Notizen, Zusammenfassungen, Arbeiten, Prüfungen und Probleme für Physik

Klassifizierung Optischer und Spektroskopischer Methoden

Nicht-spektroskopische Methoden

Zu den nicht-spektroskopischen optischen Methoden gehören:

• Refraktometrie
• Polarimetrie

Spektroskopische Techniken

Dazu zählen Techniken wie die UV/Vis-Spektrophotometrie, die Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) und die Flammenphotometrie.

Die spektrophotometrischen Verfahren basieren entweder auf der Absorption oder der Emission von Strahlung (Absorptiometrie).

Grundlagen der Spektroskopie: Licht und Energie

Definition und Charakteristik von Licht

Licht ist eine elektromagnetische Strahlung, die sowohl Wellen- als auch Korpuskelcharakter (Teilchencharakter) besitzt. Das Licht wird in unterschiedliche Wellenlängen zerlegt, die als elektromagnetisches Spektrum angeordnet... Weiterlesen "Grundlagen der Spektroskopie: Licht, Spektren und Lambert-Beer-Gesetz" »

Eigenschaften von Stoffen

• Allgemeine Eigenschaften: Werte, die zur Identifizierung einer Substanz dienen (z.B. Volumen, Masse, Temperatur).
• Charakteristische Eigenschaften: Eigenschaften mit einem spezifischen Wert, der charakteristisch für jeden Stoff ist (z.B. Dichte, Schmelzpunkt, Siedepunkt, Härte, Wasserlöslichkeit und elektrische Leitfähigkeit).

Charakteristische Eigenschaften im Detail

• Dichte: Menge der Masse pro Volumen (Beispiele: Blei und Kork).
• Härte: Widerstand gegen Verformung oder Zerstörung (Beispiel: Diamant).
• Wasserlöslichkeit: Messung der maximalen Masse eines Stoffes, die sich in 100g Wasser lösen lässt (Beispiele: Zucker ist löslich, Öl ist unlöslich und nicht mischbar).
• Elektrische Leitfähigkeit: Misst die Fähigkeit

Strahlungsstärke

Die Strahlungsstärke ist die pro Flächeneinheit und Wellenlänge emittierte Leistung eines Körpers (W·nm⁻¹·cm⁻²). Sie wird auch verwendet, um die Strahlungsstärke einer Lampe im Vergleich zu einem schwarzen Körper zu beschreiben.

Emissionsgrad

Der Emissionsgrad ist das Verhältnis der Strahlungsstärke einer Lampe zur Strahlungsstärke eines schwarzen Körpers bei gleicher Temperatur:

Emissionsgrad (ε, T) = I (Lampe) (ε, T) / I (schwarzer Körper) (ε, T)

Grauer Körper

Ein grauer Körper liegt vor, wenn der Emissionsgrad unabhängig von der Wellenlänge der betreffenden Lampe ist.

Deuteriumlampe

Eine Deuteriumlampe ist eine Niederdrucklampe mit einem kontinuierlichen Spektrum zwischen 200 und 400 nm. Oberhalb von 400... Weiterlesen "Spektroskopie und Detektoren" »

Die Wissenschaftliche Methode

1. Fragestellung in der Wissenschaft

Wissenschaftliche Arbeit beginnt mit Fragen, die sich aus der Realität ergeben. Das Stellen bescheidener Fragen kann zu sinnvolleren Antworten und tieferem Verständnis führen.

2. Formulierung von Hypothesen

Normalerweise ist dies Teil einer Idee oder Hypothese darüber, wie Naturphänomene ablaufen. Es handelt sich um eine auf Beobachtungen, Ideen oder Überzeugungen basierende Erklärung.

3. Überprüfung von Hypothesen

Es ist notwendig, eine wissenschaftliche Idee oder Hypothese zu demonstrieren, um ihre Gültigkeit zu beweisen. Dies führt zur Formulierung von Theorien.

4. Formulierung von Theorien

Allgemeine Naturgesetze werden in der Regel als Theorien formuliert. Diese Theorien... Weiterlesen "Grundlagen der Wissenschaft: Methode, Falsifikation und Urknall" »

1. Wellenbewegung

Eigenschaften:

• Überträgt Energie
• Kein Transport von Materie
• Teilchen schwingen um einen Gleichgewichtspunkt.

Arten von Wellen:

Nach dem Ausbreitungsmedium:

• Mechanische Wellen: Benötigen ein elastisches Medium zur Ausbreitung.
• Elektromagnetische Wellen: Benötigen kein Medium.

Unter der Ausbreitungsrichtung:

• Longitudinalwellen: Schwingungen der Teilchen erfolgen in Ausbreitungsrichtung der Welle (z.B. Schall).
• Transversalwellen: Schwingungen erfolgen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle (z.B. Welle auf dem Wasser).

2. Wellenausbreitung

Wellen breiten sich durch Sinusfunktionen (sin, cos) aus.

