Notizen, Zusammenfassungen, Arbeiten, Prüfungen und Probleme für Physik

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

Spezifische Ausstrahlung und Schwarzer Körper

Spezifische Ausstrahlung ist die Energie, die pro Zeiteinheit und Flächeneinheit von einem Körper K emittiert wird. Bei einer bestimmten Temperatur hängt die spektrale Verteilung der Wärmestrahlung von der Art und dem Zustand der Abstrahlfläche ab. Um ihre Abhängigkeit zu untersuchen, wird ein Muster, der sogenannte Schwarze Körper, verwendet: Er ist ein idealer Körper, der in der Lage ist, jegliche auftreffende Strahlung vollständig zu absorbieren.

Die spektrale Untersuchung der von verschiedenen schwarzen Körpern bei unterschiedlichen Temperaturen ausgesendeten Strahlung liefert eine Familie von Kurven, aus denen folgende Schlüsse gezogen werden können: Die Gesamtmenge der Energie wächst... Weiterlesen "Grundlagen der Quanten- und Kernphysik" »

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

Elektrisches Potential

Das elektrische Potential an einem Punkt P ist die Arbeit, die notwendig ist, um eine positive Einheitsladung aus dem Unendlichen (außerhalb des Feldes) zu diesem Punkt P zu bewegen. Für eine Punktladung Q gilt:

VA = k * Q / rA

Die Einheit des Potentials ist das Volt (V), definiert als Joule pro Coulomb (J/C): An einem Punkt herrscht ein Potential von einem Volt, wenn die Arbeit von einem Joule erforderlich ist, um eine Ladung von einem Coulomb aus dem Unendlichen zu diesem Punkt zu bewegen.

Eigenschaften des Potentials

1. Das elektrische Potential kann positiv oder negativ sein, abhängig vom Vorzeichen der felderzeugenden Ladung Q. Eine positive Ladung erzeugt ein positives Potential, eine negative Ladung erzeugt ein negatives

Grundlagen der modernen Physik

Massendefekt und Bindungsenergie

Der Massendefekt (Δm) beschreibt den Unterschied zwischen der Summe der Massen der einzelnen Nukleonen (Protonen und Neutronen) und der tatsächlichen Masse des Atomkerns, den sie bilden. Dieser Massenverlust wird gemäß Einsteins Energie-Masse-Äquivalenz in Energie umgewandelt.

Einsteins Energie-Masse-Äquivalenz

Die berühmte Formel von Albert Einstein lautet: ΔE = Δm ⋅ c², wobei:

• ΔE die freigesetzte oder benötigte Energie ist,
• Δm der Massendefekt ist und
• c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum darstellt.

Die Bindungsenergie (E_Bindung) ist die Energie, die benötigt wird, um einen stabilen Atomkern in seine einzelnen Nukleonen zu zerlegen. Sie entspricht der Energie, die beim... Weiterlesen "Grundlagen der modernen Physik: Kernenergie, Materiewellen & Photoeffekt" »

Albedo und Strahlungsbilanz

Die Albedo beschreibt die Fähigkeit verschiedener Oberflächen, Solarenergie in die Atmosphäre zurückzustrahlen.

Strahlungsbilanz des Klimasystems

Die Strahlungsbilanz beschreibt den Energiefluss im Bereich der Konvergenz:

• K: Sonnenstrahlung (Flux = S + D + K)
• L: Terrestrischer Strahlungsfluss
• D: Fühlbarer Wärmestrom in der Atmosphäre
• H: Fühlbarer Wärmestrom in den Boden
• C: Latenter Wärmestrom

Bei einer Temperatur von T = 288 K (-15 °C) ergibt sich eine Strahlungsleistung von ca. 250 Kcal cm⁻² yr⁻¹.

Ideale Gasgesetze

Ein ideales Gas besteht aus Teilchen (Molekülen) in zufälliger Bewegung. Das Volumen der Moleküle ist vernachlässigbar, es wirken keine Kräfte zwischen ihnen, und Kollisionen sind elastisch.... Weiterlesen "Grundlagen der Thermodynamik und Strahlungsbilanz" »

Elemente der relativistischen Physik

Im Jahre 1905 veröffentlichte Albert Einstein seine spezielle Relativitätstheorie, da die klassische Mechanik bei der Beschreibung von Bewegungen in Inertialsystemen an ihre Grenzen stieß. Im Jahre 1916 erweiterte er diese zur General Theory of Relativity, welche auch Nicht-Inertialsysteme und die Gravitation einbezieht.

Relativität in der klassischen Mechanik

Die Flugbahn eines Körpers hängt vom gewählten Bezugssystem des Beobachters ab. Ein Beispiel: Ein Pilot lässt ein Objekt aus einem Flugzeug fallen. Für den Piloten (Bezugssystem O') fällt das Objekt gerade nach unten, während ein Beobachter am Boden (Bezugssystem O) eine Parabelbahn wahrnimmt.

Daraus folgt für die klassische Mechanik nach Newton:... Weiterlesen "Grundlagen der Relativitätstheorie: Von Galilei zu Einstein" »

Grundlagen der Geometrie: Geraden, Kreise und Kegelschnitte

Geraden

Steigung
Definition: Die Steigung einer Geraden.

Neigung
Definition: Die Neigung einer Geraden.

Parallele Geraden
Zwei Geraden sind parallel, wenn ihre Steigungen gleich sind: L₁ // L₂, wenn m₁ = m₂
Für den Winkel Theta gilt ein Zusammenhang mit der Steigung.

Senkrechte Geraden

Zwei Geraden sind senkrecht zueinander, wenn sie einen Winkel von 90° bilden. Das Produkt ihrer Steigungen ist -1:
(m₁) * (m₂) = -1

Allgemeine Gleichung der Geraden

Die allgemeine Gleichung einer Geraden wird durch die Steigung (m) und einen Punkt auf der Geraden (x₁, y₁) bestimmt. Die Punkte (x, y) sind variabel.

Mittelpunkt einer Strecke

Der Mittelpunkt einer Strecke mit den Endpunkten (x₁, y₁) und (x₂,... Weiterlesen "Geometrie: Geraden, Kreise, Parabeln, Ellipsen & mehr" »

Fluid: Definition und Typen

Der Begriff Fluid beschreibt nicht nur einen Aggregatzustand, sondern insbesondere das Verhalten bestimmter Partikel des betreffenden Stoffes. Für industrielle Anwendungen werden Fluide in zwei Haupttypen unterteilt:

Inkompressible Fluide

Dies sind Fluide, die unter der Einwirkung einer äußeren Kraft keine Volumenänderungen erfahren und Energie effizient übertragen (z. B. Flüssigkeiten).

Kompressible Fluide

Dies sind Fluide, die Volumenänderungen erfahren und stets exzellente Energiespeicher sind (z. B. Gase und Dämpfe).

Eigenschaften von Fluiden

Fluide besitzen zwei Haupttypen von Eigenschaften:

• Qualitative Eigenschaften: Beschreiben die Beschaffenheit ohne numerische Werte.
• Quantitative Eigenschaften: Sind messbar

John Dalton britischer Physiker und Kimiko

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Joseph Thomson

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