Über den Autor 7
Widmung 7
Danksagung 7
Über die Übersetzer 7
Einleitung 19
Über dieses Buch 19
Schreibweisen in diesem Buch 20
Was Sie nicht unbedingt lesen müssen 20
Voraussetzungen 20
Der Aufbau dieses Buches 21
Teil I: Grundlagen der Physik 21
Teil II: Arbeit hält warm: Mechanik und Wärmelehre 21
Teil III: Feldarbeit: Elektrizität und Magnetismus 21
Teil IV: Wellenreiten: Licht und Schall 21
Teil V: Moderne Physik 22
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 22
Symbole in diesem Buch 22
Nun kann es losgehen! 22
Teil I Grundlagen der Physik 23
Kapitel 1 Die Welt verstehen: Physik II, die Fortsetzung 25
Mechanik und Wärmelehre 25
Elektrizität und Magnetismus 25
Elektrische Ladungen und elektrische Felder 26
Einen Schritt weiter: der Magnetismus 26
Wechselstromkreise: Wechselspiel zwischen elektrischen
und magnetischen Feldern 27
Das ist die perfekte Welle 27
Alles über Schallwellen 28
Die Natur des Lichts 28
Spielen mit Licht: Reflexion und Brechung 29
Bilderzeugung: Linsen und Spiegel 29
Interferenz: wenn Licht mit Licht wechselwirkt 30
Die moderne Physik: ein weit verzweigtes Feld 31
Die Schwarzkörperstrahlung: Wärme bedeutet Helligkeit 31
Die Relativitätstheorie: natürlich gilt E = mc2 31
Identitätsprobleme: der Welle-Teilchen-Dualismus 32
Das ¿ß¿ der Strahlung 32
Kapitel 2 Startvorbereitungen 33
Mathematik und Messungen: Überblick über die grundlegenden Kenntnisse 33
Die Maßsysteme MKS und CGS 33
Einheiten umrechnen 34
Vereinfachung durch Exponentialschreibweise 37
Auffrischung der Algebra-Kenntnisse 38
Verwendung der Trigonometrie 38
Beschränkung auf signifikante Stellen 40
Auffrischung Ihrer Physik-Kenntnisse 41
Mit Vektoren den Weg weisen 41
Bewegung: Geschwindigkeit und Beschleunigung 42
Zwang ausüben: eine Frage der Kraft 43
Karussell fahren: die Kreisbewegung 43
Strömende Elektronen: Schaltkreise 45
Teil II Arbeit hält warm: Mechanik und Wärmelehre 47
Kapitel 3 Mechanik 49
Bewegung pur: Kinematik 49
Geradeaus: Translationsbewegungen 50
Immer dasselbe: Energie- und Impulserhaltungssatz 51
Beispiel: Stöße 52
Kreisverkehr: Kreisbewegungen 54
Auf die Kraft kommt es an: Dynamik 59
Arbeit und weitere Größen 63
Drehbewegungen 67
Vergleich von Translation und Rotation 73
Kapitel 4 Manche mögen's heiß: Wärmelehre 75
Brauchen wir dicke Pullover? Temperatur und Wärme 75
Temperaturmessung 75
Volumen und Längenausdehnung 77
36 Grad und es wird noch heißer: Wärme und Wärmemengen 80
Whiskey on the Rocks: Phasenübergänge 81
Gut Versteckt: latente Wärme 82
Langsam warm werden: Wärmetransport 83
Grundlagen des Wärmetransports 83
Vorsicht: der Griff ist heiß! Die Wärmeleitung 84
Nur heiße Luft: die Konvektion 86
Die Sonne spüren: Strahlung 86
Nichts als heiße Luft: Thermodynamik von Gasen 86
Nicht gerade wenig: Avogadrozahl 87
Ideal: das Gasgesetz 87
Ganz schön schnell: Energie und Geschwindigkeit von Gasmolekülen 90
Die vier Hauptsätze der Thermodynamik 92
Null, aber wichtig: der 'nullte' Hauptsatz 92
Der 1. Hauptsatz 92
Der 2. Hauptsatz 98
Der 3. Hauptsatz 100
Teil III Feldarbeit: Elektrizität und Magnetismus 103
Kapitel 5 Ganz schön geladen: die Elektrizität 105
Elektrische Ladungen 105
Nichts geht verloren: Ladung bleibt erhalten 105
Messung elektrischer Ladung 106
Gegensätze ziehen sich an: abstoßende und anziehende Kräfte 106
Ganz schön geladen 108
Statische Elektrizität: Aufbau überschüssiger Ladung 108
Auflademethoden 109
Eine Frage des Materials: Leiter und Isolatoren 111
Das Coulomb'sche Gesetz: die Berechnung der Kräfte zwischen Ladungen 111
Elektrische Felder: eine Einführung 112
Geladene Flächen: Grundlegendes über Felder 112
Elektrische Felder von geladenen Körpern 114
