„Benutzer:Scorpion2211/Formelsammlung“ – Versionsunterschied
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'''Physikformelsammlung des [[Physik]]-LK [[2004]]/[[2005]] an der [[Gutenberg]]schule [[Wiesbaden]]''' |
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'''H I N W E I S:''' Bitte nichts ändern! Fehlermeldungen und Änderungsvorschläge bitte auf der [[Benutzer_Diskussion:Scorpion2211/Formelsammlung|Disskussionsseite]]!! Danke! --[[Benutzer:Scorpion2211|Philipp Schneider]] 12:10, 19. Jan 2005 (CET) |
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==Grundformeln Elektrizität== |
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====[[Elektrischer Strom]]==== |
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<math>I = {Q \over t} \qquad \left[ A = {Coul \over sec} \right] \qquad Strom = {Ladung \over Zeit}</math> |
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<br /> <br /> <br /> |
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====[[Elektrische Spannung]]==== |
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==Mechanik== |
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<math>U = {W \over Q} \qquad \left[ V = {J \over coul} \right] \qquad Spannung = {Arbeit \over Ladung}</math> |
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===Gleichförmige Bewegung=== |
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<math>s = v \cdot t \qquad \left[\, s \,\right] = m = {m \over s} \cdot s \qquad Strecke = Geschwindigkeit \cdot Zeit</math><br /> |
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<math>v = const. \qquad Geschwindigkeit</math><br /> |
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<math>F = 0 \qquad Krafteinwirkung \ auf \ die \ Masse</math><br /> |
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<math>a = 0 \qquad Beschleunigung</math> |
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===Gleichmäßig beschleunigte Bewegung=== |
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====[[Elektrischer Widerstand]]==== |
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<math> |
<math>s = {1 \over 2} \cdot a \cdot t^2 \qquad \left[\, s \,\right] = m = {m \over s^2} \cdot s^2 \qquad Strecke = {1 \over 2} \cdot Beschleunigung \cdot Zeit^2</math><br /> |
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<math>v = a \cdot t \qquad \left[\, v \,\right] = {m \over s} = {m \over s^2} \cdot s \qquad Geschwindigkeit = Beschleungfigung \cdot Zeit</math><br /> |
|||
<math>F = m \cdot a \qquad \left[\, F \,\right] = N = kg \cdot {m \over s^2} \qquad Kraft = Masse \cdot Beschleunigung</math><br /> |
|||
<math>a = const.</math><br /> |
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<math>v = \dot s</math><br /> |
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<math>a = \dot v = \ddot s</math><br /> |
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===Energetik=== |
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====[[Leistung (Physik)|Leistung]]==== |
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====Potentielle Energie==== |
|||
<math>P = U \cdot I \qquad \left[ W = V \cdot A = {J \over s} = {N \cdot m \over s} \right] \qquad Leistung = Spannung \cdot Strom</math> |
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<math>E_{Pot} = m \cdot g \cdot h \quad \left[\, E_{Pot} \,\right] = J = kg \cdot {m \over s^2} \cdot m \quad Energie = Masse \cdot Erdbeschl. \cdot Hoehe</math> |
