Lernkarten: Physik
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44 Stapel
- Einheiten und Messung (Physik)Wiederholungskarten zu Einheiten und Messung: der Umfang und die Größenordnung der Physik (die Physik als Wissenschaft, Größenordnungen, Modelle, Theorien und Gesetze sowie die Längen-, Massen- und Zeitskalen des Universums); Einheiten und Normale (physikalische Größen, Basisgrößen im Vergleich zu abgeleiteten Größen, die sieben SI-Basisgrößen und -einheiten, die modernen Definitionen der Sekunde und des Meters sowie die metrischen Vorsätze); Einheitenumrechnung mit Umrechnungsfaktoren; Dimensionsanalyse (die Symbole der Basisdimensionen L, M, T, I, theta, N und J, dimensionslose Größen, die dimensionale Konsistenz und transzendente Argumente); Abschätzungen und Fermi-Berechnungen; signifikante Stellen (Richtigkeit im Vergleich zur Präzision, Unsicherheit im Vergleich zur Abweichung, prozentuale Unsicherheit, das Zählen signifikanter Stellen sowie die Regeln für arithmetische Operationen und exakte Zahlen); und die dreistufige Strategie zum Lösen physikalischer Probleme.
- Vektoren (Physik)Wiederholungskarten zu Vektoren: Skalare und Vektoren (Betrag und Richtung, Schreibweise, Verschiebung, gleiche, parallele, antiparallele, orthogonale und entgegengesetzte Vektoren, Multiplikation mit einem Skalar, Resultierende, Kommutativ-, Assoziativ- und Distributivgesetz, Parallelogramm- und Spitze-an-Fuß-Regel, Einheitsvektoren und Vektorsubtraktion); Koordinatensysteme und Komponenten (Vektor- und Skalarkomponenten, die Einheitsvektoren i, j und k, die Komponentendarstellung, Betrag und Richtungswinkel aus den Komponenten, Quadrantenregeln, Polarkoordinaten und rechtshändige Achsen); die Algebra der Vektoren (die analytische Komponentenmethode, komponentenweise Addition, Subtraktion und Multiplikation mit einem Skalar, Gleichheit, der Nullvektor und Einheitsvektoren aus dem Betrag); und die Produkte von Vektoren (das Skalarprodukt und das Vektorprodukt, ihre Eigenschaften, die Einheitsvektor-Identitäten, die Komponentenformen und die Anwendungen auf Arbeit und Drehmoment).
- Bewegung entlang einer Geraden (Physik)Wiederholungskarten zur eindimensionalen Kinematik: Position und Bezugssystem; die Verschiebung als Änderung der Position (Endwert minus Anfangswert), ein in Metern gemessener Vektor, und ihre Abgrenzung von der zurückgelegten Wegstrecke; die Durchschnittsgeschwindigkeit als Verschiebung pro verstrichener Zeit; die Momentangeschwindigkeit als zeitliche Ableitung der Position und Steigung des Weg-Zeit-Diagramms; die Schnelligkeit als skalare Größe und die momentane Schnelligkeit als Betrag der Geschwindigkeit; die durchschnittliche und momentane Beschleunigung als Änderungsrate der Geschwindigkeit und Steigung des Geschwindigkeit-Zeit-Diagramms, mit den Vorzeichenkonventionen, die die Richtung von Beschleunigung und Geschwindigkeit mit dem Schneller- oder Langsamerwerden verknüpfen; die kinematischen Gleichungen für konstante Beschleunigung und die zugehörige Notation; den freien Fall allein unter der Schwerkraft mit einer nach unten gerichteten Beschleunigung g; und die Bestimmung von Geschwindigkeit und Verschiebung durch Integration von Beschleunigung und Geschwindigkeit über die Zeit.
- Bewegung in zwei und drei Dimensionen (Physik)Wiederholungskarten zur Kinematik in zwei und drei Dimensionen: die Orts-, Verschiebungs- und Geschwindigkeitsvektoren in Einheitsvektorschreibweise und ihre Komponentenformen; die Momentangeschwindigkeit als Ableitung des Ortes, die stets tangential zur Bahn verläuft; der Beschleunigungsvektor als erste Ableitung der Geschwindigkeit und zweite Ableitung des Ortes; die Unabhängigkeit der Bewegung entlang senkrechter Achsen und die Bewegungsgleichungen für konstante Beschleunigung, auf jede Achse angewandt; die Projektilbewegung mit horizontaler Beschleunigung null und nach unten gerichteter Schwerkraft, einschließlich der Abwurfkomponenten, der Flugzeit, der maximalen Höhe, der Wurfweite, des Maximums bei 45 Grad, der komplementären Abwurfwinkel und der Parabelbahn; die gleichförmige und ungleichförmige Kreisbewegung, die Zentripetalbeschleunigung ausgedrückt über Geschwindigkeit, Periode und Winkelfrequenz sowie die Tangential- und Gesamtbeschleunigung; und die Relativbewegung mit den Additionsregeln für Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung zwischen Bezugssystemen und der Invarianz der Beschleunigung zwischen Bezugssystemen, die sich mit konstanter Relativgeschwindigkeit bewegen.
- Newtonsche Bewegungsgesetze (Physik)Wiederholungskarten zu den Newtonschen Bewegungsgesetzen: die Kraft als vektorielles Ziehen oder Drücken, gemessen in Newton, äußere, Kontakt- und Feldkräfte, die vier Grundkräfte und die Nettokraft als Vektorsumme; das erste Newtonsche Gesetz, die Trägheit und ihr Maß durch die Masse, Inertialsysteme und das Gleichgewicht bei verschwindender Nettokraft; das zweite Newtonsche Gesetz in skalarer und vektorieller Form, F_net = m a und seine Impulsform F_net = dp/dt, mit den Proportionalitäten zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung; Masse im Vergleich zum Gewicht, w = m g, und wie das Gewicht mit der lokalen Schwerkraft variiert, während die Masse gleich bleibt; das dritte Newtonsche Gesetz und Wechselwirkungspaare (actio gleich reactio), die auf verschiedene Körper wirken, einschließlich des Schubs; häufige Kräfte wie die Normalkraft, die Seilkraft, die Reibung, die Rückstellkraft einer Feder (Hookesches Gesetz) und die Unterscheidung zwischen realen und fiktiven Kräften; und wie man Freikörperbilder zeichnet und nutzt, um das zweite Newtonsche Gesetz anzuwenden.
- Anwendungen der Newtonschen Gesetze (Physik)Wiederholungskarten zur Anwendung der Newtonschen Gesetze: die systematische Strategie zur Problemlösung, bei der man die Situation skizziert, ein Freikörperbild der äußeren Kräfte zeichnet, das zweite Newtonsche Gesetz für jede Koordinatenachse anwendet und das Ergebnis überprüft; statisches und dynamisches Gleichgewicht, die Spannung in einer masselosen Schnur über eine reibungsfreie Rolle, scheinbares Gewicht und Aufzugsprobleme sowie verbundene Objekte. Reibung als Kontaktkraft, die der Relativbewegung entgegenwirkt, Haftreibung im Vergleich zur Gleitreibung, die Gesetze f_s <= mu_s N und f_k = mu_k N, die dimensionslosen Reibungskoeffizienten, die Unabhängigkeit von der Kontaktfläche und die mikroskopischen Ursachen der Reibung. Zentripetalbeschleunigung und -kraft bei der gleichförmigen Kreisbewegung, F_c = m v^2/r = m r omega^2, ideal überhöhte Kurven mit theta = arctan(v^2/rg), Inertial- und Nichtinertialsysteme sowie die fiktiven Zentrifugal- und Corioliskräfte. Und die Luftwiderstandskraft in einem Fluid, F_D = (1/2) C rho A v^2, der Widerstandsbeiwert, die Endgeschwindigkeit v_T = sqrt(2mg/(rho C A)) und das Stokessche Gesetz für kleine, langsame Objekte.