Gleichmäßige elektrische Felder: der Parallel-Platten-Kondensator 115
Abschirmung: das elektrische Feld innerhalb von Leitern 117
Spannung: das Potential erkennen 118
Die Grundlagen elektrischer Potentiale 119
Arbeit aufwenden, um Ladungen zu bewegen 120
Berechnung des elektrischen Potentials von Ladungen 121
Äquipotentialflächen von Punktladungen und geladenen Flächen 122
Gespeicherte Ladung: Kondensatoren und Dielektrika 124
Die gespeicherte Ladung eines Kondensators 124
Zusätzliche Kapazität durch Dielektrika 124
Berechnung der Energie von Kondensatoren mit Dielektrika 125
Kapitel 6 Magnetismus ist anziehend 127
Alles über Magnetismus: die Verbindung zwischen Magnetismus und Elektrizität 127
Elektronenschleifen: Permanentmagnete und magnetische Materialien 128
Von Norden nach Süden oder von Pol zu Pol 129
Die Definition des magnetischen Feldes 131
Sie müssen sich schon bewegen: magnetische Kräfte auf Ladungen 132
Die Größe der magnetischen Kraft 132
Die Rechte-Hand-Regel 133
Pure Faulheit: Magnetfelder vermeiden Arbeit 134
Im Kreis herum: geladene Teilchen in Magnetfeldern 134
Magnetische Kräfte auf elektrische Ströme 139
Von der Geschwindigkeit zum Strom: Strom in die Formel
für die magnetische Kraft bringen 139
Das Drehmoment: in Elektromotoren Strom den Dreh geben 141
Zurück zur Quelle: Erzeugung von Magnetfeldern durch elektrischen Strom 143
Erzeugung eines Magnetfeldes durch einen Leitungsdraht 144
In das Zentrum rücken: Magnetfelder von Stromschleifen 146
Schleifen aneinanderreihen: die Erzeugung von gleichmäßigen Feldern durch Zylinderspulen 148
Kapitel 7 Wechselströme und Wechselspannungen 151
Wechselstromkreise und Widerstände 151
Das Ohm'sche Gesetz für Wechselspannung 152
Durchschnittlich: der quadratische Mittelwert von Strom und Spannung 153
In Phase: die Verbindung von Widerständen und Wechselspannungsquellen 154
Wechselspannung und Kondensatoren: Speicherung von Ladung im elektrischen Feld 155
Der Blindwiderstand 156
Nicht in Phase: der Strom eilt der Spannung voraus 157
Erhaltung der Leistung 159
Wechselspannung und Induktionsspulen: im magnetischen Feld Energie speichern 159
Das Faraday'sche Gesetz: das Prinzip der Induktion 160
Der induktive Widerstand 164
Hintendran: der Strom eilt der Spannung nach 165
Wettrennen zwischen Strom und Spannung: die RLC-Reihenschaltung 166
Die Impedanz: das Verhältnis von Strom und Spannung bei Bauelementen 167
Nacheilen oder Vorauseilen: die Größe der Phasenverschiebung 170
Das ist Spitze: Berechnung des maximalen Stromes in einer
RLC-Reihenschaltung 172
Den Blindwiderstand ausschalten 172
Bestimmung der Resonanzfrequenz 173
Halbleiter und Dioden 174
Dotierung von Halbleitern 174
Teil IV Wellenreiten: Licht und Schall 175
Kapitel 8 Erforschung der Wellen 177
Wellen: Transport von Energie 177
Auf und ab: Transversalwellen 178
Vorwärts und wieder zurück: Longitudinalwellen 179
Eigenschaften von Wellen: so arbeitet eine Welle 179
Bestandteile einer Welle 179
Mathematische Beschreibung einer Welle 181
Den Sinus betrachten: graphische Darstellung von Wellen 183
Wenn Wellen zusammenstoßen: das Verhalten von Wellen 186
Kapitel 9 Hören Sie sich das an 187
Schwingen, um gehört zu werden: Schallwellen als Schwingungen 187
Die Lautstärke vergrößern: Druck, Kraft und Intensität 189
Unter Druck: Messung der Amplitude von Schallwellen 190
Die Intensität des Schalls 191
Berechnung der Schallgeschwindigkeit 193
Schnell: die Schallgeschwindigkeit in Gasen 194
Schneller: die Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten 196
Am schnellsten: die Schallgeschwindigkeit in Festkörpern 197
Das Verhalten von Schallwellen 198
