| Begriff | Erklärung |
|---|---|
| 1. Newton'sches Gesetz | Wirkt keine Kraft auf ein Objekt, so bleibt seine Geschwindigkeit in Richtung und Betrag konstant: |
| 2. Newton'sches Gesetz | Die Kraft, die auf ein Objekt wirkt, ist proportional zur Geschwindigkeitsänderung (also zur Beschleunigung $\vec a$). Insbesondere gilt: $$\vec{F} = \dot{\vec{p}} = m \vec{a}\,.$$ |
| 3. Newton'sches Gesetz | Actio gleich Reactio: $$\vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21}\,.$$ |
| Allgemeine Definition von Arbeit | $$ W = \int F \mathrm{d}s\,.$$ Dies lässt sich für eine vom Weg unabhängige Kraft (z.B. $F=mg$) zu $$ W = F \Delta s\,.$$ umschreiben. Die Einheit der Arbeit ist Joule (J). |
| Beschleunigung | Die Beschleunigung ist die zeitliche Ableitung der Geschwindigkeit, $$ a = \dot v = \ddot s\,.$$ |
| Bindungsenergie eines Kerns | Die Bindungsenergie $E_b$ eines Kerns ergibt sich über den sogenannten Massendefekt $\Delta m$ und die Einstein'sche Masse-Energie-Beziehung zu $$E_b=(Zm_p+Nm_N-m_K)\cdot c^2=\Delta m\cdot c^2\,.$$ |
| Bohr'sches Atommodell | Das Bohr'sche Atommodell beschreibt die Zustände der Elektronen im Atom halbklassisch durch quantisierte Bahnen mit Radien $$r_n=\frac{n^2h^2\epsilon_0}{Z\pi me^2}=\frac{n^2}{Z}a_0\,.$$ Hierbei stellt $a_0$ den Bohr'schen Atomradius dar. Die Energie der Elektronenschalen beträgt $$E_n=-\frac{m e^4 Z^2}{8\epsilon_0^2h^2n^2}=-R_y\frac{Z^2}{n^2}$$ mit der Rydberg-Energie $R_y=13,6\,\mathrm{eV}$. |
| Boltzmann-Konstante | $$ k_\text{B} = 1.38\cdot10^{-23}{J/K}$$ |
| Brechungsindex | Der Brechungsindex $n$ eines Mediums gibt an, um welchen Faktor das Licht von ihm im Verhältnis zum Vakuum verlangsamt wird. |
| Carnot-Wirkungsgrad | $$ \eta = \frac{\Delta W}{\Delta Q} = \frac{T_\text{max}-T_\text{min}}{T_\text{max}}\,. $$ |
| Compton-Effekt, Wellenlänge | Die vergrößerte Wellenlänge (entspricht niedrigerer Energie) $\lambda'_{\gamma}$ der gestreuten Photonen beim Compton-Effekt bestimmt sich mittels $$\lambda'_{\gamma}=\lambda_{\gamma}+\lambda_{\text{c}}(1-\cos\varphi)\,,$$ wobei $\lambda_{\text{c}}=h/(m\cdot c)$ die Compton-Wellenlänge bezeichnet. |
| Coulomb (Einheit) | Die Einheit der Ladung $Q$ ist $[Q]=\mathrm{C}=\mathrm{Coulomb}\,.$ |
| Coulombkraft | Die Coulombkraft und das elektrische Feld sind verknüpft über $$\vec{F}=q\cdot\vec{E}\,.$$ Damit lautet der betragsmäßige Ausdruck für die elektrische Kraft zwischen zwei Ladungen $q$ und $Q$: $$F(r)=\frac{q\cdot Q}{4\pi\epsilon_0\epsilon_r r^2}\,.$$ |
| De-Broglie-Wellenlänge | Nicht nur masselose Teilchen wie Photonen besitzen laut dem Welle-Teilchen-Dualismus sowohl Teilchen- als auch Wellen-Eigenschaften, sondern auch massebehaftete Teilchen wie Elektronen oder Atomkerne. Ihre Wellenlänge ist die De-Broglie-Wellenlänge $\lambda=\frac{h}{p}$\,. |
| Definition der Energie | Energie $E$ ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Ihre Einheit ist, genau wie die der Arbeit, Joule. |