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==== |
====Kinetische Energie==== |
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<math>E_{Kin} = {1 \over 2} \cdot m \cdot v^2 \quad \left[\, E_{Kin} \,\right] = J = kg \cdot \left({m \over s}\right)^2 \quad Energie = {1 \over 2} \cdot Masse \cdot Geschw.^2</math> |
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====Spannenergie==== |
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<math>E_{Spann} = {1 \over 2} \cdot D \cdot s^2 \quad \left[\, E_{Spann} \,\right] = J = {N \over m} \cdot m^2 \quad En. = {1 \over 2} \cdot Federkonst. \cdot Strecke^2</math><br /> |
|||
<math>D = {F \over s} \quad \left[\, D \,\right] = {N \over m} = {{kg \cdot m \over sec^2} \over m} \quad Federkonstante = {Kraft \over Srecke}</math> |
|||
===Impuls=== |
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<math>\overrightarrow{p} = m \cdot \overrightarrow{v} \qquad \left[\, p \,\right] = kg \cdot {m \over s} \qquad Impuls = Masse \cdot Geschwindigkeit</math><br /> |
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''Es gilt die Impulserhaltung! Ohne Reibung bleibt der Impuls vollständig erhalten!'' |
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===Kreisbewegungen=== |
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====Zentrifugal-/Zentralkraft==== |
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<math>F_Z = m \cdot r \cdot \omega^2 = {m \cdot v^2 \over r} \quad \left[\, F_Z \,\right] = N = {kg \cdot \left({m \over s}\right)^2 \over m} \quad Kraft = {Masse \cdot Geschw.^2 \over Radius}</math><br /> |
|||
<math>\omega = 2 \pi \cdot f = {2 \pi \over T} \quad \left[\, \omega \,\right] = {1 \over s} \quad Winkelgeschw. = 2 \pi \cdot Uml.Frequenz = {2 \pi \over Umlaufzeit}</math> |
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====Drehimpuls==== |
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<math>L = r \cdot p_{\bot} \qquad \left[\, L \,\right] = m \cdot {kg \cdot m \over sec} = J \cdot sec \qquad Drehimpuls = Radius \cdot Senkr.Impuls</math><br /> |
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<math>L = r \cdot m \cdot v \qquad \left[\, L \,\right] = m \cdot kg \cdot {m \over sec} = Nm \cdot sec = J \cdot sec</math><br /> |
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<math>Drehimpuls = Radius \cdot Masse \cdot Geschwindigkeit</math> |
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==Elektrizität== |
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===[[Elektrischer Strom]]=== |
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<math>I_{=} = {Q \over t} \qquad \left[\, I_{=} \,\right] = {Coul \over sec} \qquad Strom = {Ladung \over Zeit}</math><br /> |
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<math>I_{\approx} = \dot Q = {dq \over dt} \qquad \left[\, I_{\approx} \,\right] = {Coul \over sec} \qquad Strom = {Ladungsdiff. \over Zeitdiff.}</math> |
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===[[Elektrische Spannung]]=== |
|||
<math>U = {W \over q} \qquad \left[\, U \,\right] = V = {J \over Coul} = {N \cdot m \over Coul} \qquad Spannung = {Arbeit \over Ladung}</math> |
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===[[Elektrischer Widerstand]]=== |
|||
<math>R = {U \over I} \qquad \left[\, R \,\right] = \Omega = {V \over A} \qquad Widerstand = {Spannung \over Strom}</math> |
