Grundlagen der Thermodynamik, Wellen und Akustik
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Innere Energie und Wärme
Die innere Energie eines Körpers ist die Summe der kinetischen und potentiellen Energien seiner Teilchen. Die Temperatur ist ein Maß für die mittlere kinetische Energie der Teilchen. Wärme wird ausgetauscht, wenn sich Körper unterschiedlicher Temperatur im Kontakt befinden oder ihren Zustand ändern. Eine Kalorie (1 cal = 4,18 J) ist die Energiemenge, die benötigt wird, um 1 g Wasser um 1 °C zu erwärmen. Die spezifische Wärme ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 g eines Stoffes um 1 K zu erwärmen.
Wellenarten
Longitudinalwellen
Die Teilchen des Mediums schwingen in Richtung der Wellenausbreitung.
Transversalwellen
Die Teilchen des Mediums schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle.
Schallwellen sind Longitudinalwellen. Sie benötigen ein Medium (Festkörper, Flüssigkeit oder Gas) für ihre Ausbreitung.
Akustik
Tonhöhe
Die Tonhöhe unterscheidet hohe (schrille) von tiefen (Bass-) Tönen und hängt von der Frequenz ab.
Intensität
Die Intensität ist die Lautstärke eines Tons und hängt von der Amplitude ab.
Klangfarbe
Die Klangfarbe ermöglicht es, Töne gleicher Frequenz und Amplitude von verschiedenen Instrumenten oder Stimmen zu unterscheiden. Sie hängt von der Form der Schallwellen ab.
Optik
Reflexionsgesetz
- Der einfallende Strahl, der reflektierte Strahl und die Normale liegen in derselben Ebene.
- Der Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel (i = r).
Brechungsgesetz
- Der einfallende Strahl, der gebrochene Strahl und die Normale liegen in derselben Ebene.
- Der Einfallswinkel und der Brechungswinkel hängen über das Snellius-Gesetz zusammen.
Spektrum
Das Spektrum ist die Analyse der verschiedenen Strahlungskomponenten, aus denen die Strahlung eines Körpers besteht. Es zeigt die Energie und Intensität dieser Strahlung. Das Spektrum aller elektromagnetischen Strahlung wird als elektromagnetisches Spektrum bezeichnet.