| Diode und Transistor, Funktionsweise | In Dioden und Transistoren findet der p-n-Übergang Anwendung, was durch einen Zusammenschluss eines p- und eines n-Halbleiters zur Elektron-Loch-Rekombination und zu einer daraus resultierenden Verarmungszone führt. Dabei lassen sich je nach Richtung einer angelegten Spannung ein Durchlass- und ein Sperrfall identifizieren. |
| Dispersion | Der Brechungsindex eines Mediums hängt von der Farbe des Lichts bzw. dessen Wellenlänge ab. Beispiele: Prisma \& Regenbogen. |
| Doppelbrechung | Bei der Doppelbrechung unterscheiden sich die Brechungsindizes für unterschiedliche Polarisationsrichtungen und unpolarisierte Lichtstrahlen werden in einen auÃerordentlichen und einen ordentlichen Strahl aufgeteilt. Der ordentliche Strahl folgt dem Snellius'schen Brechungsgesetz, der auÃerordentliche jedoch nicht: Seine Brechungsrichtung hängt von der optischen Achse des Kristalls ab. |
| Doppelspalt | Beim Doppelspalt interferieren Elementarwellen aus den Spaltöffnungen miteinander. Auf einem entfernten Schirm lässt sich ein Beugungsmuster betrachten, das deutliche Intensitätsmaxima und -minima aufweist. Kenngröße ist der Spaltabstand $g$. Konstruktive Interferenz, $n$-tes Maximum: $g\cdot\sin\alpha = n\lambda\,.$ Destruktive Interferenz, $n$-tes Minimum: $g\cdot\sin\alpha = \left(2n + 1\right))\frac{\lambda}{2}\,.$ Das Interferenzmuster wird von dem Beugungsmuster der einzelnen Spalte überlagert bzw. eingehüllt. |
| Doppler-Effekt | Bewegen sich Sender und/oder Empfänger beim Aussenden bzw. Empfangen von Schallwellen, so unterscheidet sich die empfangene Frequenz von der ausgesendeten. Sie wird höher, falls sich Sender und Empfänger annähern und kleiner, wenn sie sich voneinander entfernen. Daher gilt im Folgenden jeweils das obere Vorzeichen bei Annäherung und das untere bei Entfernung: Sender bewegt, Empfänger ruht: $$f_E = \frac{f_S}{1 \mp \frac{v_S}{c_S}}$$ Empfänger bewegt, Sender ruht: $$f_E = f_S\cdot\left(1 \pm \frac{v_E}{c_S}\right)$$ Allgemeiner Fall (beide bewegt): $$f_E = f_S\cdot\frac{c_S\pm v_E}{c_S \mp v_S}$$ |
| Drehimpuls | Der Drehimpuls $\vec L$ ist im ''Rotationsland'' das Analogon zum Impuls:$$ \vec L = \vec r \times \vec p = rp \sin(\alpha)\,.$$ Der Drehimpuls ist wie der Impuls oder die Energie eine Erhaltungsgröße: $$ \vec L = \text{const.}$$ |
| Drehmoment | Das Drehmoment $\vec M$ ist im ''Rotationsland'' das Analogon zur Kraft: $$ \vec M = \vec r \times \vec F $$ $$M = rF\sin(\alpha)\,.$$ |
| Druck | Der Druck ist allgemein definiert als Kraft pro Fläche: $$p = \frac{F}{A}\,.$$ |
| Einzelspalt | Das Interferenzmuster beim Einzelspalt kommt dadurch zustande, dass selbst innerhalb eines einzelnen Spalts unendlich viele Elementarwellen entstehen, die miteinander interferieren. Destruktive Interferenz, $n$-tes Minimum: $b\cdot\sin\alpha = n\lambda\,.$ Konstruktive Interferenz, $n$-tes Maximum: $b\cdot\sin\alpha \approx \left(2n + 1\right)\frac{\lambda}{2}\,.$(Die Maxima entstehen nicht genau mittig zwischen den Minima.) Der Intensitätsabfall vom Hauptmaximum zum 1. Maximum ist sehr stark. Maxima höherer Ordnung sind beim Einzelspalt kaum noch zu erkennen. |