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====[[Reihenschaltung]]==== |
|||
<math>R_{Ges} = R_1 + R_2 + ... + R_n = \sum_{n=1}^n R_n</math><br /> |
|||
<math>U_{Ges} = U_1 + U_2 + ... + U_n</math><br /> |
|||
<math>I_{Ges} = I_1 = I_2 = ... = I_n</math> |
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====[[Parallelschaltung]]==== |
|||
<math>{1 \over R_{Ges}} = {1 \over R_1} + {1 \over R_2} + ... + {1 \over R_n} = \sum_{n=1}^n {1 \over R_n}</math><br /> |
|||
<math>U_{Ges} = U_1 = U_2 = ... = U_n</math><br /> |
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<math>I_{Ges} = I_1 + I_2 + ... + I_n \quad mit \quad {I_1 \over I_2} = {R_2 \over R_1}</math> |
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===[[Leistung (Physik)|Leistung]]=== |
|||
<math>P = U \cdot I \qquad \left[\, P \,\right] = W = V \cdot A = {J \over s} = {N \cdot m \over s} \qquad Leistung = Spannung \cdot Strom</math> |
|||
===[[Arbeit (Physik)|Arbeit]]=== |
|||
<math>\begin{matrix} |
<math>\begin{matrix} |
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W &=& |
W &=& P \cdot t && [\,W\,] = J = Watt \cdot sec && Arbeit &=& Leistung \cdot Zeit \\ \ &=& U \cdot I \cdot t && [\,W\,] = J = V \cdot A \cdot sec\ && \ &=& Strom \cdot Spannung \cdot Zeit\end{matrix}</math> |
||
===[[Elektrostatik#Das_elektrische_Feld|Elektrisches Feld]]=== |
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<math>E = {F_e \over Q |
<math>\overrightarrow{E} = {\overrightarrow{F_e} \over Q} \qquad \left[\, \overrightarrow{E} \,\right] = \,{N \over Coul} \qquad Elektr. Feld = {Kraft \over Ladung}</math> |
||
====Coulombkraft (radiales elektr. Feld)==== |
|||
<math>F_{Coul} = {1 \over 4 \pi \epsilon_0 \epsilon_r} \cdot {Q\!\cdot\!q \over r^2} \quad \left[\, F_{Coul} \,\right] = N = {1 \over {Far \over m}} \cdot {Coul \cdot Coul \over m^2} \quad Kraft = const. \cdot {Lad_1 \cdot Lad_2 \over Abstand^2.}</math> |
|||
====E-Feld in Plattenkondensator==== |
|||
<math>E = {U \over d} \qquad \left[\, E \,\right] = {N \over coul} = {V \over m} \qquad Elektr. Feld = {Spannung \over Plattenabst.}</math> |
|||
====Elektrische Feldkraft im Plattenkondensator==== |
|||
<math>F_{Feld} = q \cdot \overrightarrow{E} = q \cdot {U \over d} \quad \left[ F_{Feld} \right] = N = Coul \cdot {N \over Coul} = Coul \cdot {V \over m} \quad Kraft = Ladung \cdot {Spannung \over Plattenabst.}</math> |
|||
===Kondensator=== |
===Kondensator=== |
||
==== |
====Flächenladungsdichte==== |
||
<math>\sigma = {Q \over A} \qquad \left[ \sigma = { |
<math>\sigma = {Q \over A} \qquad \left[\, \sigma \,\right]= {Coul \over m^2} \qquad Sigma = {Ladung \over Flaeche}</math> |
||
====Kapazität==== |
====Kapazität==== |
||
<math>C = |
<math>C = {Q \over U} \qquad \left[\, C \,\right] = Far = {Coul \over V} \qquad Kapazitaet = {Ladung \over Spannung}</math> |
||
=====Plattenkondensator===== |
|||
<math>C = \epsilon_r \cdot \epsilon_0 \cdot {A \over d} \qquad \left[\, C \,\right] = Far = 1 \cdot {Asec \over Vm} \cdot {m^2 \over m} \qquad |
|||
Kapazitaet = \epsilon_r \cdot \epsilon_0 \cdot {Flaeche \over Abstand}</math> |
Kapazitaet = \epsilon_r \cdot \epsilon_0 \cdot {Flaeche \over Abstand}</math> |
||
====Entladung==== |
|||
<math>U(t) = U_0 \cdot e^{-a \cdot t}</math><br />a muss kondensatorspezifisch berechnet werden: <math>a = {\ln k \over \Delta t} \qquad k = {U_1 \over U_0} = {U_2 \over U_1} = ...</math> U<sub>n</sub> sind Werte zu verschiedenen Zeiten, die alle den selben Zeitabstand voneinander haben müssen |