- Arbeit und kinetische Energie (Physik)Wiederholungskarten zu Arbeit und kinetischer Energie: die Arbeit als Energieübertragung, wenn eine Kraft entlang einer Verschiebung wirkt, die infinitesimale Arbeit dW = F.dr, das Ergebnis für eine konstante Kraft W = Fd cos(theta), die Regel der Parallelkomponente, die Arbeit als Kurvenintegral oder Fläche unter der Kraft-Weg-Kurve, das Vorzeichen der Arbeit, das Joule und das Foot-Pound sowie die von Reibung, Schwerkraft und einer Feder verrichtete Arbeit, einschließlich konservativer und dissipativer Kräfte und der verschwindenden Arbeit entlang eines geschlossenen Weges. Die kinetische Energie K = (1/2)mv^2 als nichtnegativer Skalar, der von der Geschwindigkeit und vom Bezugssystem abhängt, ihre Einheit das Joule, die Impulsform K = p^2/(2m) sowie translatorische gegenüber rotatorischer kinetischer Energie. Der Arbeit-Energie-Satz W_net = K_f - K_i, hergeleitet aus dem zweiten Newtonschen Gesetz, seine Anwendung auf veränderliche Kräfte und gekrümmte reibungsfreie Bahnen sowie die Folgen positiver, negativer und verschwindender Nettoarbeit. Und die Leistung als Rate der verrichteten Arbeit, die mittlere Leistung W/t, die Momentanleistung dW/dt = F.v, das Watt und die Pferdestärke.
- Potentielle Energie und Energieerhaltung (Physik)Lernkarten zur potentiellen Energie und zur Energieerhaltung: die potentielle Energie als Energie, die aufgrund der Konfiguration der wechselwirkenden Objekte in einem System gespeichert ist, die Regel, dass die Änderung der potentiellen Energie das Negative der von der zugehörigen konservativen Kraft verrichteten Arbeit ist, die willkürliche additive Konstante und die Wahl eines Nullbezugspunkts, die potentielle Energie der Gravitation U = mgy nahe der Erdoberfläche und die elastische potentielle Energie U = (1/2)kx^2 einer Feder. Konservative Kräfte (wegunabhängige Arbeit, null Arbeit auf einem geschlossenen Weg) im Gegensatz zu nichtkonservativen dissipativen Kräften wie Reibung und Luftwiderstand, die Rückgewinnung einer konservativen Kraft aus ihrer potentiellen Energie durch F = -dU/dx oder den Gradienten und der Rotationstest. Die mechanische Energie E = K + U, ihre Erhaltung, wenn nur konservative Kräfte Arbeit verrichten, W_nc = Änderung von E, wenn dies nicht der Fall ist, und der Energieerhaltungssatz. Potentialdiagramme: die Linie der Gesamtenergie, die Bedingung K = E - U >= 0, die Umkehrpunkte, die erlaubten und verbotenen Bereiche, die Kraft als negative Steigung, die Gleichgewichtspunkte, stabile und instabile Gleichgewichte anhand der zweiten Ableitung, die maximale Geschwindigkeit an einem Potentialminimum und der unendlich tiefe Potentialtopf. Und die Energiequellen: thermische, chemische, strahlende und nukleare Energie, erneuerbare und nicht erneuerbare Quellen, Umwandlungsverluste, Wasser-, Wind- und Solarenergie sowie die weltweite Energieverteilung von 2010.
- Impuls und Stöße (Physik)Wiederholungskarten zu Impuls und Stößen: der Impuls p = mv als Vektor, der entlang der Geschwindigkeit zeigt, gemessen in kg·m/s, der die Bewegungsgröße eines Objekts kennzeichnet und linear von Masse und Geschwindigkeit abhängt. Der Kraftstoß J als Kraft mal Zeit, seine infinitesimale und integrale Form, der Kraftstoß-Impuls-Satz J = delta p, das zweite Newtonsche Gesetz in der Form F = dp/dt und die mittlere Kraft bei einem Stoß. Die Impulserhaltung für ein abgeschlossenes System und warum sich innere Paare des dritten Newtonschen Gesetzes aufheben, während äußere Kräfte den Gesamtimpuls ändern. Die Arten von Stößen: der Impuls bleibt immer erhalten, die kinetische Energie nur bei elastischen Stößen, unelastische und vollkommen unelastische Stöße sowie Explosionen. Stöße in mehreren Dimensionen mit Erhaltung je Richtung und Komponentengleichungen. Der Massenmittelpunkt als gewichtete mittlere Position der Masse, r_CM und seine Komponenten- und Integralformen, F_ext = M a_CM und die konstante Schwerpunktgeschwindigkeit eines Systems ohne äußere Kraft. Und der Raketenantrieb als System mit veränderlicher Masse, die Ausströmgeschwindigkeit, die Tsiolkowski-Raketengleichung delta v = u ln(m_0/m) und der Einfluss der Schwerkraft beim Start.
- Rotation um eine feste Achse (Physik)Wiederholungskarten zur Rotation eines starren Körpers um eine feste Achse. Rotationsgrößen: die Winkelposition theta = s/r im Bogenmaß, die Winkelverschiebung, die Winkelgeschwindigkeit omega = d theta/dt und die Winkelbeschleunigung alpha = d omega/dt, mit der Vorzeichenkonvention positiv gegen den Uhrzeigersinn und der Rechte-Hand-Regel für die Richtung des Winkelgeschwindigkeitsvektors. Rotation mit konstanter Winkelbeschleunigung: die vier kinematischen Rotationsgleichungen als direkte Analoga zu den linearen (theta für x, omega für v, alpha für a). Zusammenhang zwischen Winkel- und Translationsgrößen: die Bahngeschwindigkeit v_t = r omega, die Tangentialbeschleunigung a_t = r alpha, die Zentripetalbeschleunigung a_c = r omega^2 und die gesamte lineare Beschleunigung. Trägheitsmoment und Rotationsenergie: K = (1/2) I omega^2, I = sum m r^2 als Rotationsanalogon der Masse, und seine Abhängigkeit von der Achse und der Massenverteilung. Berechnung von Trägheitsmomenten: das Integral I = integral r^2 dm, der Satz von Steiner (Parallelachsensatz) I = I_cm + m d^2 und die Standardergebnisse für einen Stab (um den Mittelpunkt und um ein Ende), eine Scheibe und zusammengesetzte Körper. Das Drehmoment tau = r x F, sein Betrag r F sin theta, der Hebelarm, das Nettodrehmoment und sein Vorzeichen. Das zweite Newtonsche Gesetz für die Rotation, sum tau = I alpha, das Rotationsanalogon zu F = ma. Und Arbeit und Leistung bei der Rotationsbewegung, W = integral tau d theta, der Arbeit-Energie-Satz und P = tau omega.
- Drehimpuls (Physik)Wiederholungskarten zum Drehimpuls und zur Rollbewegung. Rollen ohne Gleiten: der Kontaktpunkt ist momentan in Ruhe, v_CM = R omega, a_CM = R alpha und d_CM = R theta; die Beschleunigung eine schiefe Ebene hinab a_CM = m g sin(theta)/(m + I_CM/r^2), die zur Vermeidung des Gleitens erforderliche Haftreibungsgrenze, und die Aufteilung der kinetischen Energie in Translationsenergie (1/2) m v_CM^2 und Rotationsenergie (1/2) I_CM omega^2, wobei die Reibung keine Arbeit verrichtet. Drehimpuls eines Teilchens: l = r x p, mit Betrag r p sin(theta), Richtung nach der Rechte-Hand-Regel, die Hebelarm-Form l = r_perp m v, und die Einheit kg m^2/s. Die Rotationsform des zweiten Newtonschen Gesetzes, sum tau = dl/dt, und für ein System sum tau_ext = dL/dt. Drehimpuls eines starren Körpers, L = I omega, entlang der Rotationsachse gerichtet. Erhaltung des Drehimpulses, wenn das äußere Nettodrehmoment null ist: I omega = I' omega', der Pirouetteneffekt, und die Zunahme der Rotationsenergie K'_rot = K_rot (I/I'). Und die Präzession eines Kreisels: das Gravitationsdrehmoment tau = r M g sin(theta) senkrecht zu L, die Präzessionsrate omega_p = r M g/(I omega), die Nutation, und die 26.000-jährige Präzession der Erde.
