Über den Autor 7

Danksagung 7

Einleitung 19

Über dieses Buch 19

Konventionen in diesem Buch 19

Törichte Annahmen über die Leser 19

Wie dieses Buch aufgebaut ist 20

Teil I: Mechanik 20

Teil II: Thermodynamik 20

Teil III: Elektrizitätslehre und Magnetismus 20

Teil IV: Optik 20

Teil V: Atomphysik 21

Teil VI: Kernphysik 21

Teil VII: Festkörperphysik 21

Teil VIII: Der Top-Ten-Teil 21

Anhang 21

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 21

Wie es weitergeht 22

TEIL I MECHANIK 23

Kapitel 1 Mathematische Buddelkiste 25

Physikalische Größen und Einheiten 25

Welche Einheit hat die Größe 26

Rechnenmit Skalaren 27

Mit Vektoren rechnen 28

Addition von Vektoren 29

Zerlegung von Vektoren 30

Länge eines Vektors 31

Skalarprodukt von Vektoren 31

Vektorprodukt von Vektoren 33

Trigonometrische Funktionen 35

Komplexe Zahlen 37

Differentiation 40

Integration 43

Einige theoretische Betrachtungen 43

Praktisches Integrieren 46

Reihenentwicklungen 48

Kapitel 2 Kräfte Schaffen Bewegung 51

Bewegungen - gerade und im Kreis 51

Wie schnell darf es sein? 51

Alles dreht sich im Kreis 53

Vektoren können Kreisbewegungen beschreiben 55

Bewegung im Schwerefeld 56

Newton und Kepler waren genial 58

Das newtonsche Gravitationsgesetz 59

Keplers Gesetze 60

Kräfte und Axiome bestimmen die Mechanik 62

Erstes newtonsche Axiom 63

Zweites newtonsches Axiom 63

Der Drehimpuls 66

Drittes newtonsches Axiom 70

Kapitel 3 Arbeit und Energie 73

Arbeit müssen alle leisten 73

Leistung ist Arbeit pro Zeit 78

Energie geht uns alle an 78

Potenzielle Energie 78

Kinetische Energie 79

Rotationsenergie 79

Energie einer gespannten Feder 80

Kapitel 4 Erhaltungssätze und ihre Folgen 83

Energieerhaltung 83

und Impulserhaltung 85

Elastischer Stoß 85

Inelastischer Stoß 86

Managerpendel 87

Stoßprobleme in einer Ebene 88

und Drehimpulserhaltung auch 90

Kapitel 5 Alles schwingt 93

Ungedämpfte Schwingungen 93

Pendel als Prototyp für Schwingungen 93

Anfangsbedingungen sind manchmal mühsam 100

Wenn das Pendelmal weit ausschlägt 103

Gedämpfte Schwingung berechnen 104

Schwingungen können auch erzwungen werden 108

Inhaltsverzeichnis 13

Kapitel 6 Wellen schlagen .115

Die Wellengleichung macht's 115

Wellenmachen sich breit 117

Wenn Wellen sich überlagern 122

Konstruktiv oder destruktiv 122

Stehende Wellen 123

Wellen reisen in Gruppen 124

Fourier 126

Kapitel 7 Alles ist relativ .129

Transformationen machen fit 129

Schneller geht's nicht 131

Gleichzeitigkeit geht verloren 134

Länge, Geschwindigkeit, Masse und Energie 135

Längen verkürzen sich 135

Geschwindigkeiten addieren sich seltsam 135

Massen nehmen zu 137

TEIL II THERMODYNAMIK 139

Kapitel 8 Temperatur: Warm und Kalt .141

Celsius, Fahrenheit und Kelvin 141

Das ideale Gas 143

Die Freiheit eines Moleküls 145

Ein, zwei, , ganz viele Teilchen 145

Druck, Volumen und Temperatur halten zusammen 147

Jeder mit seiner Geschwindigkeit 149

Reale Gase: so sieht die Wirklichkeit aus 152

Kapitel 9 Zustände ändern sich 155

in idealen Gasen 155

Temperaturveränderungen 156

Isochoren: gleiche Volumina - keine Arbeit 157

Isothermen: die Temperatur verändert sich nicht 158

Adiabatische Prozesse 159

Isobarer Prozess: der Druck bleibt konstant 160

und in realen Gasen 161

Wärmekapazität: je kleiner desto wärmer 163

Kapitel 10 Unordnung nimmt von selber zu 167

Entropie als thermodynamische Größe 167

Entropie als statistische Größe 171

Mit Enthalpie Gase verschieben 173

Kapitel 11 Aus Wärme Kraft erzeugen .177

Der Otto-Motor läuft rund 177

Der Carnot-Prozess ist optimal 179

Der Stirling-Motor ohne interne Verbrennung 186

Kapitel 12 Flüssigkeiten in Bewegung 191

Druckveränderung durch Schwerkraft 191

Statische Flüssigkeiten 191

Schweredruck in Gasen 194

Sich gemeinsam fortbewegen: Viskosität und Strömungen 195

Brownsche Bewegung in Flüssigkeiten 195

Strömende Flüssigkeiten 198

Strömungen mit Reibung 200

Strömungen mit höherer Geschwindigkeit 205

TEIL III ELEKTRIZITäTSLEHRE UND MAGNETISMUS .209

Kapitel 13 Ladungen ohne Bewegung 211

Coulombgesetz 211