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====Energie==== |
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<math>E_{Kon} = {1 \over 2} \cdot C \cdot U^2 \quad \left[\, E_{Kon} \,\right] = J = Far \cdot V^2 \quad Energie = {1 \over 2} \cdot Kapazitaet \cdot Spannung^2</math> |
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====Parallelschaltung==== |
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<math>C_{ges} = C_1 + C_2 + ... + C_n = \sum_{n=1}^n C_n</math> |
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====Reihenschaltung==== |
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<math>{1 \over C_{ges}} = {1 \over C_1} + {1 \over C_2} + ... + {1 \over C_n} = \sum_{n=1}^n {1 \over C_n}</math> |
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===Induktion=== |
|||
<math>U_{Ind} = -n \cdot \dot \Phi \qquad \left[\, U_{Ind} \,\right] = V \qquad Indunktion = - Windugszahl \cdot \dot \Phi</math><br /> |
|||
<math>\Phi = A \cdot B \qquad \left[\, \Phi \,\right] = m^2 \cdot T \qquad Spulenquerschnittsflaeche \cdot Magnetfeld</math><br /> |
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<math>\dot \Phi = \dot A \cdot B + A \cdot \dot B \qquad \qquad \qquad \left[\, \dot \Phi \,\right] = {m^2 \cdot T \over sec}</math> |
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====Selbstinduktion==== |
|||
<math>U_{Ind_{Selbst}} = - L \cdot \dot I \quad \left[\, U \,\right] = V = Henry \cdot {A \over sec} \quad Sp. = - Indukt. \cdot Stromaenderung</math> |
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=====Induktivität===== |
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<math>L = \frac{\mu_0 \cdot \mu_r \cdot A \cdot n^2}{l} \qquad \left[\, L \,\right] = Henry = {V \cdot sec \over A}</math><br />A=Spulenquerschnitt in m<sup>2</sup>, l=Laenge der Spule in m, n=Windungszahl |
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===Spule=== |
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====Magn. Flussdichte einer Spule==== |
|||
<math>B_{Spule} = \mu_0 \cdot \mu_r \cdot {n \cdot I \over l} \qquad \left[\, B_{Sp} \,\right] = T = {N \over Am} \qquad Flussd. = \mu_0 \cdot \mu_r \cdot {Wind.zahl \cdot Strom \over Spulenlaenge}</math> |
|||
====Energie==== |
|||
<math>E_{Spule} = {1 \over 2} \cdot L \cdot I^2 \qquad \left[\, E_{Spule} \,\right] = J = Henry \cdot A^2 \qquad Energie = {1 \over 2} \cdot SelbstInd. \cdot Strom^2</math><br /> |
|||
===Mangn. Fluss=== |
|||
<math>\overrightarrow{B} = {\overrightarrow{F_m} \over I \cdot \overrightarrow{l_{\bot}}} \qquad \left[\, B \,\right] = T = {N \over A \cdot m} \qquad Flussdichte = {Magn. Kraft \over Strom \cdot Laenge}</math><br /> |
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<math>\overrightarrow{F_m} = \overrightarrow{B} \cdot I \cdot \overrightarrow{l_{\bot}}</math> |
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===[[Lorentzkraft]]=== |
|||
<math>F_L = Q \cdot v \cdot B_{\bot} \quad \left[\, F_L \,\right] = N = coul \cdot {m \over sec} \cdot T \quad Kraft = Lad. \cdot Geschw. \cdot Senkr. M\!-\!Feld</math> |
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===Hallspannung=== |