| Elastischer Stoß | Zwei Massen wechselwirken und tauschen Impulse teilweise aus. Der Impuls ist erhalten und die Energie ist erhalten. |
| Elektrische Energie | Die elektrische Energie ist $$W=Q\cdot U\,,$$ wobei diese meist in Joule angegeben wird, in manchen Fällen aber auch in Elektronenvolt (eV). |
| Elektrisches Dipolmoment | Das elektrische Dipolmoment lautet $\vec{p}=Q\cdot\vec{d}\,.$ |
| Elektrisches Feld der Punktladung | Das elektrische Feld einer Ladung ist gegeben über $$\vec{E}(\vec{r})=\frac{Q}{4\pi\epsilon_0\epsilon_r r^2}\cdot\vec{e_r}$$ mit Betrag $$E(r)=\frac{Q}{4\pi\epsilon_0\epsilon_r r^2}\,.$$ Seine Einheit ist V/m. |
| Elektrisches Potential und Spannung | Das elektrische Potenzial $\phi$, dessen Differenz zwischen zwei verschiedenen Punkten die Spannung $U$ definiert, ist gegeben durch $$\phi(r)=-\frac{Q}{4\pi\epsilon_0\epsilon_r r}\,.$$ Die elektrische Spannung lautet damit $$U(r)=\frac{Q}{4\pi\epsilon_0\epsilon_r}\cdot\left(\frac{1}{r_1}-\frac{1}{r_2}\right)\,,$$ und ihre Einheit wird mit Volt bezeichnet. Generell ist die Verknüpfung zwischen elektrischem Potenzial und elektrischem Feld $\vec{E}=-\vec{\nabla}\phi$, vereinfacht kann man mit den Beträgen aber auch schreiben $$E=\frac{U}{d}\,.$$ |
| Energieerhaltung | In einem geschlossenen System bleibt die Gesamtenergie immer erhalten. |
| Entropie | Entropie ist ein Maß für die möglichen Zustände eines Systems. Entropiezunahme bedeutet im übertragenen Sinne Informationsverlust. Entropie mikroskopisch: $$ S = k_\text{B} \ln \Omega$$ Entropie makroskopisch:$$ \Delta S = \frac{\Delta Q}{T}$$ |
| Faraday'sches Induktionsgesetz | In einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld wird in einem Leiter eine Spannung induziert. Der Ausdruck für die Induktionsspannung lautet $$U_{\mathrm{ind}}=-\frac{\mathrm{d}\Phi_{\mathrm{m}}}{\mathrm{d}t}=-\left(\frac{\mathrm{d}\vec{B}}{\mathrm{d}t}\cdot\vec{A}+\vec{B}\cdot\frac{\mathrm{d}\vec{A}}{\mathrm{d}t}\right)\,.$$ mit $\Phi_{\mathrm{m}}=B\cdot A$. |
| Fermi-Energie | Aus der Fermi-Dirac-Statistik leitet sich die Fermi-Energie $E_{\mathrm{F}}$ ab. Sie ist die maximale Energie, die ein Elektron haben kann, wenn sich das System im Grundzustand befindet, und lautet $$E_{\mathrm{F}}=\frac{\hbar^2}{2m_e}\left(\frac{3\pi^2\cdot N_e}{V}\right)^{2/3}\,.$$ |
| Fermi-Statistik | Die Fermi-Dirac-Statistik $$f(E)=\frac{1}{e^{\left(\frac{E-\mu}{k_{\mathrm{B}}T}\right)}+1}$$gibt an, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein bestimmter Energiezustand bei einer Temperatur $T$ von Elektronen besetzt ist. |
| Frequenz, Kreisfrequenz - Zusammenhang | Bei einer Kreisbewegung eines Massenpunkts gibt es die Kreisfrequenz $$ \omega = \frac{v}{r}\,,$$ sie ist nicht zu verwechseln mit der Frequenz $f=1/T$! Es gilt $$ \omega = 2 \pi f\,.$$ |
| Gesamtvergrößerung eines Mikroskops | Für die Gesamtvergrößerung gilt $$V = V_\mathrm{Obj}\cdot V_\mathrm{Ok} = \frac{t \cdot s_0}{f_\mathrm{Obj}\cdot f_\mathrm{Ok}}\,.$$ |