- Statisches Gleichgewicht und Elastizität (Physik)Wiederholungskarten zum statischen Gleichgewicht starrer Körper und zu Spannung, Dehnung und Elastizität. Das statische Gleichgewicht erfordert null lineare und null Winkelbeschleunigung: Die erste Bedingung setzt die Vektorsumme der äußeren Kräfte auf null (Translationsgleichgewicht), die zweite die Summe der äußeren Drehmomente um eine beliebige Achse auf null (Rotationsgleichgewicht), beides zugleich. Für die Rotation um eine feste z-Achse reduzieren sich die sechs skalaren Gleichungen auf drei, der Betrag des Drehmoments ist r F sin(theta), der Drehpunkt darf frei gewählt werden, und das Gewicht wirkt im Schwerpunkt. Lösen von Gleichgewichtsaufgaben: Freikörperbilder mit den Kräften an ihren tatsächlichen Angriffspunkten, Wahl des Drehpunkts zum Eliminieren einer Unbekannten, statisch unbestimmte Fälle sowie die beteiligten Normal-, Reibungs-, Zug- und Gelenkkräfte. Spannung ist Kraft pro Flächeneinheit und Dehnung ist die dimensionslose relative Verformung; im linearen Bereich gilt Spannung = Elastizitätsmodul mal Dehnung, gemessen in Pascal. Zug-, Druck-, Kompressions- und Schubspannung sowie -dehnung definieren den Elastizitätsmodul (Young-Modul), den Kompressionsmodul und den Schubmodul. Elastizität, die Proportionalitäts- und Elastizitätsgrenze, das Hookesche Gesetz, der plastische Bereich, die bleibende Verformung und die Bruchspannung.
- Gravitation (Physik)Wiederholungskarten zur newtonschen Gravitation und ihren Folgen. Das newtonsche Gravitationsgesetz liefert eine anziehende, mit dem Quadrat des Abstands abnehmende Kraft F = G m1 m2 / r^2 entlang der Verbindungslinie zweier Massen, wobei die universelle Konstante G erstmals von Cavendish gemessen wurde; kugelsymmetrische Körper wirken so, als säße ihre gesamte Masse im Mittelpunkt, und Gesamtkräfte addieren sich durch Superposition. Gravitation nahe der Erdoberfläche: g = GM/r^2, Gewicht W = mg, der Fall aller Massen mit derselben Beschleunigung sowie die kleinen Korrekturen durch Höhe, Erdrotation und die Äquatorwulst. Potentielle Gravitationsenergie U = -GMm/r (null im Unendlichen), Erhaltung der gesamten mechanischen Energie, Fluchtgeschwindigkeit sqrt(2GM/R) und gravitative Bindung. Satellitenbahnen: kreisförmige Bahngeschwindigkeit und Umlaufzeit, Bahnenergie E = -GMm/2r, geostationäre Bahnen und Schwerelosigkeit im freien Fall. Die drei keplerschen Gesetze der Planetenbewegung (Ellipsen, gleiche Flächen und die Beziehung zwischen Umlaufzeit und großer Halbachse) und ihre Grundlage im Drehimpuls und der mit dem Quadrat des Abstands abnehmenden Kraft. Gezeitenkräfte, Spring- und Nipptiden, gebundene Rotation und die Erwärmung von Io. Schließlich Einsteins Gravitationstheorie: das Äquivalenzprinzip, die Raumzeitkrümmung, der Schwarzschild-Radius und Schwarze Löcher, Gravitationslinsen und die Zeitdilatation.
- Strömungsmechanik (Physik)Wiederholungskarten zur Mechanik ruhender und strömender Flüssigkeiten. Die Dichte rho = m/V, die relative Dichte und die Aggregatzustände. Der Druck p = F/A als skalare Größe, die in alle Richtungen gleich wirkt und mit der Tiefe gemäß p = p0 + rho g h zunimmt. Die Druckmessung: Überdruck gegenüber Absolutdruck, das Pascal und weitere Einheiten sowie Barometer und Manometer. Das Pascalsche Prinzip und wie hydraulische Systeme die Kraft vervielfachen, ohne zusätzliche Arbeit zu verrichten. Das archimedische Prinzip und der Auftrieb: die Auftriebskraft entspricht dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit, und Schwimmen, Sinken und scheinbares Gewicht ergeben sich aus der Dichte. Die Fluiddynamik: der Volumenstrom, die Kontinuitätsgleichung, laminare und turbulente Strömung sowie ideale Flüssigkeiten. Die Bernoulli-Gleichung als Energieerhaltung entlang einer Stromlinie, das Bernoulli-Prinzip, das Geschwindigkeit und Druck verknüpft, und die Mitführung (Entrainment). Schließlich die Viskosität, die Reynolds-Zahl, das Gesetz von Hagen-Poiseuille und seine starke Abhängigkeit vom Rohrradius sowie das Einsetzen der Turbulenz.
- Schwingungen (Physik)Karteikarten zur Schwingungsbewegung. Die periodische Bewegung, Periode und Frequenz sowie die Amplitude. Die einfache harmonische Bewegung (SHM) als Bewegung unter einer Rückstellkraft nach dem Hookeschen Gesetz: die Position x(t) = A cos(omega t + phi), ihre Geschwindigkeit und Beschleunigung, die Kreisfrequenz omega = sqrt(k/m) und die Periode T = 2 pi sqrt(m/k), die nur von der Masse und der Federkonstante abhängt. Die Energie in der SHM: elastische potentielle Energie und kinetische Energie, die erhaltene Gesamtenergie E = (1/2) k A^2 proportional zum Quadrat der Amplitude, und die Geschwindigkeit an jeder Position. Die SHM als Projektion einer gleichförmigen Kreisbewegung. Pendel: das mathematische Pendel mit T = 2 pi sqrt(L/g), das physikalische Pendel und das Torsionspendel. Gedämpfte Schwingungen: die geschwindigkeitsproportionale Dämpfungskraft, der exponentielle Amplitudenabfall sowie der unterkritisch, kritisch und überkritisch gedämpfte Fall. Erzwungene Schwingungen: die Eigenfrequenz, die stationäre Amplitude und die Resonanz, wenn die Erregerfrequenz mit der Eigenfrequenz übereinstimmt.
- Wellen (Physik)Wiederholungskarten zu laufenden Wellen und stehenden Wellen. Mechanische Wellen in einem Medium im Gegensatz zu elektromagnetischen Wellen und Materiewellen. Amplitude, Wellenlänge, Periode und Frequenz sowie die Wellengeschwindigkeitsbeziehungen v = lambda/T = lambda*f. Transversalwellen im Gegensatz zu Longitudinalwellen (Verdichtungswellen). Die Mathematik der Wellen: die sinusförmige Wellenfunktion y = A sin(kx - omega t + phi), die Wellenzahl k = 2 pi/lambda, die Kreisfrequenz omega = 2 pi/T, die Phase und die Phasenkonstante, die transversale Geschwindigkeit und Beschleunigung eines Medienelements und die lineare Wellengleichung. Wellengeschwindigkeit auf einer gespannten Saite v = sqrt(F_T/mu) und die allgemeine Form Elastizität über Trägheit. Energie und Leistung einer Welle: P = (1/2) mu A^2 omega^2 v, die Skalierung mit dem Quadrat der Amplitude und dem Quadrat der Frequenz, die Intensität I = P/A und das Abstandsquadratgesetz für eine punktförmige Quelle. Interferenz und Überlagerung: konstruktive und destruktive Interferenz und die resultierende Amplitude 2A cos(phi/2). Stehende Wellen und Resonanz: Knoten und Bäuche, die Funktion der stehenden Welle y = 2A sin(kx) cos(omega t), die erlaubten Wellenlängen lambda_n = 2L/n und die Resonanzfrequenzen f_n = n f_1 auf einer an beiden Enden fest eingespannten Saite, Harmonische, Obertöne, Eigenmoden und Resonanz.