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<math>U_H = d \cdot v \cdot B_{\bot} \quad \left[\, U_H \,\right] = V = m \cdot {m \over sec} \cdot T \quad Sp. = Plaettch.breite \cdot Geschw. \cdot Senkr. M\!-\!Feld</math> |
|||
===Spannungserzeugung in Generator=== |
|||
<math>\operatorname{U}(t) = \hat U \cdot \sin (\omega \cdot t) \qquad \qquad sinusfoermige \ Spannung</math><br /> |
|||
<math>\hat U = n \cdot B \cdot A \cdot \omega \qquad \left[\, U \,\right] = V = 1 \cdot T \cdot m^2 \cdot {1 \over sec}</math><br /><math>Windungszahl \cdot B\!-\!Feld \cdot Spulenquerschnittsflaeche \cdot Winkelgeschwindigkeit</math> |
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===Effektivwerte=== |
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'''Gilt nur für <u>sinusförmige</u> Wechselspannung!'''<br /> |
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<math>U_{eff} = {\hat U \over \sqrt{2}} \qquad \qquad \qquad I_{eff} = {\hat I \over \sqrt{2}}</math> |
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===Blindwiderstände=== |
|||
<math>Z = {U_{eff} \over I_{eff}}</math> |
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====Kondensator==== |
|||
<math>R_C = {1 \over \omega \cdot C} \qquad \left[\, R_C \,\right] = \Omega \qquad Widerstand = \omega \cdot {1 \over Winkelgeschw. \cdot Kapazitaet}</math><br /> |
|||
Am Kondensator eilt der Strom um 90° der Spannung vorraus. |
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====Spule==== |
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<math>R_L = \omega \cdot L \qquad \left[\, R_L \,\right] = \Omega \qquad Widerstand = Winkelgeschw. \cdot Selbstind.</math><br /> |
|||
An der Spule eilt die Spannung um 90° dem Strom voraus.<br /> |
|||
<math>\omega = 2 \pi \cdot f = {2 \pi \over T} \qquad \left[\, \omega \,\right] = {1 \over s} \qquad Winkelgeschw. = 2 \pi \cdot Uml.Frequenz = {2 \pi \over Umlaufzeit}</math> |
|||
====Siebkette==== |
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Reihenschaltung aus ohmischem Wiederstand R, induktivem Blindwiederstand <math>\omega L</math> und kapazitivem Wiederstand <math>{1 \over \omega C}</math> liege Sinusförmige Wechselspannung der Kreisfrequenz <math>\omega</math>. Der Scheinwiederstand ist:<br /> |
|||
<math>Z = \sqrt{R^2 + \left(\, \omega \cdot L - {1 \over \omega \cdot C} \,\right)^2}</math><br /><br /> |
|||
<math>I_{eff} = {U_{eff} \over \sqrt{R^2 + \left(\, \omega \cdot L - {1 \over \omega \cdot C} \,\right)^2}}</math><br /> |
|||
Der daraus resultierende Blindwiderstand ist:<br /> |
|||
<math>X = \omega \cdot L - {1 \over \omega \cdot C}</math><br /> |
|||
Der sinusförmige Strom <math>\operatorname{I}\,(t) = \hat I \cdot \sin\, (\omega t - \alpha)</math> hinkt der angelegten Sinusspannung <math>\operatorname{U}\,(t) = \hat U \cdot \sin\, (\omega t)</math> um den konstanten Phasenwinkel <math>\alpha</math> nach. Für ihn gilt:<br /> |
|||
<math>\tan \alpha = {X \over R} = { \omega \cdot L - {1 \over \omega \cdot C} \over R}</math><br /> |
|||
Wenn <math>\alpha > 0</math> ist, hinkt der Strom <math>\operatorname{I}(t)</math> der Spannung <math>\operatorname{U}(t)</math> nach; für <math>\alpha < 0</math> eilt er ihr vor. |
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===Wirkleistung=== |
|||
<math>P_{wirk} = U_{eff} \cdot I_{eff} \cdot \cos (\alpha) \qquad \left[\, P_{wirk} \,\right] = V \cdot A = {J \over s}</math><br /><math>Wirkleistung = Eff.Spannung \cdot Eff.Strom \cdot \cos(Phasenwinkel)</math> |