Puls: Einzelner Wellenzug

Welle: Aufeinanderfolgende Wellen

3. Eigenschaften von Wellen

• Ausbreitungsgeschwindigkeit (v): Zurückgelegte Strecke

Stehende Wellen auf einer Saite und Schallgeschwindigkeit

Zweck

Ziel ist es, die Beziehung zwischen der Frequenz der Vibration und der Spannung von Wellen in einer schwingenden Saite zu untersuchen.

Zusätzlich soll die Schallgeschwindigkeit gemessen werden.

Verfahren: Teil 1 (Stehende Wellen auf der Saite)

An den Enden der Saite wurden unterschiedliche Gewichte (150 g, 200 g und 250 g) angebracht, um die Spannung zu variieren.

Sobald die stehende Welle erzeugt wurde, mussten folgende Informationen in einer Tabelle erfasst werden: Masse, Gewicht (oder Zug/Spannung T) auf der Saite, Frequenz (f), Wellenlänge (λ), Geschwindigkeit (v) und die Quadratwurzel aus der Spannung (√T).

Verwendete Formeln

• Wellenlänge: λ_n = 2L / n
• Frequenz: f = 1 / T
• Geschwindigkeit:

Das Elektrische Feld: Konzept und Entwicklung

In der Ära vor Faraday wurde die Kraft zwischen zwei geladenen Teilchen als eine direkte und instantane Interaktion betrachtet – eine Aktion in der Ferne, bei der der Raum zwischen den Ladungen keine Rolle spielte. Dieses Konzept wurde auch zur Erklärung von Gravitations- und magnetischen Wechselwirkungen herangezogen.

Heute werden diese Wechselwirkungen mithilfe des Begriffs des Feldes beschrieben. Jede elektrische Ladung verändert die Eigenschaften des umgebenden Raumes. Diese veränderten Eigenschaften kommunizieren das elektrische Feld. Das elektrische Feld wirkt als Vermittler in der Interaktion zwischen den beiden Ladungen.

Elektrische Feldstärke (E)

Um die Eigenschaften des elektrischen... Weiterlesen "Das Elektrische Feld: Definition, Stärke und Feldlinien einfach erklärt" »

Atomspektren

Wenn Elementen im gasförmigen Zustand Energie zugeführt wird (z. B. durch Stoß oder Erhitzung), emittieren sie Strahlung bestimmter Wellenlängen. Wird diese Strahlung durch ein Prisma oder ein Spektroskop zerlegt, sieht man einzelne Linien. Die Gesamtheit dieser Linien wird als Emissionsspektrum bezeichnet. Wenn umgekehrt kontinuierliches Licht eine Substanz durchdringt, absorbiert diese bestimmte Wellenlängen. Diese erscheinen dann als dunkle Linien auf dem kontinuierlichen Hintergrund (Absorptionsspektrum).

Plancks Quantenhypothese

Die Untersuchung von Spektrallinien ermöglicht Rückschlüsse auf Energieänderungen bei Elektronenübergängen, die mit der Emission von Strahlung verbunden sind. Max Planck postulierte, dass Energie... Weiterlesen "Grundlagen der Atomphysik: Spektren, Quanten & Modelle" »

Superpositionsprinzip: Wellenüberlagerung verstehen

Wenn zwei oder mehr Wellen sich durch ein Medium ausbreiten, ist die resultierende Störung an jedem Punkt des Mediums die Summe der einzelnen Störungen, die jede Welle verursachen würde, wenn sie sich allein ausbreiten würde. Mathematisch ausgedrückt: y = y1 + y2.

Interferenzerscheinungen: Wellenüberlagerungseffekte

Interferenz tritt auf, wenn zwei Wellenbewegungen gleichzeitig (in Raum und Zeit) aufeinandertreffen. Dies führt zu Bereichen, in denen die Bewegung intensiviert wird (konstruktive Interferenz), und Bereichen, in denen sie geschwächt wird (destruktive Interferenz).

Konstruktive Interferenz: Wellenverstärkung

Die Amplitude der resultierenden Bewegung ist maximal und entspricht... Weiterlesen "Grundlagen der Wellenlehre und Elektrizität: Physik verstehen" »

Huygens'sches Prinzip der Wellenausbreitung

Das Huygens'sche Prinzip ist ein Modell, das hilft, Wellenphänomene zu erklären. Es besagt, dass sich eine Welle als eine Wellenfront oder Oberfläche ausbreitet, die eine Verbindung aller Punkte darstellt, die durch die Wellenbewegung im selben Augenblick erreicht werden. Jeder Punkt eines isotropen Mediums, der eine Störung erreicht hat, verhält sich wie ein Emitter von Sekundärwellen, die sich in Richtung der Störung ausbreiten. Die Oberfläche, die tangential zu allen diesen Wellen in einem gegebenen Augenblick ist, stellt die nächste Wellenfront dar. Der Radius der Wellen in jedem Augenblick ist vt.

Wellenphänomene an Grenzflächen

Reflexion von Wellen

Wenn eine Welle von einem Medium die... Weiterlesen "Wellenphänomene: Huygens, Reflexion, Brechung und Beugung" »