| Geschwindigkeit | Die Geschwindigkeit ist die zeitliche Ableitung des Ortes, $$ v = \dot s\,.$$ |
| Gitter | Beim Gitter treten sehr scharfe Maxima auf. Kenngröße ist die Gitterkonstante $g$, der Abstand zwischen benachbarten Spalten des Gitters. Konstruktive Interferenz (Maxima) bei $n\cdot\lambda = g\sin\alpha\,.$ Zwischen zwei scharfen Maxima gibt es sehr schwache Nebenmaxima. Deren Anzahl und jeweilige Intensität hängt von der Anzahl der beleuchteten Spalte ab. Das optische Gitter findet häufig Anwendung in der Spektroskopie. |
| Gravitationsgesetz | Das allgemeingültige Gravitationsgesetz zwischen zwei Massen lautet $$ F_\text{G} = G \frac{m_1 m_2}{r^2}\,. $$ $G$ ist eine Naturkonstante mit dem Wert $G = 6.67\cdot10^{-11} \text{m$^3$/kg/s$^2$}$. |
| Haftreibungskriterium | Damit ein Körper auf der schiefen Ebene rutscht, muss gelten $$ \tan(\alpha) > \mu_H\,, $$ wobei $\alpha$ der Neigungswinkel der Ebene ist und $\mu_H$ der sogenannte Haftreibungskoeffizient. |
| Hagen-Poisseuille'sches Gesetz | Strömungen werden verursacht durch ein Druckgefälle. Bei Rohren kann über das Gesetz von Hagen-Poiseuille der Volumenstrom berechnet werden:$$\dot{V} = \frac{\Delta p}{R}\quad \mathrm{mit}\quad R = \frac{8\eta l}{\pi r^4}\,.$$ $R$ ist der Strömungswiderstand. |
| Halbleiter, Dotierung | Halbleiter existieren häufig in Form von p-Halbleitern, die positiv dotiert sind und bei denen Löcherleitung auftritt, und n-Halbleitern, die negativ dotiert sind und bei denen Elektronenleitung auftritt. |
| Hall-Effekt | Beim Hall-Effekt ergibt sich die Hall-Spannung zu $U_{\mathrm{H}}=\frac{I\cdot B}{n\cdot q\cdot d}\,.$ |
| Harmonischer Oszillator | Der harmonische Oszillator genügt der Gleichung $$ \ddot x + k x = 0\,, $$ seine Bewegungsgleichung ist $$ x(t) = x_0 \sin(\omega t)\,.$$ $\omega$ ist die Kreisfrequenz. Sie ist mit der Periode $T$ verbunden durch $$ \omega = \frac{2 \pi}{T} = 2\pi f.$$ |
| Hauptsatz der Thermodynamik, Erster | $$ \Delta U = \Delta Q + \Delta W\,. $$ |
| Hauptsatz der Thermodynamik, Nullter | Stehen zwei Körper im thermischen Gleichgewicht, und steht ein dritter mit einem von beiden im thermischen Gleichgewicht, so stehen alle drei im thermischen Gleichgewicht. Thermisches Gleichgewicht heißt, sie haben dieselbe Temperatur. |
| Hauptsatz der Thermodynamik, Zweiter | $$ \Delta S \geq 0 $$ Ein Prozess ist genau dann reversibel, wenn $\Delta S = 0$ gilt. |
| Heisenberg'sche Unschärferelation | $\Delta x\cdot\Delta p\geq \frac{\hbar}{2}$. |
| Hook'sches Gesetz | Elastische Verformung betrachten wir als linear, daraus folgt auch das Hooke'sche Gesetz. Für die Streckung bzw. Stauchung gilt $$ \frac{F}{A} = E \frac{\Delta l}{l}\,, $$ mit dem Elastizitätsmodul $E$. |
| Huygens'sches Prinzip | Die Lichtwellenausbreitung lässt sich mit dem Huygens'schen Prinzip erklären. Dabei ist jeder Punkt einer Wellenfront der Ausgangspunkt einer neuen Elementarwelle. Alle Elementarwellen interferieren zur sich ausbreitenden Gesamtwelle. Das Huygens'sche Prinzip ergänzt sozusagen das Fermat'sche Prinzip; dadurch ist die Strahlenoptik auf vergleichsweise großen Skalen gültig. |