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== Schwingungen und Wellen == |
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===Bedingung für Harmonische Schwingung=== |
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<math>F_{Rueck} \sim -s</math> Die Rueckstellkraft ist proportional zum negativen Wert der Strecke |
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===Federpendel=== |
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====Rückstellkraft==== |
|||
<math>F_{Rueck} = - D \cdot s \qquad \left[\, F_{Rueck} \,\right] = N = {N \over m} \cdot m \qquad Kraft = - Federkonstante \cdot Strecke</math> |
|||
====Beziehungen==== |
|||
<math>T = 2 \cdot \pi \cdot \sqrt{{l \over g}} \qquad Schw.Dauer = 2 \cdot \pi \cdot \sqrt{{Laenge \over Erdanziehungskonstante}}</math> |
|||
===Feder=== |
|||
====Beziehungen==== |
|||
<math>T = 2 \cdot \pi \cdot \sqrt{{m \over D}} \qquad Schw.Dauer = 2 \cdot \pi \cdot \sqrt{{Masse \over Federkonstante}}</math><br /> |
|||
===U-Rohr=== |
|||
====Beziehungen==== |
|||
<math>T = 2 \cdot \pi \cdot \sqrt{{l \over 2 \cdot g}} \qquad Schw.Dauer = 2 \cdot \pi \cdot \sqrt{{Laenge\ d. Wassersaeule \over 2 \cdot Gravitationskonstante}}</math><br /> |
|||
===Gedämpfte Schwingung=== |
|||
<math>\operatorname{s}\,(t) = S_0 \cdot e^{a \cdot t} \cdot \cos\, (\omega \cdot t)</math> |
|||
===Geschwindigkeit bei Wellen=== |
|||
<math>c = \lambda \cdot f \qquad \left[\, c \,\right] = {m \over sec} = m \cdot {1 \over sec} \qquad Geschw. = Wellenl. \cdot Frequenz</math> |
|||
===Wellengleichungen=== |
|||
====Hinlaufende Welle==== |
|||
<math>\operatorname{s_{hin}}\,(t,\, x) = \hat s \cdot \sin\, \left[\,2 \cdot \pi \cdot \left(\, {t \over T} - {x \over \lambda} \,\right) \,\right]</math> |
|||
====Rücklaufende Welle (loses Ende)==== |
|||
<math>\operatorname{s_{rueck_{lose}}}\,(t,\, x) = \mathbf{+} \hat s \cdot \sin\, \left[\,2 \cdot \pi \cdot \left(\, {t \over T} \mathbf{+} {x \over \lambda} \,\right) \,\right]</math> |
|||
====Rücklaufende Welle (festes Ende)==== |
|||
<math>\operatorname{s_{rueck_{fest}}}\,(t,\, x) = \mathit{\mathbf{-}} \hat s \cdot \sin\, \left[\,2 \cdot \pi \cdot \left(\, {t \over T} \mathbf{+} {x \over \lambda} \,\right) \,\right]</math> |
|||
====Stehende Welle (loses Ende)==== |
|||
<math>\operatorname{s}\,(t,\, x) = \operatorname{s_{hin}}\,(t,\, x) + \operatorname{s_{rueck_{lose}}}\,(t,\, x)</math> |
|||
===Zeigerdiagramm bei Mehrfachspalten=== |
|||
Intensität = (Amplitude)<sup>2</sup> |
|||
===Mehrfachspalt=== |
|||
[[Bild:Phlk05wi-mehrfachspalt.jpg|350px]]<br /> |
|||
<math>\sin\,(\alpha) = {g \over a} \qquad \sin(Beobachtungswinkel) = {Gangunterschied \over Spaltabstand}</math><br /> |
|||
Wenn Gangunterschied = <math>\lambda</math> dann Maximum,<br /> |
|||
wenn Gangunterschied = <math>{\lambda \over 2}</math> dann Minimum. |
|||
===Brechungsgesetz=== |
|||
<math>n = {\sin\,(\alpha) \over \sin\, (\beta)}</math> mit <math>\alpha</math> in Luft, <math>\beta</math> in Material<br /> |
|||
<math>{\sin(\alpha) \over \sin(\beta)} = {c_1 \over c_2} = {n_2 \over n_1}</math> mit c_x = Geschwindigkeit der Welle im jeweiligen Material und n_x = Brechzahl |
|||
== Schwingungen und Wellen II == |
|||
===Bragg-Bedingung=== |
|||
<math>\mathrm{2} d \cdot \sin \phi \mathrm{\ =\ } \lambda {,}\ \mathrm{2} \lambda {,}\ \mathrm{3} \lambda {,}\ \mathrm{...} \qquad d \ \mathrm{=} \ \mathrm{Abstand\ zw.\ den\ Gitterebenen}</math> |