- Schall (Physik)Wiederholungskarten zum Schall als longitudinale Störung der Materie, die sich nach außen durch ein Medium ausbreitet. Verdichtungen und Verdünnungen, die sinusförmigen Druck- und Auslenkungsschwankungen und ihre Phasendifferenz von einem Viertelzyklus sowie die Wellengeschwindigkeitsbeziehung v = omega/k = lambda*f. Die Schallgeschwindigkeit: etwa 331 m/s in trockener Luft bei 0 C, 343 m/s bei 20 C, ihre Abhängigkeit von der absoluten Temperatur v = 331*sqrt(T/273 K) sowie die Formen v = sqrt(Y/rho) in einem festen Stab und v = sqrt(gamma R T/M) in einem idealen Gas. Die Schallintensität I = P/A, die Abnahme mit dem Abstandsquadrat, die Druckamplitudenbeziehung, die Hörschwelle 10^-12 W/m^2 und die Dezibel-Skala beta = 10 log10(I/I0). Stehende Schallwellen und Eigenmoden: Knoten und Bäuche, an beiden Enden offene Rohre (alle Harmonischen, lambda_1 = 2L) gegenüber an einem Ende geschlossenen Rohren (nur ungerade Harmonische, lambda_1 = 4L), Grundtöne, Obertöne und Harmonische. Quellen musikalischer Klänge und Klangfarbe, die Endkorrektur, Schwebungen und die Schwebungsfrequenz |f1 - f2|, der Doppler-Effekt für bewegte Quelle und bewegten Beobachter sowie Stoßwellen, die Mach-Zahl, der Überschallknall und der halbe Öffnungswinkel des Machkegels sin(theta) = 1/M.
- Temperatur und Wärme (Physik)Wiederholungskarten zu Temperatur, Wärme und Wärmeübertragung. Die Temperatur als das, was ein Thermometer misst, und als Maß für die mittlere translatorische kinetische Energie, das thermische Gleichgewicht und der nullte Hauptsatz der Thermodynamik. Die Celsius-, Fahrenheit- und Kelvin-Skala, ihre Fixpunkte, die Umrechnungsformeln und der absolute Nullpunkt (0 K = -273.15 C). Die Wärmeausdehnung: linear (delta L = alpha L delta T), flächenhaft (delta A = 2 alpha A delta T) und volumetrisch (delta V = beta V delta T mit beta = 3 alpha), die Wärmespannung und das Dichtemaximum des Wassers bei etwa 4 C. Die Wärme, die Kalorie und das mechanische Wärmeäquivalent (1 kcal = 4186 J), die spezifische Wärmekapazität und Q = mc delta T sowie die Kalorimetrie (Q_cold + Q_hot = 0). Die Phasenübergänge: Schmelzen, Verdampfen und Sublimation, die Druckabhängigkeit der Schmelz- und Siedepunkte, die latenten Schmelz- und Verdampfungswärmen (Wasser 334 kJ/kg und 2256 kJ/kg), die Phasendiagramme, der Tripelpunkt und der kritische Punkt. Die drei Mechanismen der Wärmeübertragung: die Wärmeleitung (P = kA(T_h - T_c)/d und der R-Wert), die Konvektion (erzwungen und natürlich) und die Wärmestrahlung über das Stefan-Boltzmann-Gesetz P = sigma A e T^4.
- Die kinetische Gastheorie (Physik)Wiederholungskarten zur kinetischen Gastheorie. Das ideale Gasgesetz in molekularer Form (pV = N k_B T) und molarer Form (pV = nRT), die Boltzmann-Konstante, die Avogadro-Zahl, die universelle Gaskonstante R = N_A k_B, Stoffmenge und molare Masse sowie die empirischen Gesetze von Boyle, Charles und Amontons. Standardtemperatur und -druck, das molare Volumen von 22,4 L und die Van-der-Waals-Gleichung für reale Gase. Das molekulare Modell: die Annahmen der kinetischen Theorie, der Druck durch Stöße an den Wänden (pV = (1/3) N m (v^2)avg), die mittlere kinetische Translationsenergie K_avg = (3/2) k_B T, die Effektivgeschwindigkeit v_rms = sqrt(3 k_B T / m) = sqrt(3 R T / M), die innere Energie eines einatomigen Gases (3/2) nRT, das Daltonsche Gesetz der Partialdrücke sowie die mittlere freie Weglänge und die mittlere freie Flugzeit. Wärmekapazität und Gleichverteilung: C_V bei konstantem Volumen, Freiheitsgrade, der Gleichverteilungssatz, C_V = (d/2) R für einatomige (3/2 R), zweiatomige (5/2 R) und mehratomige (3R) Gase, das Dulong-Petit-Gesetz für Festkörper (3R) und temperaturaktivierte Freiheitsgrade. Die Maxwell-Boltzmann-Verteilung der Molekülgeschwindigkeiten, die wahrscheinlichste, die mittlere und die Effektivgeschwindigkeit und ihre Reihenfolge (v_p < v_avg < v_rms) sowie die Verschiebung der Verteilung mit Temperatur und Molekülmasse.
- Der erste Hauptsatz der Thermodynamik (Physik)Wiederholungskarten zum ersten Hauptsatz der Thermodynamik. Thermodynamische Systeme: System, Grenze und Umgebung; offene, geschlossene und isolierte Systeme; thermisches Gleichgewicht und der nullte Hauptsatz; Zustandsgleichungen f(p, V, T) = 0 und pV - nRT = 0; extensive und intensive Variablen; und pV-Diagramme. Arbeit, Wärme und innere Energie: dW = p dV, W als Integral von p dV und Fläche unter einer pV-Kurve, das Vorzeichen der Arbeit bei Expansion und Kompression, die Wegabhängigkeit der Arbeit und die Arbeit bei isothermen (nRT ln(V2/V1)), isobaren (p(V2 - V1)) und isochoren (null) Prozessen; die innere Energie als gesamte molekulare Energie, E_int = (3/2) nRT für ein einatomiges ideales Gas, und der quasistatische Prozess. Der erste Hauptsatz selbst: Delta E_int = Q - W, die Vorzeichenkonventionen für Q und W, die differentielle Form dE_int = dQ - dW, die innere Energie als wegunabhängige Zustandsfunktion sowie die isothermen, zyklischen und isolierten Fälle. Thermodynamische Prozesse: isotherm, adiabatisch, isobar, isochor, zyklisch und nicht quasistatisch, mit Q = W für einen Kreisprozess. Wärmekapazitäten eines idealen Gases: C_V und C_p, Q = n C_V Delta T und Q = n C_p Delta T, dE_int = n C_V dT, die Mayer-Beziehung C_p = C_V + R, die ein-, zwei- und mehratomigen Werte und C_V = (d/2) R. Adiabatische Prozesse: Q = 0, Delta E_int = -W, pV^gamma = konstant, TV^(gamma-1) = konstant, der Adiabatenexponent gamma = C_p/C_V > 1, die steilere Adiabatensteigung, die freie Expansion bei konstanter Temperatur und das Motorklopfen.
- Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik (Physik)Wiederholungskarten zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Reversible und irreversible Prozesse: die Definition beider, warum nahezu alle realen Prozesse irreversibel sind, die Anforderungen der Quasistatik und Dissipationsfreiheit für Reversibilität, die freie Expansion und der spontane Wärmefluss als irreversible Prozesse, und der mikroskopische Ursprung der Irreversibilität. Wärmekraftmaschinen: der Arbeitsstoff, das heiße und das kalte Reservoir, die verschwindende Änderung der inneren Energie über einen Zyklus, die Nettoarbeit W = Q_h - Q_c, und der thermische Wirkungsgrad e = W/Q_h = 1 - Q_c/Q_h. Kältemaschinen und Wärmepumpen als umgekehrte Wärmekraftmaschinen: Q_h = Q_c + W, die Leistungszahlen K_R und K_P, und warum eine Leistungszahl größer als 1 sein kann. Formulierungen des zweiten Hauptsatzes: die Formulierungen von Kelvin und Clausius, die Unmöglichkeit einer perfekten Wärmekraftmaschine oder einer perfekten Kältemaschine, und die Äquivalenz der beiden Formulierungen. Der Carnot-Zyklus: seine vier reversiblen Schritte (zwei isotherme, zwei adiabatische), die Carnot-Maschine, Q_c/Q_h = T_c/T_h, der Wirkungsgrad e = 1 - T_c/T_h, das Carnot-Theorem, die gleiche Effizienz aller reversiblen Maschinen, und die Carnot-Leistungszahlen. Entropie: delta-S = Q/T für einen reversiblen isothermen Schritt, die Integralform, die Entropie als Zustandsfunktion, die verschwindende Nettoänderung der Entropie über einen reversiblen Zyklus, die Einheit Joule pro Kelvin, die Entropie von Phasenübergängen, und die Entropie-Aussage, dass die Gesamtentropie niemals abnimmt. Die Entropie auf mikroskopischer Ebene: die Entropie als Unordnung, der statistische zweite Hauptsatz, delta-S = nR ln(V2/V1) für eine isotherme Expansion, der dritte Hauptsatz, und die Annäherung an die perfekte Ordnung am absoluten Nullpunkt.