| Ideale Gasgleichung | $$ pV = N k_\text{B} T = n R T$$ |
| Impulserhaltung | Der Gesamtimpuls in einem geschlossenen System ist immer erhalten. |
| Inelastischer Stoß | Zwei Massen stoßen, verbleiben nach dem Stoß zusammen. Der Impuls ist erhalten, die Energie auch, aber sie steckt nicht mehr komplett in der kinetischen, sondern in der Verformungs- oder Kopplungsenergie. |
| Inertialsysteme | Inertialsysteme sind Bezugssysteme, in denen die Newton'schen Gesetze gelten und keine äußeren Kräfte wirken. Erfahren wir eine Beschleunigung, so sind wir nicht in einem Inertialsystem. |
| Interferenz | Licht kann interferieren, d.h., kohärente Lichtwellen können sich verstärken (konstruktive Interferenz) oder abschwächen bzw. sogar auslöschen (destruktive Interferenz). Dabei gilt abhängig vom Gangunterschied $\delta$ zweier Wellen zueinander (für ganzzahliges $k$): $$ \delta = k\cdot\lambda \Leftrightarrow \text{ vollständig konstruktive Interferenz}$$ $$ \delta = \frac{\lambda}{2}(2k + 1) \Leftrightarrow \text{ vollständig destruktive Interferenz}$$ |
| Ionisierende Strahlung, Gefährdung | Die Strahlungsgefährdung durch ionisierende Strahlung wird über die Energiedosis $D$ mit der Einheit Gray oder die Äquivalentdosis $H$ mit der Einheit Sievert gemessen. Die Energiedosis lautet $D=\frac{\mathrm{d}E}{\mathrm{d}m}\,,$ während die Äquivalentdosis die relative biologische Wirksamkeit der Strahlungsbelastung durch unterschiedliche Strahlungsarten mithilfe eines Gewichtungsfaktors $w$ einbezieht: $H=w\cdot D\,.$ |
| Kapazität und Feldenergie eines Kondensators | Die Kapazität $C$ ergibt sich aus $$C=\frac{Q}{U}\,.$$ Für einen Plattenkondensator gilt dabei $$C=\epsilon_0\epsilon_r\frac{A}{d}\,.$$ Ihre Einheit ist das Farad (F). Beim Kondensator gilt für die elektrische Feldenergie |
| Kirchhoff'sche Regeln | Die Knotenregel lautet $$\sum_{i=1}^N I_i=0\,.$$ Die Maschenregel lautet $$\sum_{i=1}^N U_i=0\,.$$ |
| Kraft einer Feder mit Federkonstante D | $$F=-D\cdot s$$ |
| Lichtmikroskop | Das Lichtmikroskop ist ein optisches System aus zwei Linsen: dem Objektiv und dem Okular. Zwischen den Linsen befindet sich ein Tubus, dessen Tubuslänge $t$ der Abstand der Brennebenen von Objektiv und Okular ist. |
| Lorentz-Faktor | $$ \gamma = \frac{1}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}\,.$$ Er ist immer größer als $1$ und geht für $v \rightarrow c$ gegen unendlich. |
| Lorentz-Kraft | Auf eine elektrische Ladung in einem Magnetfeld wirkt die Lorentz-Kraft $$\vec{F_{\mathrm{L}}}=q\cdot(\vec{v}\times\vec{B})=I(\vec{l}\times\vec{B})\,.$$ Für die Richtung der Lorentz-Kraft gilt die Drei-Finger-Regel der rechten Hand, wobei wir die technische Stromrichtung betrachten. |
| Magnetisches Feld | Das magnetische Feld $\vec{B}$ hat die Einheit Tesla und ist zum einen gegeben durch $$\vec{B}=\mu_0\mu_r\vec{H}\,,$$ mit der magnetischen Feldstärke $\vec{H}$. Für bewegte Ladungen gilt zum anderen für das Magnetfeld das Biot-Savart'sche Gesetz $$\vec{B}=\frac{\mu_0\mu_r}{4\pi}\int\frac{I\,\mathrm{d}\vec{l}\times\vec{e_r}}{r^2}\,.$$ |
