwindigkeit)
• Potenzielle Energie (Ep): Energie, die ein Körper aufgrund seiner Position besitzt.
  • Gravitationspotenzielle Energie: Ep = m * g * h (g = Erdbeschleunigung, 9,8 m/s², h = Höhe)
  • Elastische Potenzielle Energie: Ep = 0,5 * k * x² (k = Federkonstante in N/m, x = Auslenkung)
• Mechanische Energie: Die Summe aus kinetischer und potenzieller Energie.
• Wärme (Q): Energie, die zwischen zwei

Geozentrische Theorie

Aristoteles

Aristoteles vertrat folgende Annahmen:

• Die Erde war rund, unbeweglich und befand sich im Zentrum einer Sphäre, die die Fixsterne beherbergte.
• Die Planeten und Sterne bewegten sich in Sphären auf Kreisbahnen um die Erde.

Ptolemäus

Ptolemäus erweiterte die Theorie des Aristoteles. Die ptolemäische Theorie basierte auf Kreisbahnen, ergänzt durch exzentrische Bahnen und Epizykel, um die Bewegung der Planeten zu erklären. Er ging weiterhin davon aus, dass die Erde der Mittelpunkt des Universums sei.

Heliozentrische Theorie

Kopernikus und Galileo

Nikolaus Kopernikus formulierte die heliozentrische Theorie bereits im 16. Jahrhundert, veröffentlichte sie aber erst spät. Galileo Galilei konnte diese Theorie später... Weiterlesen "Astronomische Weltbilder und Grundlagen der Hydrostatik" »

Die Bewegung

Ein Objekt bewegt sich, wenn es seine Position ändert. Um eine Bewegung zu beschreiben, ist es notwendig, ein Referenzsystem zu wählen. Die Bewegung ist relativ, da sich Dinge in Bezug auf das verwendete Referenzsystem bewegen oder nicht.

Grundlegende Definitionen

• Bewegung: Die Änderung der Position, die ein Körper im Laufe der Zeit relativ zu einem als fest betrachteten Referenzsystem erfährt.
• Trajektorie: Die Linie, die alle Punkte entsprechend den aufeinanderfolgenden Positionen eines Mobil beschreibt. Sie kann geradlinig, gekrümmt oder unregelmäßig sein.
• Position: Sie erfolgt im Verhältnis zu einem Referenzsystem. Sie wird durch die Entfernung zwischen dem Punkt, an dem sich das Mobil befindet, und dem Ursprung berechnet.

Analyse und Instrumentierung

Physikalische Eigenschaften: Härte, Farbe, Form, Geruch, Zähigkeit, Dichte, Geschmack, Verformbarkeit, Volatilität, Viskosität, Leitfähigkeit, Gewicht, Volumen, Helligkeit, Porosität, Zähigkeit, Siedepunkt, Schmelzpunkt.

Chemische Eigenschaften: Chemische Reaktionen

Zusammensetzung: CaCO3 100%

Ermittlung der Zusammensetzung von Flüssigkeiten, Gasen und Lösungen durch instrumentelle Methoden

Ziele:

Die Grundlagen und Anwendungen der instrumentellen Methoden in den Ingenieurwissenschaften verstehen. Das allgemeine Problem der Analyse verstehen, Kriterien für die Auswahl einer bestimmten Kontrollmethode, Analyse, Probenahme, Konservierung und Aufbereitung von Proben. Die wichtigsten Teile jeder instrumentellen... Weiterlesen "Instrumentelle Analytik: Methoden, Eigenschaften und Anwendungen" »

Reflexion und Brechung von elektromagnetischen Wellen

Ziele

• Messen Sie den Brechungsindex eines Prismas für elektromagnetische Wellen im sichtbaren Bereich (Licht) und für Mikrowellen.
• Messen Sie den Reflexionswinkel von elektromagnetischen Wellen.
• Messen Sie den Grenzwinkel der Totalreflexion, wenn ein Lichtstrahl von einem Medium mit höherem Brechungsindex auf ein Medium mit niedrigerem Brechungsindex übergeht.

Grundlagen

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle ändert sich beim Übergang von einem Medium in ein anderes. Die Brechung hat die Eigenschaft, die Richtung des Strahls zu ändern, wenn dieser schräg auf die Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes trifft.

Das Snelliussche Gesetz beschreibt den Zusammenhang... Weiterlesen "Reflexion und Brechung: Licht und Mikrowellen" »

Grundlagen der Thermodynamik

Wärme und Temperatur

Wärme ist eine Energieform, die zwischen Körpern unterschiedlicher Temperatur übertragen wird. Die SI-Einheit ist das Joule (J), aber auch die Kalorie (cal) wird verwendet:

• 1 cal = 4,18 J
• 1 J = 0,24 cal

Temperatur ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie der Teilchen eines Körpers. Die SI-Einheit ist Kelvin (K), aber auch Grad Celsius (°C) werden verwendet.

Die von einem Körper gewonnene oder abgegebene Wärme (Q) ist proportional zu seiner Masse (m) und seiner Temperaturänderung (ΔT):

Q = m · c_e · (T_f - T_i)

wobei c_e die spezifische Wärme ist (die Energiemenge, die benötigt wird, um die Temperatur von 1 kg einer Substanz um 1 K zu erhöhen).

Wärmeübertragung und thermisches

Reine Stoffe und thermodynamische Prozesse

Abb. 1

Q1 = m * CN * ΔT
m: Masse des Wassers
Cn: spezifische Wärme des Eises
Q2 = m * ff: Schmelzwärme (latente) für Eis
Q3 = m * c * ΔTC: Thermo-sencible
C: 1 kcal/kg°C
Q4 = m * vv: Verdampfungswärme (latente) für H2O
v: 540 kcal/kg
v: 970 BTU / LBM
Q5 = m * c * v ΔT
Cv: 0,45 kcal / kg°C

Beispiel: Berechnung der Energie für die Umwandlung von Eis in Dampf

Berechne die benötigte Energie, um 200 g Eis bei -10 °C in 200 g Dampf bei 120 °C unter einem äußeren Druck von 760 mmHg umzuwandeln. Die spezifische Wärme des Eises beträgt 0,5 cal/g°C und die des Dampfes 0,45 cal/g°C.

Entwicklung

1. Erhitzen des Eises: Q1 = m * CN * ΔT = 200 g * 0,5 cal/g°C * 10 °C = 1000 cal
2. Schmelzen des