- Elektrische Ladungen und Felder (Physik)Wiederholungskarten zur elektrischen Ladung und zum elektrischen Feld. Die elektrische Ladung: ihre zwei Arten, gleichnamige Ladungen stoßen sich ab und ungleichnamige ziehen sich an, die Einheit Coulomb, die Elementarladung e = 1,602 x 10^-19 C, die Quantelung, die Erhaltung, und die geladenen Bestandteile des Atoms, sowie was ein Ion positiv oder negativ macht. Leiter und Isolatoren: Leitungselektronen und der freie Ladungsfluss, warum sich überschüssige Ladung auf einem Leiter verteilt, warum die Ladung auf einem Isolator ortsfest bleibt, die Polarisation, warum ein geladener Körper einen neutralen anzieht, die Aufladung durch Influenz, und die Erdung. Das Coulombsche Gesetz: F = k q1 q2 / r^2, seine Proportionalitäten, die Permittivität des Vakuums epsilon_0 = 8,85 x 10^-12, die Coulomb-Konstante k = 8,99 x 10^9, die Wirkungslinie, das dritte Newtonsche Gesetz, und die Superposition. Das elektrische Feld: E als Kraft pro positiver Ladungseinheit mit F = QE, die Einheit Newton pro Coulomb, das Feld einer Punktladung, seine Richtung, seine Unabhängigkeit von der Probeladung, und die Superposition. Kontinuierliche Ladungsverteilungen: die Linien-, Flächen- und Raumladungsdichten, das Feld durch Integration, und das homogene Feld sigma / (2 epsilon_0) einer unendlichen geladenen Ebene. Elektrische Feldlinien: die Tangente, wo sie beginnen und enden, die Liniendichte und -anzahl, warum sie sich nie kreuzen, und dass sie nur eine Veranschaulichung sind. Elektrische Dipole: die Definition, das Dipolmoment p = q d, die Einheit Coulomb-Meter, die verschwindende Gesamtkraft und das Drehmoment tau = p x E in einem homogenen Feld, die Tendenz zur Ausrichtung, und permanente gegenüber induzierten Dipolen.
- Das Gaußsche Gesetz (Physik)Wiederholungskarten zum elektrischen Fluss und zum Gaußschen Gesetz. Der elektrische Fluss: was er misst, seine Definition als das Skalarprodukt des elektrischen Feldes mit einem Flächenvektor, das Symbol Phi, die Einheit N*m^2/C, seine skalare Natur, der Flächenvektor ebener und geschlossener Flächen, die Form E*A*cos(theta) für ein homogenes Feld, wann der Fluss maximal oder null ist, die Oberflächenintegralform für ein inhomogenes Feld, die Vorzeichenkonvention austretend positiv / eintretend negativ, und warum der Nettofluss durch eine Fläche, die keine Ladung einschließt, null ist. Das Gaußsche Gesetz: die Aussage, dass der Nettofluss gleich der eingeschlossenen Ladung geteilt durch epsilon_0 ist, seine Integralform, die Bedeutung von q_enc, die Gaußsche Fläche, dass E das Gesamtfeld aller Ladungen ist, warum äußere Ladungen einen Nettofluss von null beitragen, warum der Fluss von der Form der Fläche unabhängig ist, die Äquivalenz zum Coulombschen Gesetz, das Ergebnis der Kugel um eine Punktladung, und die Rolle der Superposition. Die Anwendung des Gaußschen Gesetzes: das Erkennen der Symmetrie, die Anpassung der Gaußschen Fläche an sie, die Fälle sphärischer, zylindrischer und ebener Symmetrie, und die Feldergebnisse für eine Kugel innen und außen, eine unendliche Linie E = lambda/(2*pi*epsilon_0*r), eine unendliche Ebene E = sigma/(2*epsilon_0), parallele Platten, und eine Kugelschale. Leiter im elektrostatischen Gleichgewicht: die Definition, die Leitungselektronen, warum das Feld im Inneren null ist, warum sich überschüssige Ladung auf der Außenfläche befindet, das senkrechte Feld direkt außerhalb E = sigma/epsilon_0, die Influenz in einem Hohlraum, die Ladungskonzentration an Spitzen, und die elektrostatische Abschirmung.
- Das elektrische Potential (Physik)Wiederholungskarten zur elektrischen potentiellen Energie, zum elektrischen Potential und ihren Anwendungen. Elektrische potentielle Energie: dass die Coulomb-Kraft konservativ und wegunabhängig ist, das Symbol U und seine Einheit Joule, W = -delta U, der Nullbezug im Unendlichen, das Zwei-Ladungs-Ergebnis U = k*q*Q/r, die Coulomb-Konstante und das verschwindende Linienintegral über einen geschlossenen Weg. Elektrisches Potential und Potentialdifferenz: V = U/q, das Symbol V, die Unabhängigkeit von der Probeladung, das Volt als J/C, delta V = delta U/q, V_B - V_A, die Spannung, delta U = q*delta V, E = -delta V/delta s im homogenen Feld, 1 N/C = 1 V/m und das Elektronenvolt. Berechnung des Potentials: V = k*q/r für eine Punktladung, der Abfall mit 1/r gegenüber 1/r^2, die skalare Natur und die algebraische Überlagerung des Potentials, der elektrische Dipol und sein Moment p = q*d, die Integralform für eine kontinuierliche Verteilung und das Dipolpotential im Fernfeld. Feld aus dem Potential: E = -dV/ds, die Richtung des steilsten Abfalls, E = -grad V, die partiellen Ableitungskomponenten und die Skalar-zuerst-Methode. Äquipotentialflächen und Leiter: die Definition und die Linien, die Senkrechtstellung zu den Feldlinien, die verschwindende Arbeit entlang einer Fläche, ein Leiter als Äquipotential, die Erdung und die Ladungskonzentration bei kleinen Krümmungsradien. Anwendungen: der Van-de-Graaff-Generator, die Xerografie und der Fotoleiter, Laser- und Tintenstrahldrucker und der Elektrofilter.
- Kapazität (Physik)Wiederholungskarten zu Kondensatoren und Kapazität. Kondensatoren und Kapazität: was ein Kondensator ist und speichert, sein Aufbau aus zwei Leitern, die Definition C = Q/V, das farad und sein Name, der praktische Wertebereich, die Abhängigkeit von der Geometrie, das konstante Verhältnis Q/V, das Ergebnis für Plattenkondensatoren C = eps0*A/d, die Permittivität des Vakuums, das Feld E = sigma/eps0, sowie die Formeln für Kugel-, isolierte Kugel- und Zylinderkondensatoren. Kondensatoren in Reihen- und Parallelschaltung: die Kehrwertsummenregel bei Reihenschaltung, gleiche Ladung in Reihenschaltung, das Ergebnis kleiner als die kleinste Kapazität, die Addition der Spannungen in Reihenschaltung, die Summenregel bei Parallelschaltung, gleiche Spannung bei Parallelschaltung, das Ergebnis größer als die größte Kapazität, die Addition der Ladungen bei Parallelschaltung, und die Netzwerkreduktion. Gespeicherte Energie: die Speicherung im Feld, die drei Energieformen U = 1/2 C V^2, U = Q^2/2C, U = 1/2 Q V, das Fortbestehen der Energie nach dem Trennen, die Energiedichte u = 1/2 eps0 E^2, und der Defibrillator. Kondensator mit Dielektrikum: was ein Dielektrikum ist, die Dielektrizitätskonstante kappa, kappa = 1 im Vakuum und kappa > 1 sonst, C = kappa*C_0, der Abfall von Spannung und Energie bei konstanter Ladung an einem getrennten Kondensator, die Durchschlagfestigkeit, und der Balkensucher. Molekülmodell eines Dielektrikums: polare gegenüber unpolaren Molekülen, Ausrichtung und induzierte Dipole, induzierte Oberflächenladung, das entgegengesetzte induzierte Feld, E = E_0/kappa, und der Durchschlag.