Elektrische Felder 215

Elektrischer Fluss 219

Elektrische Felder in Materie 223

Mit Spannung zur Spannung 225

Kondensator 226

Kapitel 14 Elektrische Ströme .233

Ströme panda rei (alles fließt) 233

Kirchhoffsche Gesetze 237

Auf- und Entladen von Kondensatoren 242

Kapitel 15

Magnetfelder und Ströme .247

Magnetfelder 247

im Vakuum 247

und in Materie 249

Ströme erzeugen Magnetfelder 251

Ampèresches Durchflutungsgesetz 253

Kräfte zwischen Strömen 255

Leiterschaukel 255

Biot-Savartsches Gesetz 257

Magnetfelder erzeugen Ströme 258

Wechselspannung und Wechselströme. 261

Ohmsches Gesetz bei Wechselspannungen 262

Der LC Schwingkreis 264

Kapitel 16 Elektromagnetismus .267

Elektrische undmagnetische Felder 267

Ein Transformator für Wechselspannungen 269

Generatoren erzeugen Strom 271

Elektromagnetische Felder im Wechselspiel 273

Maxwells geniale Gleichungen 276

TEIL IV OPTIK .279

Kapitel 17 Licht verbiegen .281

Licht - Welle oder Teilchen? 281

Licht als Welle 282

Licht und Medien 285

Reflexion 285

Snelliussches Brechungsgesetz 287

Totalreflexion 291

Farbzerlegung mit Hilfe des Prismas 292

Linsen und Abbildungen 293

Listingsche Strahlenkonstruktion 296

Kapitel 18 Raffinierte Linsen .301

Aus der Ferne heranholen 301

Winziges ganz groß machen 302

Ganz Winziges ganz groß machen 304

Kapitel 19 Licht spaltet sich auf .309

Beugung am Spalt 309

Interferenz am Doppelspalt 312

Optische Gitter zur Analyse 315

TEIL V ATOMPHYSIK .317

Kapitel 20 Die Welt der Atome .319

Streuversuche an Atomen 319

Die Entdeckung des Photons 322

Diskrete Strahlung 327

Compton-Effekt 329

Kapitel 21 Kern und Kugeln 333

Bohrsches Atommodell 333

Elektronen treffen auf Atome 337

Kapitel 22 Atome im wirklichen Leben .339

Energiesparlampen 339

Wie viel Uhr ist es, bitte? 341

Die Grundlage des Laserschwerts 343

Mit Röntgenstrahlen durchsehen 346

Klein aber fein: die Mikrosonde 348

Kapitel 23 Quantenmechanik 351

Und wieder die Frage: Welle oder Teilchen? 352

Wellenpakete und Unschärferelation 353

Schrödingergleichung: die Königsklasse 357

Elektronen im Wasserstoffatom 362

Die Bedeutung der Quantenzahlen l und ml 368

Pauli-Prinzip und Periodensystem 369

Stern-Gerlach Experiment 371

TEIL VI KERNPHYSIK .373

Kapitel 24 Kerne: kleiner als Atome 375

Kernform 375

Sie bauen sich Atomkerne 379

Wieso hält ein Kern zusammen? 381

Ein Kern wiegt zu wenig 383

Kapitel 25 Plötzlich ist der Kern weg .387

Der Kern spuckt ein großes Teilchen aus 387

Zwei kleine Teilchen entfliehen dem Kern 389

Kerne entsenden Photonen 392

Energie von Alpha, Beta oder Gamma Strahlen 393

Countdown zum Zerfall 394

Kernspaltung und Kernfusion - jetzt wird es heiß 396

Kapitel 26 Anwendungen der Kerne 399

Energieerzeugung mit Kernen 399

Kernspaltung oder 'leichter-werdende' Kerne 399

Kernfusion oder 'schwerer-werdende' Kerne 402

Strahlungseinheiten. 402

Wirkung der Kernstrahlung 403

Zerfälle zählen 404

TEIL VII FESTKÖRPERPHYSIK .407

Kapitel 27 Atome in Festkörpern .409

Alles hat seine Ordnung 409

Ungeordnete Festkörper 411

Einkristalle und Einheitszellen 412

Basis mit nur einem Atom 414

Basis mit mehr als einem Atom 418

Strukturbestimmungmit Röntgenstrahlung 418

Konstruktive Interferenzen mit der Bragg-Bedingung 420

Auswahlregeln bei der Röntgenstreuung 422

Kapitel 28 Das Gitter bewegt sich .425

Reziproker Raum - eine geniale Erfindung 425

Lineare Kette mit einem Atom in der Basis 428

Lineare Kette mit zwei Atomen in der Basis 431

Ein wirklicher Kristall 435

Kapitel 29 Elektronen im Festkörper 437

So tun als ob es nur Elektronen gäbe 437

Jedes Elektron hat einen Zustand für sich 439

Gefangene Elektronen 443

Elektronen spüren die Atome 444

Elektronen bewegen sich 447

Elektrischer Widerstand 447

Kapitel 30 Halbleiter sind keine halben Leiter 455

Löcher: das Gegenteil von Elektronen 455

Direkt oder indirekt 456

Zu Gast beim Halbleiter 458

Dotierte Halbleiter werden aufgewärmt 462

Alle wollenmobil sein 467

Der p-n Übergang 468

Mit Spannung wird's spannend 471

Kapitel 31 p-n Übergang in der Praxis .475

Diode - Einbahnstraße für...