Notes, abstracts, papers, exams and problems of Physik

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... Continue reading "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... Continue reading "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

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 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,... Continue reading "Geometrie: Geraden, Kreise, Parabeln, Ellipsen & mehr" »

Coulombsches Gesetz

Das Coulombsche Gesetz besagt: Die elektrische Kraft, mit der sich zwei ruhende Ladungen Q₁ und Q₂ anziehen, ist direkt proportional zum Produkt der Ladungen Q₁ · Q₂ und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands d, der sie trennt:

|F| = k · (Q₁ · Q₂) / d²

wobei F die Kraft, k eine Konstante mit dem Wert 8,9874 · 10⁹ Nm²/C², Q₁ und Q₂ die elektrischen Ladungen und d der Abstand zwischen den Ladungen ist.

Die Einheit der elektrischen Ladung ist das Coulomb (C). Ein Coulomb ist die positive Ladung q, die, in einem Vakuum im Abstand von 1 Meter zu einer anderen gleichen Ladung platziert, diese mit einer Kraft von 8,9874 · 10⁹ N abstößt.

Die Einheiten im Coulombschen Gesetz sind:

• Kraft F: Newton (N)
• Ladungen Q₁ und Q₂:

Die Atmosphäre: Schichten und Variablen

Die Atmosphäre ist die Gasschicht, die die Erdoberfläche umgibt. Sie erstreckt sich über etwa 1000 km und ist in 5 Schichten unterteilt. Sie enthält unter anderem Wasserdampf.

Schichten der Atmosphäre

Die Schichten der Atmosphäre werden anhand ihrer Temperaturveränderungen definiert:

• Troposphäre:
  • Reicht bis ca. 13 km Höhe (variiert zwischen 16 km am Äquator und 7-8 km an den Polen).
  • Enthält den größten Teil des Wasserdampfs.
  • Hier finden die meisten Wetterphänomene statt.
  • Temperatur nimmt mit der Höhe ab (ca. 6,5 °C pro 1000 m).
  • Tropopause bildet die Obergrenze.
  • Jetstreams treten hier auf.
• Stratosphäre:
  • Erstreckt sich von 13 bis 50 km Höhe.
  • Temperatur steigt von -40 °C auf -3 °C.
  • Enthält die Ozonschicht,

Der Druck

Der Druck P ist das Verhältnis zwischen dem Wert der ausgeübten Kraft F und der Fläche S, auf die sie wirkt: P = F / S.

Hydrostatischer Druck

Der Druck, der im Inneren von Flüssigkeiten ausgeübt wird, wirkt in allen Punkten.

Grundgleichung der Flüssigkeitsstatik

P = d · g · h

Verbundene Gefäße

Wenn wir mehrere Behälter mit unterschiedlichen Formen haben, die am Boden miteinander verbunden sind und die gleiche Flüssigkeit enthalten, ist die Höhe der Flüssigkeit in allen Behältern gleich.

Anwendung der kommunizierenden Röhren

Die Verteilung von Wasser in den Dörfern.

Bestimmung der Dichte

d1 · g · h1 = d2 · g · h2. Nach dem Entfernen der g-Terme: d1 / d2 = h2 / h1

Pascalsches Prinzip

Der Druck, der auf eine Flüssigkeit ausgeübt... Continue reading "Hydrostatischer Druck und Auftrieb" »

Die Gestalt des Universums

Das Universum besteht aus drei Formen:

• Kugelförmiges Universum: Entsteht, wenn seine Dichte größer ist als die kritische Dichte. Entspricht dem geschlossenen oder endlichen Universum.
• Hyperbolisches Universum: Entsteht, wenn seine Dichte geringer ist als die kritische Dichte. Entspricht dem offenen und unendlichen Universum.
• Flaches Universum: Entsteht, wenn seine Dichte gleich der kritischen Dichte ist. Entspricht dem offenen Universum.

Offenes Universum

Das expandierende Universum dehnt sich seit dem Urknall unendlich aus.

Geschlossenes Universum

Ist das pulsierende Universum. Die Schwerkraft würde die Expansion verlangsamen und das Universum zu einer kosmischen Eiform zusammenziehen lassen. Diese würde wieder in ein... Continue reading "Das Universum, RNA-Hypothesen und nachhaltige Entwicklung" »