- Stromstärke und Widerstand (Physik)Lernkarten zu elektrischem Strom, Widerstand und Supraleitern. Elektrischer Strom: Strom als Ladungsflussrate, I = dQ/dt, das Ampere und die Herkunft seines Namens, die Notwendigkeit eines geschlossenen Stromkreises, konventioneller Stromfluss, Elektronen als Ladungsträger in Metallen, Ladungsträger in ionischen Lösungen, und Driftgeschwindigkeit. Modell der Leitung in Metallen: das Elektronengas freier Elektronen, der Zickzack-Driftweg, Signalgeschwindigkeit im Vergleich zur Driftgeschwindigkeit, I = nqAv_d, Strom als skalare Größe, Stromdichte J als Vektor, J = nqv_d, E = rho J, und warum gute elektrische Leiter auch gut Wärme leiten. Resistivität und Widerstand: der spezifische Widerstand rho, sein Kehrwert die Leitfähigkeit, das Ohm-Meter, die Unterscheidung zwischen Leiter, Isolator und Halbleiter, R = V/I, R = rho L/A, das Ohm, die Temperaturabhängigkeit rho = rho_0[1 + alpha(T - T_0)], und der Temperaturkoeffizient alpha. Ohmsches Gesetz: V = IR, das Experiment von Ohm, sein empirischer Charakter, ohmsche und nichtohmsche Bauelemente, und die Diode. Elektrische Energie und Leistung: P = IV, P = I^2 R, P = V^2/R, das Watt, resistive Erwärmung, E = Pt, und die Kilowattstunde. Supraleiter: Widerstand null unterhalb einer kritischen Temperatur, Onnes' Entdeckung, Quecksilber, der Meissner-Effekt, Typ I und Typ II, YBCO, die BCS-Theorie und Cooper-Paare, Dauerströme, MRT-Magnete, SQUIDs, und der Josephson-Effekt.
- Gleichstromkreise (Physik)Wiederholungskarten zu Gleichstromkreisen. Elektromotorische Kraft: emf als Arbeit pro Ladungseinheit, das Symbol epsilon, das Volt, Energieumwandlung, Klemmenspannung, Innenwiderstand r, V_terminal = emf - I r, I = emf/(R + r), sowie ideale gegenüber realen Batterien. Widerstände in Reihen- und Parallelschaltung: derselbe Strom in Reihenschaltung, R_S als Summe, die Quellenspannung als Summe der Spannungsabfälle, dieselbe Spannung in Parallelschaltung, 1/R_P als Summe der Kehrwerte, Zweigströme, die sich zum Gesamtstrom summieren, und gemischte Schaltungen. Die Kirchhoffschen Regeln: Knotenpunkte, die Knotenregel aus der Ladungserhaltung, die Maschenregel aus der Energieerhaltung, sowie die Vorzeichenkonventionen für Widerstände und Spannungsquellen. Elektrische Messgeräte: das Amperemeter in Reihenschaltung, das Voltmeter in Parallelschaltung, das Galvanometer, dessen Umwandlung in ein Amperemeter oder Voltmeter, sowie analoge, digitale und Ohmmeter-Bauweisen. RC-Schaltungen: Laden und Entladen eines Kondensators, die Zeitkonstante tau = RC, die 63,2%- und 36,8%-Marken, sowie ein vollständig geladener Kondensator als offener Stromkreis. Hausinstallation und Sicherheit: thermische Gefahren und Stromschlaggefahr, Kurzschlüsse, P = I^2 R_w, Sicherungen und Leitungsschutzschalter, den spannungsführenden, den Neutral- und den Erdungsleiter, Erdung, sowie den Fehlerstromschutzschalter (GFCI).
- Magnetische Kräfte und Felder (Physik)Wiederholungskarten zu magnetischen Kräften und Feldern. Magnete und das Erdfeld: die zwei Pole, Anziehung und Abstoßung, das Fehlen magnetischer Monopole, die Erde als Stabmagnet, das Verhalten des Kompasses, Feldumkehrungen und die historischen Entdeckungen von Oersted, Ampere, Arago und Faraday. Das Magnetfeld: seine Definition über die Kraft auf eine bewegte Ladung, F = qv x B, F = qvB sin(theta), das Tesla und das Gauss, die Rechte-Hand-Regel und Feldlinien. Bewegung eines geladenen Teilchens: kreisförmige und helikale Bahnen, warum die magnetische Kraft keine Arbeit verrichtet, r = mv/(qB), die Periode T = 2 pi m/(qB), die Ganghöhe, magnetische Flaschen und die Van-Allen-Gürtel. Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter: RHR-2, F = IL x B, F = BIL sin(theta), und die verschwindende Nettokraft auf eine geschlossene Schleife. Kraft und Drehmoment auf eine Stromschleife: das magnetische Dipolmoment mu = NIA, tau = mu x B, tau = IAB sin(theta), die potenzielle Energie U = -mu . B, Elektromotoren und der Kommutator. Der Hall-Effekt: Halls Experiment, die Hall-Spannung, das Kräftegleichgewicht, die Driftgeschwindigkeit, Geschwindigkeitsfilter und die Identifikation der Ladungsträger. Anwendungen: das Massenspektrometer und das Zyklotron.
- Quellen von Magnetfeldern (Physik)Karteikarten zu den Quellen von Magnetfeldern. Das Biot-Savart-Gesetz: das Feld eines Stromelements, die Permeabilität des freien Raums, die Rechte-Hand-Regel für die Richtung sowie das Feld eines Kreisbogens und einer vollständigen Schleife. Das Magnetfeld eines dünnen geraden Drahtes: B = mu_0 I/(2 pi R), konzentrische kreisförmige Feldlinien und die Rechte-Hand-Regel. Die Kraft zwischen zwei parallelen Strömen: Anziehung und Abstoßung, die historische Definition des Ampere und der Pinch-Effekt. Das Magnetfeld einer Stromschleife: das magnetische Dipolmoment, das Feld auf der Achse und der Abfall des Dipols mit der inversen dritten Potenz. Das Ampere'sche Gesetz: das Linienintegral von B, der eingeschlossene Strom, die Amperesche Schleife, wann es gegenüber dem Biot-Savart-Gesetz anzuwenden ist, sowie das Feld innerhalb und außerhalb eines dicken Drahtes. Spulen und Ringspulen (Solenoide und Toroide): das gleichmäßige Innenfeld eines Solenoids, das Nullfeld außerhalb sowie das Feld eines Toroids. Magnetismus in Materie: atomare Dipolmomente, Paramagnetismus, Diamagnetismus, Ferromagnetismus, magnetische Domänen, Hysterese, Suszeptibilität und Permeabilität.
- Elektromagnetische Induktion (Physik)Karteikarten zur elektromagnetischen Induktion. Faradaysches Gesetz: magnetischer Fluss und das Weber, die induzierte emf als negative Änderungsrate des Flusses und die Form für eine Spule mit N Windungen. Lenzsche Regel: der induzierte Strom wirkt der Flussänderung entgegen, das negative Vorzeichen, die Gleichpol-Abstoßung eines sich nähernden Magneten und die energieerhaltungsbasierte Begründung. Bewegungsinduzierte emf: epsilon = Blv, der induzierte Strom und die bremsende Kraft auf einen bewegten Stab, sowie das Gleichgewicht zwischen mechanischer und elektrischer Leistung. Induzierte elektrische Felder: die Linienintegralform des Faradayschen Gesetzes, der nichtkonservative Charakter ohne zugehöriges Potential und das Feld um einen kreisförmigen Pfad. Wirbelströme: magnetische Dämpfung, geschlitzte Platten, Metalldetektoren, Wirbelstrombremsung und Induktionskochfelder. Elektrische Generatoren und Gegen-emf: die emf einer rotierenden Spule, die Spitzen-emf, die Energieumwandlung Motor versus Generator und wie die Gegen-emf den Strom eines Motors bestimmt. Anwendungen: Festplatten-Leseköpfe, Riesenmagnetowiderstand, Magnetstreifen, Grafiktabletts, Nutzbremsung (regeneratives Bremsen) und transkranielle Magnetstimulation.