Ein Echo zurückwerfen: Reflexion von Schallwellen 199
Im selben Raum: die Interferenz von Schallwellen 200
Die Beugung von Schallwellen 208
Kommen und Gehen mit dem Doppler-Effekt 209
Die Schallgrenze durchbrechen: Druckwellen 211
Kapitel 10 Es werde Licht: wenn sich Elektrizität und Magnetismus vereinen 215
Es werde Licht: Erzeugung und Empfang von Wellen 215
Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes 215
Ein entsprechendes magnetisches Wechselfeld hinzufügen 217
Der Empfang von Radiowellen 219
Den Regenbogen betrachten: das elektromagnetische Spektrum 221
Das elektromagnetische Spektrum unter der Lupe 221
Frequenz und Wellenlänge des Lichts 222
Unschlagbar: die Spitzengeschwindigkeit des Lichts 223
Das erste erfolgreiche Experiment zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit 224
Die theoretische Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit 226
Die Energiedichte von Licht 228
Bestimmung der momentanen Energie 228
Die durchschnittliche Energiedichte des Lichts 231
Kapitel 11 Brechung und Linsen 233
Mit Strahlen geht es einfacher 233
Die Verlangsamung des Lichts: der Brechungsindex 235
Berechnung der Verlangsamung 235
Die Ablenkung berechnen: das Snellius'sche Brechungsgesetz 236
Der Regenbogen: Wellenlängen trennen 238
Lichtbrechung und Reflexion nach innen 239
Es kommt wieder zurück: die Totalreflexion 240
Polarisiertes Licht: es wird teilweise reflektiert 242
Linsen erzeugen Bilder 244
Gegenstände und Bilder 245
Im Brennpunkt: Sammel- und Zerstreuungslinsen 245
Darstellung von Strahlengängen 248
Mathematische Beschreibung von Abbildung und Vergrößerung 251
Die Linsengleichung 252
Die Gleichung für die Vergrößerung 254
Stärkere Vergrößerung durch die Kombination von Linsen 256
Mikroskope und Fernrohre 257
Winkelvergrößerung 259
Kapitel 12 Der Schein fällt zurück: Reflexion und Spiegel 261
Reflexion an ebenen Spiegeln 261
Bestimmung der Winkel 262
Erzeugung von Bildern durch ebene Spiegel 262
Die Größe eines Spiegels 264
Gekrümmte Spiegel 266
Der Hohlspiegel 267
Kleiner und kleiner: konvexe Spiegel 270
Zusammenfassung in Zahlen: Gleichungen zur Beschreibung
sphärischer Spiegel 272
Die Spiegelgleichung 272
Größer oder kleiner: die Vergrößerung 274
Kapitel 13 Licht und Schatten: Interferenz und Beugung 277
Wenn Wellen zusammentreffen: die Interferenz von Licht 277
Wellen in Phase: konstruktive Interferenz 278
Es wird dunkel: destruktive Interferenz 280
Interferenz: Erzeugung von kohärentem Licht 282
Der Doppelspalt 282
Benzintropfen in einer Pfütze: Interferenzen an dünnen Schichten 286
Beugung am Einzelspalt: Interferenz von Elementarwellen 290
Das Huygens'sche Prinzip: die Beugung am Spalt 290
Die Streifen im Beugungsmuster 292
Berechnung eines Beugungsmusters 294
Viele Spalte: das Beugungsgitter 295
Trennung der Farben anhand von Beugungsgittern 295
Beugung am Gitter: ein Beispiel 296
Sehen Sie klar: Auflösungsvermögen und Beugung an einem Loch 297
Teil V Moderne Physik 301
Kapitel 14 Hören Sie auf Einstein: die spezielle Relativitätstheorie 303
Los geht's: Grundlagen der speziellen Relativitätstheorie 304
Betrachten Sie Ihren Ausgangspunkt: Bezugssysteme 304
Die Postulate der speziellen Relativitätstheorie 306
Die spezielle Relativitätstheorie 307
Die Zeit verlangsamen: Zeitdilatation 308
Die Länge verkürzen: Längenkontraktion 313
Der Impuls nahe der Lichtgeschwindigkeit 316
Es ist soweit: E = mc2 318
Die Ruheenergie: die Energie, die auf der Masse beruht 318
Die kinetische Energie eines Körpers 320
Die potentielle Energie übergehen 322
Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit addieren 323
Kapitel 15 Energie und Materie: sowohl Wellen als auch Teilchen 325