| Masse | Masse ist ein Maß dafür, wie stark sich ein Gegenstand gegen eine Bewegungsänderung wehrt. Träge Masse und schwere Masse sind das Gleiche, d.h., der Widerstand gegen Bewegungsänderung und die Stärke der Schwerkraft sind beide von der Masse eines Körpers abhängig. |
| Mol | $1\,\text{mol}$ eines Stoffes bestehen aus $N_\text{A}$ Teilchen. $$ N_\text{A} \approx \frac{6.022\cdot10^{23}}{\text{mol}} $$ |
| Objektiv | Das Objektiv erzeugt im Tubus ein reelles Bild vom Objekt. Das Bild liegt in der Brennweite des Okulars. Die Vergrößerung des Objektivs lässt sich berechnen durch $$V_\mathrm{Obj} = \frac{t}{f_\mathrm{Obj}}\,.$$ |
| Ohm'sches Gesetz | Der Ohm'sche Widerstand $R$ mit der Einheit $Ohm$ ist mit dem Strom verknüpft über $$U=R\cdot I\,.$$ Der Widerstand lässt sich auch schreiben als $$R=\rho_s\cdot\frac{L}{A}\,,$$ wobei $\rho_s$ der spezifische Widerstand ist, der sich aus dem Kehrwert der elektrischen Leitfähigkeit $\sigma_{el}$ ergibt: $\rho_s=\frac{1}{\sigma_{el}}\,.$ Die Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands wird beschrieben mit $$\rho_s(T)=\rho_s(T_0)\cdot(1+\alpha\cdot(T-T_0))\,.$$ |
| Okular | Das Okular wirkt als Lupe. Dadurch wird das Bild des Objektivs vergrößert, und das Auge muss nicht akkommodieren (Bild im Unendlichen). Die Vergrößerung des Okulars ergibt sich durch $$V_\mathrm{Ok} = \frac{s_0}{f_\mathrm{Ok}}\,.$$ Dabei ist $s_0 = 25\,\text{cm}$ die Bezugssehweite, den dazugehörigen Punkt nennt man Nahpunkt. |
| Pauli-Prinzip | Maximal zwei Elektronen mit entgegengesetzten Spins dürfen dasselbe Niveau besetzen. |
| Planck'schen Strahlungsgesetz | $$\epsilon(f,T)=\frac{8\pi hf^3}{c^3}\frac{1}{e^{\left(\frac{hf}{kT}\right)}-1}\,.$$ |
| Polarisation | Licht kann polarisiert werden, d.h., , alle Lichtwellen schwingen in einer bestimmten Richtung. Die Polarisationsrichtung entspricht der Schwingungsrichtung des $\vec{E}$-Feldes. Lineare Polarisation: Die Polarisationsrichtung steht konstant senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Zirkulare Polarisation: Die Polarisationsrichtung rotiert um die Ausbreitungsrichtung. Polarisation wird häufig mit speziellen Polarisationsfiltern erzeugt (oder nachgewiesen). |
| Rayleigh-Kriterium | $$d = \frac{0.61\lambda}{\mathrm{NA}}\,.$$ |
| Reflexionsgesetz | Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel: $\alpha_1 = \alpha_2$ |
| Relativistisches Postulat, Zweites | Die Lichtgeschwindigkeit ist die gleiche für alle Beobachter. Im Vakuum beträgt sie |
| Satz von Steiner | Der Satz von Steiner gibt das Trägheitsmoment in einer Achse im Abstand $l$ parallel zur Schwerpunktachse: |
| Schwerpunkt | Der Schwerpunkt einer Punktmassenverteilung ist |
| Snellius'sche Brechungsgesetz | $$\sin\alpha_1 \cdot n_1 = \sin\alpha_2 \cdot n_2\,.$$ |
| Spannenergie einer Feder mit Federkonstante D | $$ E_{\text{Feder}} = \frac 1 2 D s^2\,. $$ Kraft und potentielle Energie - Zusammenhang Die Kraft lässt sich darstellen als die negative räumliche Ableitung einer potenziellen Energie $$ F = -\frac{\mathrm{d}V}{\mathrm{d}r}\, $$ |