- Induktivität (Physik)Merkkarten zur Induktivität. Gegeninduktivität: das Henry, die Definition M = N Phi / I, ihre Symmetrie und Geometrieabhängigkeit sowie die induzierte EMK epsilon = -M dI/dt. Selbstinduktivität: Phi = LI, die selbstinduzierte EMK -L dI/dt, ihre Polarität nach der Lenzschen Regel, die Spule als Schaltungselement und die Solenoidformel. Energie im Magnetfeld: U = (1/2) L I^2, die Energiedichte B^2/(2 mu0) und die Leistung der Spule. RL-Schaltkreise: der asymptotische Anstieg und Abfall des Stroms, die Zeitkonstante L/R, die 63%-Regel sowie die Anfangs- und stationären Bedingungen. LC-Schwingungen: omega = 1/sqrt(LC), der Austausch zwischen elektrischer und magnetischer Energie, die Lösungen für Ladung und Strom mit ihrer 90-Grad-Phasenverschiebung und die Analogie zum Masse-Feder-System. RLC-Reihenschaltungen: gedämpfte Schwingungen, die zugrunde liegende Differentialgleichung sowie die Regime der Unterdämpfung, kritischen Dämpfung und Überdämpfung.
- Wechselstromkreise (Physik)Wiederholungskarten zu Wechselstromkreisen. Wechselstromquellen: Gleichstrom versus Wechselstrom, die Formen v = V0 sin(omega t) und i = I0 sin(omega t), Spitzenwert versus Momentanwert-Schreibweise sowie US- und europäische Netzspannungswerte. Einfache Wechselstromkreise: der Widerstand in Phase, der voreilende Strom beim Kondensator und der um pi/2 nacheilende Strom bei der Spule, kapazitiver Blindwiderstand XC = 1/(omega C), induktiver Blindwiderstand XL = omega L, deren Frequenzabhängigkeit und Zeigerdiagramme (Phasoren). Reihen-RLC-Kreise: Impedanz Z = sqrt(R^2 + (XL - XC)^2), das Wechselstrom-Ohmsche Gesetz I0 = V0/Z, der Phasenwinkel und die Bauteilspannungen. Leistung: Effektivwerte von Strom und Spannung, die Formeln für die mittlere Leistung, der Leistungsfaktor cos(phi), und warum nur Widerstände Leistung dissipieren. Resonanz: XL = XC, omega0 = 1/sqrt(LC), minimale Impedanz, maximaler Strom und maximale Leistung, sowie der Gütefaktor. Transformatoren: die Windungsverhältnisse von Spannung und Strom, Auf- und Abwärtstransformation, Leistungserhaltung und Hochspannungsübertragung.
- Elektromagnetische Wellen (Physik)Wiederholungskarten zu elektromagnetischen Wellen. Maxwell-Gleichungen: der Verschiebungsstrom, der das Ampere'sche Gesetz vervollständigt, die vier Gesetze (Gauß, Gauß für Magnetismus, Faraday, Ampere-Maxwell), wie sich ändernde Felder sich gegenseitig erzeugen, die Vorhersage von Wellen mit Lichtgeschwindigkeit und Hertz' Bestätigung. Ebene Wellen: transversale Felder senkrecht zueinander und zur Ausbreitungsrichtung, E/B = c, die Wellengleichung, c = 1/sqrt(epsilon0 mu0) und die Richtung von E cross B. Energie: Energiedichte, der Poynting-Vektor, die Intensität und die Feldamplitudenbeziehung E0 = c B0. Impuls und Strahlungsdruck: p = U/c, der Druck bei Absorption versus Reflexion, Kometenschweife und Lichtsegel. Das elektromagnetische Spektrum: c = f lambda, sowie Radio-, Mikrowellen-, Infrarot-, sichtbare, ultraviolette, Röntgen- und Gammastrahlenbänder.
- Die Natur des Lichts (Physik)Wiederholungskarten zur Natur des Lichts. Die Ausbreitung des Lichts: die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, ihre Invarianz für alle Beobachter, der Brechungsindex n = c/v und das Strahlenmodell. Das Reflexionsgesetz: der Reflexionswinkel entspricht dem Einfallswinkel, spiegelnde gegenüber diffuser Reflexion, Eckreflektoren und Retroreflektoren. Brechung und das Snelliussche Brechungsgesetz: Ablenkung zum Lot hin oder von ihm weg, sowie typische Brechungsindizes für Luft, Wasser und Diamant. Totalreflexion: der Grenzwinkel theta_c = arcsin(n2/n1) und optische Fasern. Dispersion: die Aufspaltung von weißem Licht in ein Spektrum, der wellenlängenabhängige Brechungsindex, Prismen und Regenbögen. Das Huygenssche Prinzip: Elementarwellen, Wellenfronten, Brechung und Beugung. Polarisation: das Gesetz von Malus, Polarisationsfilter, der Brewster-Winkel, Doppelbrechung, optische Aktivität und Flüssigkristallanzeigen.
- Geometrische Optik und Bildentstehung (Physik)Wiederholungskarten zur geometrischen Optik und Bildentstehung. Ebene Spiegel: gleich grosse, aufrechte, virtuelle Bilder, die so weit hinter dem Spiegel liegen wie das Objekt davor, sowie die Unterscheidung zwischen reellem und virtuellem Bild. Kugelspiegel: konkave und konvexe Geometrie, Krümmungsmittelpunkt, Scheitel, optische Achse, Brennpunkt, f = R/2, die Spiegelgleichung 1/d_o + 1/d_i = 1/f, Abbildungsmassstab m = -d_i/d_o, und Vorzeichenkonventionen. Bilder durch Brechung: scheinbare Tiefe h_i = (n2/n1) h_o und die Gleichung für eine einzelne sphärische Fläche. Dünne Linsen: Sammel- und Streuverhalten, die Dünnlinsengleichung, die Linsenschleifergleichung, Strahlengänge und Bildtypen. Das Auge: Hornhaut und Linse, Akkommodation, Nah- und Fernpunkt, optische Stärke in Dioptrien, sowie Korrektur von Kurzsichtigkeit und Weitsichtigkeit. Die Kamera, die einfache Lupe und Winkelvergrösserung, sowie zusammengesetzte Mikroskope und Teleskope.
- Interferenz (Physik)Karteikarten zur Wellen-Interferenz des Lichts. Youngs Doppelspaltexperiment: Kohärenz versus Inkohärenz, konstruktive und destruktive Interferenz, Interferenzstreifen und die historischen Belege für die Wellennatur des Lichts. Die Mathematik der Interferenz: Gangunterschied delta-l = d sin(theta), helle Streifen bei d sin(theta) = m*lambda, dunkle Streifen bei d sin(theta) = (m + 1/2)*lambda, Ordnung m, und die Streifenposition y_m = m*lambda*D/d. Mehrfachspalt-Interferenz: Hauptmaxima, die N minus 2 Nebenmaxima, die Nebenmaximum-Amplitude 1/N und die Intensität 1/N^2, sowie das Beugungsgitter. Interferenz an dünnen Schichten: der 180-degree Phasensprung bei Reflexion an einem optisch dichteren Medium, die Wellenlänge im Film lambda_n = lambda/n, sowie die Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenz am Seifenfilm. Das Michelson-Interferometer: der Strahlteiler, die Streifenverschiebungsbeziehung 2*delta-d = m*lambda_0, die Kompensationsplatte und ihre Anwendung in der Präzisionsmessung.
- Beugung (Physik)Wiederholungskarten zur Beugung des Lichts. Einzelspaltbeugung: das helle zentrale Maximum und die schwächeren sekundären Maxima, die Bedingung für dunkle Streifen a sin(theta) = m*lambda, und warum ein schmalerer Spalt das Muster stärker aufweitet. Intensität bei der Einzelspaltbeugung: die Phasor-Herleitung, I = I0 (sin(beta)/beta)^2 mit beta = (pi a sin(theta))/lambda, sowie die schwachen sekundären Maxima bei 0.045 und 0.016. Doppelspaltbeugung als Interferenzmuster unter einer Einzelspalt-Einhüllenden, und fehlende Ordnungen. Beugungsgitter: d sin(theta) = m*lambda, scharfe Hauptmaxima, und Spektroskopie. Kreisrunde Aperturen und Auflösungsvermögen: das Rayleigh-Kriterium theta = 1.22 lambda/D, das Auflösungsvermögen des Mikroskops x = 0.61 lambda/NA, und die Beugungsgrenze. Röntgenbeugung und das Bragg-Gesetz m*lambda = 2d sin(theta). Holografie: Aufzeichnung von Amplitude und Phase durch die Interferenz von Laserlicht.
