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Unter Wärmestrahlung (thermal radiation oder temperature radiation) versteht man die Gesamtheit der elektromagnetischen Wellen, die von einem makroskopischen Körper infolge der thermischen Bewegung seiner Bausteine abgestrahlt wird. Die Photometrie (photometry) befasst sich mit der quantitativen Charakterisierung dieser elektromagnetischen Strahlung. Bei der subjektiven Photometrie (subjective photometry)...
Der Energiesatz der Mechanik (s. S.20ff.) besagt, dass die Summe aus kinetischer und potentieller Energie bei Abwesenheit von Reibungskräften (dissipativen Kräften) eine Konstante ist. Der Arzt und Naturforscher Julius Robert Mayer (1814–1878) erkannte als erster, dass man diesen Satz erweitern kann, wenn man die Wärme, die erfahrungsgemäß immer im Zusammenhang mit der Reibung auftritt, als eine weitere...
Den Begriff der Wärmeenergie (thermal energy), die man früher Wärmemenge (quantity of heat) nannte und die gewöhnlich mit dem Buchstaben Q bezeichnet wird, erläutern wir durch folgendes Gedankenexperiment: Ein heißer Körper mit der Temperatur T1 und der inneren Energie U1 (s. S.111) werde mit einem kalten Körper der Temperatur T2 und der inneren Energie U2 in...
Nach der Quantenphysik wird eine elektromagnetische Welle dann abgestrahlt, wenn ein System, z.B. ein Atom, aus einem angeregten Zustand (excited state) in einen energetisch tiefer liegenden Zustand, z.B. den Grundzustand (ground state), d.h. den tiefsten, stabilen Energiezustand, übergeht. Die Frequenz f der Welle folgt aus der Beziehung f = ΔE/h wobei h die Planck-Konstante (s.A.1, S.580) und ΔE...
Die Abnahme dI der Intensität eines monochromatischen Lichtstrahls nach Durchlaufen einer differentiellen Schichtdicke dx ist proportional zu dx und zur Lichtintensität I selbst. Diese Schwächung kann zwei Ursachen haben: Die Absorption (absorption) des Lichtes und damit letztlich eine Umwandlung der elektromagnetischen Energie in Wärme und die Streuung (scattering), d.h. eine Richtungsablenkung mit...
Wie im Abschn.25.2 auf S.414 schon dargelegt wurde, lässt sich die experimentell gefundene Frequenz- und Temperaturabhängigkeit der spektralen Energiedichte der schwarzen Strahlung theoretisch nur begründen, wenn man fordert, dass ein strahlungsfähiges System mit der Schwingungsfrequenz f Energie nicht in beliebigen Portionen abgeben oder aufnehmen kann, sondern nur in ganzzahligen Vielfachen des...
Eine Sammlung von Übungsaufgaben zu den einzelnen Kapiteln einschließlich ihrer vollständigen Lösungen findet der Leser auf der beiliegenden CD-ROM in der Datei kompaktphysik.pdf. Diese Datei enthält neben dem Aufgabenteil (dort das Kapitel 30) den kompletten Buchtext. Sowohl im Buch als auch in der PDF-Datei sind Verweise auf die Aufgaben durch das Symbol Ü xxx gekennzeichnet, wobei die fortlaufende...
Eine nach allen Richtungen drehbar aufgehängte Magnetnadel (magnetic needle) orientiert sich unter dem Einfluss des magnetischen Erdfeldes so, dass das eine Ende der Nadel, das wir als Spitze bezeichnen wollen, nach Norden zeigt (Magnetkompass, magnetic compass). Ein beliebiges Magnetfeld (magnetic field) $$\vec H$$ lässt sich dann durch eine solche Nadel folgendermaßen charakterisieren: Die Spitze...
Wir beginnen mit dem in Abb.70 dargestellten Experiment. Die gestrichelte Linie kennzeichnet eine semipermeable Schicht (semipermeable membrane), d.h. eine Schicht, die zwar die Moleküle des Lösungsmittels (solvent), meist Wasser, aber nicht die des gelösten Stoffes (solute) hindurchdiffundieren lässt. Beispiele sind tierische und pflanzliche Membranen, Haushalt-Einmachfolien, gebrannter Ton u.a....
In einem geschlossenen Raum bildet sich über einer Flüssigkeit ein Dampf aus, dessen Druck (psv) Sättigungsdampfdruck (saturated vapor pressure) genannt wird und der mit wachsender Temperatur T größer wird, bis bei der kritischen Temperatur Tc kein Unterschied mehr zwischen der Flüssigkeit und dem Dampf besteht. Bei der Verdampfung (vaporization, evaporation) ist Arbeit gegen die Anziehungskräfte...