| Stokes'sche Reibung | Das Gesetz von Stokes beschreibt die Reibungskraft $$F_\mathrm{R} = 6\pi r \eta v$$ auf eine Kugel mit Radius $r$, die sich mit Geschwindigkeit $v$ durch eine Flüssigkeit mit Viskosität $\eta$ bewegt. |
| Strom und Stromdichte | Der elektrische Strom ist gegeben über $$I=\frac{\mathrm{d}Q}{\mathrm{d}t}\,.$$ Dies lässt sich auch schreiben als $$I=nq\cdot\vec{A}\cdot\vec{v_D}\,$$ mit der Driftgeschwindigkeit $v_D$. Seine Einheit ist das Ampere. Die Stromdichte $\vec{j}$ ist der Strom pro Fläche: $$\vec{j}=\frac{\mathrm{d}I}{\mathrm{d}\vec{A}}\,.$$ |
| Superpositionsprinzip | Vektorielle Größen gehorchen dem Superpositionsprinzip, das bedeutet sie addieren und subtrahieren sich komponentenweise. Falls ihr das Wort in dieser Box zum ersten Mal seht, lest lieber das Kapitel darüber. |
| Supraleiter | Supraleiter sind Materialien, die zum einen bei sehr tiefen Temperaturen (unterhalb der sogenannten Sprungtemperatur $T_c$) über einen verschwindenden elektrischen Widerstand verfügen und zum anderen als ideale Diamagneten externe Magnetfelder aus ihrem Inneren infolge des Meißner-Ochsenfeld-Effekts verdrängen. Dies wird beim Prinzip der Levitation ausgenutzt. Eine bestimmte Kategorie von Supraleitern verankert darüber hinaus externe Magnetfelder in Form von quantisierten Flussschläuchen in ihrem Inneren, wodurch man diese Supraleiter im Magnetfeld festhalten kann. |
| Technische Stromrichtung - Physikalische Stromrichtung | Die technische Stromrichtung zeigt von Plus nach Minus, während die physikalische Stromrichtung von Minus nach Plus zeigt, also den Elektronen folgt. In Wirklichkeit bewegen sich die Elektronen, und zwar von Minus nach Plus. Wenn wir die Stromrichtung anzeigen, benutzen wir dennoch aus historischen Gründen meist die Bewegungsrichtung von Plus nach Minus einer hypothetischen positiven Ladung. |
| Trägheitsmoment | Das Trägheitsmoment $J$ ist im ''Rotationsland'' das Analogon zur trägen Masse: $$ M = J \dot \omega\,, $$ $$ L = J \omega\,. $$ |
| Universelle Gaskonstante | $$ R = N_\text{A} \cdot k_\text{B} = 8.314\,\frac{\text{J}}{\text{mol kg}}$$ |
| Vektoren und Skalare | Vektoren und Skalare sind zwei unterschiedliche Dinge. Ein Vektor ist eine Größe mit Richtung, ein Skalar ist eine Zahl. |
| Wellen | Wellen sind Schwingungen, die sich im Raum ausbreiten. Sie haben eine Phase $\varphi = kr - \omega t + \varphi_0$: $$ x(r,t) = x_0 \sin(kr - \omega t + \varphi_0)\,.$$ |
| Wellengleichung | Die Wellengleichung lautet für das elektrische Feld $$\Delta \vec{E}=\epsilon_0\mu_0\frac{\partial^2\vec{E}}{\partial t^2}\,.$$ Analog lautet sie für das magnetische Feld $$\Delta \vec{B}=\epsilon_0\mu_0\frac{\partial^2\vec{B}}{\partial t^2}\,.$$ Daraus ergibt sich für die Lichtgeschwindigkeit $$c=\frac{1}{\sqrt{\epsilon_0\mu_0}}\,.$$ |
| Wien'sches Verschiebungsgesetz | Das Maximum der Strahlungskurve bestimmt sich mit dem Wien'schen Verschiebungsgesetz zu $$ |
Springer Lehrbuch Physik