- Relativität (Physik)Karteikarten zur speziellen Relativitätstheorie. Einsteins zwei Postulate: Die Gesetze der Physik sind in allen Inertialsystemen gleich, und Licht breitet sich in allen Inertialsystemen mit derselben Geschwindigkeit c aus, unabhängig von der Bewegung der Quelle oder des Beobachters. Relativität der Gleichzeitigkeit. Zeitdilatation Delta t = gamma * Delta tau, Eigenzeit und der Lorentz-Faktor gamma = 1/sqrt(1 - v^2/c^2). Das Zwillingsparadoxon. Längenkontraktion L = L0*sqrt(1 - v^2/c^2) entlang der Bewegungsrichtung. Die Lorentz-Transformation, das invariante Raumzeitintervall und Lichtkegel. Relativistische Geschwindigkeitsaddition. Der relativistische Dopplereffekt, Rotverschiebung und Blauverschiebung. Relativistischer Impuls p = gamma*m*u. Relativistische Energie E = gamma*m*c^2, Ruheenergie E0 = m*c^2, kinetische Energie K = (gamma - 1)*m*c^2, die Energie-Impuls-Beziehung E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2, und die Äquivalenz von Masse und Energie.
- Photonen und Materiewellen (Physik)Wiederholungskarten zur Geburt der Quantenphysik. Die Schwarzkörperstrahlung, das Stefan-Boltzmann-Gesetz P = sigma*A*T^4, das Wiensche Verschiebungsgesetz, die Ultraviolettkatastrophe und die Planck'sche Quantisierung E_n = n*h*f. Der photoelektrische Effekt und Einsteins Photonenerklärung, die photoelektrische Gleichung K_max = h*f - phi, die Austrittsarbeit und die Grenzfrequenz. Der Compton-Effekt und der Photonenimpuls p = h/lambda. Bohrs Modell des Wasserstoffatoms, die Rydberg-Formel, der quantisierte Drehimpuls, der Bohr-Radius und die Energieniveaus E_n = -13.6 eV/n^2. De Broglies Materiewellen lambda = h/p und das Davisson-Germer-Experiment. Der Welle-Teilchen-Dualismus und die Heisenberg'sche Unschärferelation Delta x * Delta p >= h-bar/2.
- Quantenmechanik (Physik)Wiederholungskarten zur nichtrelativistischen Quantenmechanik. Die Wellenfunktion und die Born'sche Interpretation |Psi|^2 als Wahrscheinlichkeitsdichte, Normierung, Erwartungswerte sowie die Orts- und Impulsoperatoren. Die Heisenberg'sche Unschärferelation in ihrer Orts-Impuls- und Energie-Zeit-Form. Die zeitabhängige und zeitunabhängige Schrödinger-Gleichung, stationäre Zustände und die Methode der Separation der Variablen. Das quantenmechanische Teilchen im Kasten mit quantisierten Energien E_n = n^2 pi^2 h-bar^2/(2mL^2) und Nullpunktsenergie. Der quantenmechanische harmonische Oszillator mit gleichmäßig verteilten Energieniveaus E_n = (n + 1/2) h-bar omega. Quantentunneln durch Potentialbarrieren, die Transmissionswahrscheinlichkeit und Anwendungen vom Alphazerfall bis zum Rastertunnelmikroskop.
- Atomstruktur (Physik)Wiederholungskarten zur Quantenstruktur der Atome. Das Wasserstoffatom und seine drei Quantenzahlen n, l, and m, die quantisierte Energie E_n = -13.6 eV/n^2, der Bahndrehimpuls L = sqrt(l(l+1)) h-bar, die Richtungsquantelung und die spektroskopische Notation s, p, d, f. Das magnetische Bahnmoment, das Bohrsche Magneton und der Zeeman-Effekt. Der Elektronenspin mit s = 1/2, das Stern-Gerlach-Experiment, das Pauli-Prinzip und der Aufbau des Periodensystems. Atomspektren und Auswahlregeln, charakteristische Röntgenstrahlung und das Moseleysche Gesetz, Bremsstrahlung sowie die Physik der Laser einschließlich stimulierter Emission, Besetzungsinversion und Verstärkungsmedien.
- Physik der kondensierten Materie (Physik)Lernkarten zur Physik der kondensierten Materie. Molekulare Bindung durch ionische, kovalente und van-der-Waals-Kräfte, die Energetik der Bildung von NaCl und H2 sowie molekulare Rotations- und Schwingungsspektren. Bindung in kristallinen Festkörpern, die Madelung-Konstante und die Dissoziationsenergie. Das Modell freier Elektronen in Metallen, die Fermi-Energie, der Fermi-Faktor und die Zustandsdichte. Bändertheorie, Valenz- und Leitungsband sowie die Energielücken, die Leiter, Isolatoren und Halbleiter unterscheiden. Dotierung, n-Typ- und p-Typ-Material, Löcher, der p-n-Übergang, Dioden und Transistoren. Supraleitung, der Meissner-Effekt, kritische Felder, Cooper-Paare und die BCS-Theorie sowie Hochtemperatur-Supraleiter.
- Kernphysik (Physik)Merkkarten zur Kernphysik. Eigenschaften von Atomkernen: Protonen, Neutronen, Nukleonen, Massenzahl und Ordnungszahl, Isotope, die atomare Masseneinheit, Kernradius und Kerndichte sowie die starke Kernkraft. Kernbindungsenergie, der Massendefekt, die Bindungsenergie pro Nukleon und die Stabilität von Eisen-56. Radioaktiver Zerfall, das Zerfallsgesetz und die Zerfallskonstante, die Halbwertszeit, die Aktivität, das Becquerel und das Curie sowie die Radiokohlenstoffdatierung mit Kohlenstoff-14. Alpha-, Beta- und Gammazerfall mit ihren Änderungen von Z und A sowie ihrem Durchdringungsvermögen. Kernspaltung, Kettenreaktionen, kritische Masse und das Tröpfchenmodell. Kernfusion, die Proton-Proton-Kette in der Sonne und die Deuterium-Tritium-Reaktion. Medizinische Anwendungen und biologische Wirkungen: Technetium-99m, PET-Bildgebung, das Gray, das Rad, die relative biologische Wirksamkeit und das Sievert.
- Teilchenphysik und Kosmologie (Physik)Wiederholungskarten zur Teilchenphysik und Kosmologie. Die vier fundamentalen Wechselwirkungen, ihre Reichweiten und relativen Stärken. Fermionen und Bosonen; die sechs Quarks und ihre gebrochenen Ladungen; Hadronen, Mesonen und Baryonen; die sechs Leptonen; Kraftträger (Photon, Gluonen, W- und Z-Bosonen, Graviton) und das Higgs-Boson; Antiteilchen und Annihilation. Erhaltungssätze: Baryonenzahl, die drei Leptonenzahlen, Seltsamkeit und Neutrinooszillationen. Quarks: Spin, Farbladung, Confinement, Gluonen und die Belege aus der tief inelastischen Streuung. Teilchenbeschleuniger (Van de Graaff, Linearbeschleuniger, Zyklotron, Synchrotron, kollidierende Strahlen, der LHC) und Detektoren. Das Standardmodell: elektroschwache Theorie, Quantenelektrodynamik, Quantenchromodynamik, Feynman-Diagramme, virtuelle Teilchen und Theorien der großen Vereinheitlichung. Kosmologie: Hubble-Gesetz, die Hubble-Konstante, der Urknall als expandierender Raum, kosmologische Rotverschiebung, das Alter des Universums, die Epochen des frühen Universums, die primordiale Nukleosynthese, die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung sowie dunkle Energie und dunkle Materie.