Das Wasserstoffatom (hydrogen atom) ist das einfachste Atom. Es besteht aus einem Proton als Atomkern und einem Elektron. Es stellt damit ein Zweiteilchen-system (two-particle system) dar. Die im Abschn.26.3, S.434ff., für ein Teilchen formulierten Axiome sind für Mehrteilchensysteme entsprechend zu erweitern. An Stelle von Gl. (575), S.434, gilt für ein Zweiteilchensystem 599 $$\left( {\frac{1}{{2{m_1}}}{{\left(...
Für die folgenden Überlegungen werden drei Voraussetzungen gemacht: (1) Die Bewegung erfolge geradlinig in Richtung der Koordinate z. (2) Es wird nur die Bewegung beschrieben (Kinematik, kinematics) und nicht ihre Ursache (Dynamik,dynamics), d.h. die Masse spielt keine Rolle. (3) Die betrachteten Teilchen seien punktförmig.
Wir betrachten eine große Anzahl von Teilchen, die sich in einem Volumen V im thermischen Gleichgewicht mit der Umgebung bei der Temperatur T befinden sollen. Das Eigenvolumen der Teilchen sei vernachlässigbar und die Reichweite der Kräfte zwischen den Teilchen klein gegen ihren mittleren Abstand (verdünnte Gase). Um bestimmte Quanteneffekte auszuschließen, sei außerdem das Produkt aus mittlerem Impuls...
Mit der Aufstellung des Periodensystems der Elemente wurde die schon von der griechischen Naturphilosophie stammende Vorstellung gestärkt, dass die Welt nur aus relativ wenigen, unteilbaren, elementaren Bausteinen zusammengesetzt ist, den Atomen. Die Entdeckung des Elektrons (e−) und des Atomkerns zeigte jedoch, dass die im Periodensystem der Elemente aufgelisteten Atome in Elektronen und Kerne zerlegt...
Licht gehört zu den elektromagnetischen Wellen (electromagnetic waves). Diese ergeben sich als Lösung der Maxwell-Gleichungen beispielsweise für das Feld eines elektrischen Dipols, dessen Dipolmoment eine Funktion der Zeit ist (s.S.280). Nehmen wir eine sinusförmige Zeitabhängigkeit mit der Frequenz f an und betrachten Abstände vom Dipol, die groß sind gegen die Wellenlänge λ = c/ f wobei c die Lichtgeschwindigkeit...
Eine Gleichstromquelle, wie z.B. eine Batterie, erzeugt zwischen ihren beiden Polen eine Potentialdifferenz U, die Klemmenspannung (terminal voltage) genannt wird und deren Größe i.Allg. von der Stärke des Stromes abhängt, mit der man die Stromquelle belastet. Als elektrischen Strom (electric current) I bezeichnet man die pro Sekunde durch eine Fläche (z.B. die Querschnittsfläche eines elektrischen...
Wir betrachten die beiden Zustände 1 und 2 im p-V-Diagramm (s.Abb.56) mit den Zustandsvariablen p1,V1,T1 und p2,V2,T2. Dabei ist zu beachten, dass jeweils nur zwei dieser Zustandsvariablen willkürlich gewählt werden können, die dritte ergibt sich aus der Zustandsgleichung, d.h. im Falle idealer Gase aus Gl.(161), S.98. Unter der Voraussetzung,...
Ein Atom besteht aus der Elektronenhülle und dem Atomkern (atomic nucleus), in dem praktisch die gesamte Masse des Atoms konzentriert ist. Atomkerne sind aus Protonen (protons, p) und Neutronen (neutrons, n) zusammengesetzt. Man bezeichnet diese Teilchen als Nukleonen (nucleons). Protonen und Neutronen haben den gleichen Spin (I = 1/2). Die Masse des Neutrons mn ist um ca. 0,14% größer als...
Zur quantitativen Charakterisierung einer physikalischen Größe (physical quantity) sind drei Angaben erforderlich: Der Zahlenwert, die Einheit und der Messfehler (uncertainty). Als Beispiel sei die Ruhemasse des Protons genannt. Sie beträgt (1, 67262158±0, 00000013)·10−27 kg [COD98], wofür man oft 1, 67262158(13)·10−27 kg schreibt. Es gibt aber auch physikalische Größen, wie z.B. die Lichtgeschwindigkeit...
Ein Metall besteht aus positiv geladenen Metallionen (metal ions), die, außer bei Quecksilber und Metallschmelzen, im Raum fixiert sind und zwischen denen sich frei bewegliche Elektronen befinden (Elektronengas, electron gas, Leitungselektronen, conduction electrons). Die freie Beweglichkeit resultiert aus der Tatsache, dass die elektrische Anziehungskraft, die ein Elektron durch die positiv geladenen...
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