Die Strahlung schwarzer Körper: Entdeckung der Teilchennatur des Lichts 325
Die Aufregung um die Schwarzkörperstrahlung 326
Diskret werden: das Planck'sche Wirkungsquantum 327
Lichtpakete: Fortschritt durch den photoelektrischen Effekt 327
Die Erklärung des photoelektrischen Effekts 328
Einstein als Retter: die Einführung der Photonen 329
Die kinetische Energie der Elektronen 330
Der sofortige Austritt der Elektronen 331
Ein Zahlenbeispiel zum photoelektrischen Effekt 332
Zusammenstöße: Überprüfung der Teilchennatur des Lichts anhand des Compton-Effekts 333
Die De-Broglie-Wellenlänge: Beobachtung der Wellennatur der Materie 336
Interferierende Elektronen: Bestätigung von de Broglies Vorschlag 336
Berechnung der Wellenlänge verschiedener Teilchen 337
Keine Gewissheit: die Heisenberg'sche Unschärferelation 339
Die Unschärfe bei der Elektronenbeugung 339
Herleitung der Unschärferelation 339
Berechnung von Unschärfen 342
Kapitel 16 Feine Details: die Struktur der Atome 345
Beschreibung der Atome: das Planeten-Modell 345
Die Rutherford-Streuung: die Entdeckung des Atomkerns durch die Streuung von Alpha-Teilchen 346
Zusammenstürzende Atome: Infragestellung des Rutherford'schen Planetenmodells 347
Antwort auf die Infragestellung: diskret werden mit Linienspektren 347
Überarbeitung des Planetenmodells des Wasserstoffatoms: das Bohr'sche Modell 350
Berechnung der erlaubten Elektronenenergien 352
Berechnung der erlaubten Radien 353
Bestimmung der Rydberg-Konstante anhand des Linienspektrums von Wasserstoff 355
Darstellung im Energieniveauschema 356
Begründung für die Quantisierung: De Broglie überdenkt das Bohr'sche Modell 357
Die Elektronenkonfiguration: die Quantenphysik und das Atom 358
Die vier Quantenzahlen 358
Zahlenverarbeitung: die Anzahl der Quantenzustände 360
Mehrelektronenatome: das Pauli-Prinzip 362
Kurzschreibweise der Elektronenkonfiguration 364
Kapitel 17 Kernphysik und Radioaktivität 367
Die Struktur des Atomkerns 367
Die Rolle der Chemie: Ordnungszahl und Massenzahl 368
Anzahl der Neutronen: Isotope eines Elementes 369
Ach, wie klein: das Volumen und der Radius des Atomkerns 370
Berechnung der Dichte des Kerns 371
Die starke Wechselwirkung: Sie hält die Kerne zusammen 371
Die abstoßende Kraft zwischen den Protonen 372
Die starke Wechselwirkung 372
Bestimmung der Bindungsenergie des Kerns 373
Von ¿ bis ¿: die verschiedenen Arten des radioaktiven Zerfalls 375
Freisetzung von Helium: der Alpha-Zerfall 376
Gewinnung von Protonen: der Beta-Zerfall 377
Emission von Photonen: der Gamma-Zerfall 378
Griff zum Geiger-Zähler: die Halbwertszeit und radioaktiver Zerfall 379
Die Halbwertszeit 380
Zerfallsraten: Aktivität eines Stoffes 381
Teil VI Der Top-Ten Teil 383
Kapitel 18 Zehn Experimente, die die Welt verändert haben 385
Michelsons Messung der Lichtgeschwindigkeit 385
Das Doppelspaltexperiment von Young: Licht ist eine Welle 386
Der photoelektrische Effekt 386
Die Entdeckung von Materiewellen durch Davisson und Germer 387
Röntgenstrahlen 387
Marie Curie und die Radioaktivität 387
Rutherfords Entdeckung des Atomkerns 388
Der Stern-Gerlach-Versuch 388
Das Atomzeitalter: der erste Atommeiler 388
Bestätigung der speziellen Relativitätstheorie 389
Kapitel 19 Zehn Online-Rechner 391
Vektor-Rechnung 391
Zentripetalbeschleunigung einer Kreisbewegung 391
Die in einem Kondensator gespeicherte Energie 392
Elektrische Resonanzfrequenz 392
Kapazitiver Blindwiderstand 392
Induktiver Blindwiderstand 393
Umrechnung von Frequenz und Wellenlänge 393
Längenkontraktion 393
Der relativistische Faktor 393
Berechnung von Halbwertszeiten 394
Stichwortverzeichnis 395