|||
===Foto-Effekt=== |
|||
<math>W_{phot} = h \cdot f \qquad \left[\, W_{Phot} \,\right] = J = J \cdot s \cdot Hz = J \cdot s \cdot {1 \over s}</math><br /> |
|||
<math>\mathrm{Energie = \ Planck'sche\,Konst.\ \cdot \ Frequenz}</math> |
|||
===Röntgen-Spektrum=== |
|||
<math>W_{e^-} = W_{phot} = e \cdot U = h \cdot f_{max} \quad \left[\, W_{e^-} \,\right] = J = coul \cdot V = h \cdot Hz</math><br /><math>Energie = Ladung \cdot Spannung = Planck'sche\,Konstante \cdot Frequenz</math> |
|||
==Atom- und Quantenphysik== |
|||
===Bohr'sches Atommodell=== |
|||
====Bohr'sche Postulate==== |
|||
# ''Ein atomares System hat stationäre (nichtstrahlende) Zustände mit bestimmten diskreten Energiewerten.'' Elektronen können sich nur auf bestimmten (diskreten) [[Kreisbahn]]en um den [[Atomkern]] bewegen. Diese Kreisbahnen sind stabil, die Elektronen strahlen dabei keine Energie ab. |
|||
# ''Ein atomares System kann seine Energie nur ändern, indem es von einem stationären Zustand in einen anderen stationären Zustand übergeht. Wenn mit dem Übergang Emission oder Absorption von Strahlung verknüpft ist, so ist deren Frequenz mit der Energieänderung durch die Frequenzbedingung verbunden.'' Wobei ''Frequenzbedingung'' bedeutet, dass der Übergang von einer auf die nächste Bahn sprunghaft erfolgt. Jeder Quantensprung ist mit der Aufnahme oder Abgabe von [[Energie]] verbunden, die '''genau''' der Differenz der Energieniveaus entspricht. |
|||
# Die Elektronen können nur diskrete Bahnen annehmen. Der Drehimpuls dieser Bahnen entspricht sets einem ganzzahligen Vielfachen von <math>\hbar</math> <math>\left(\,\hbar = {h \over 2\pi}\,\right)</math><br /> |
|||
Daraus folgt:<br /> |
|||
<math>\mathrm{L = } n \cdot \hbar \qquad \left[\, L \,\right] = 1 \cdot J \cdot sec</math> mit: <math>n \in\mathbb{N} \qquad \hbar \mathrm{=} {h \over 2 \pi}</math><br /> |
|||
Der Drehimpuls der ersten Bahn entspricht also <math>\hbar</math>, der der zweiten <math>2 \cdot \hbar</math>, etc. |
|||
====Radius der n-ten Bahn==== |
|||
<math>r_n = {h^2 \cdot \epsilon_0 \over m_e \cdot e^2 \cdot \pi} \cdot n^2 \qquad \left[\, r_n \,\right] = m = {(J \cdot sec)^2 \cdot {Asec \over Vm} \over kg \cdot coul^2 \cdot 1} \cdot 1^2</math><br /><math>Radius = {(Planck'sche Konst.)^2 \cdot \epsilon_0 \over Elektronenmasse \cdot Elementarladung^2 \cdot Pi} \cdot BahnZahl</math> |
|||
====Energie in der n-ten Bahn==== |
|||
<math>W_n \ = \ -{1 \over 8} \cdot {m_e \cdot e^4 \over \epsilon_0^{\;2} \, \cdot h^2} \cdot {\mathrm{1} \over n^2} \qquad \left[\, W_n \,\right] = J = {kg \cdot coul^4 \over {Asec \over Vm} \cdot J^2 \cdot sec^2}</math><br /> |
|||
<math>m_e \mathrm{= e^--masse};\; e \mathrm{= Elementarlad.};\; \epsilon_0{,} h \mathrm{= const.};\; n\in\mathbb{N}</math> |
|||
===Sprung von der m-ten Bahn in die n-te Bahn (nur Wasserstoff!)=== |
|||
<math>f \mathrm{=} {W_m \mathrm{-} W_n \over h} \mathrm{=} f_R \cdot \left( {\mathrm{1} \over n^2} \mathrm{-} {\mathrm{1} \over m^2} \right)\qquad n, m\in\mathbb{N}</math> |
|||
====Rydbergfrequenz (f<sub>R</sub>)==== |
|||
<math>f_R \mathrm{=} {m_e \cdot e^4 \over \mathrm{8} \, \epsilon_0^{\;2} \, \cdot h^3} \mathrm{= 3{,}29 \cdot 10^{15} Hz} \qquad m_e \mathrm{= e^--masse};\; e \mathrm{= Elementarlad.};\; \epsilon_0{,} h \mathrm{= const.}</math> |
|||
===Sprung von n-ter auf die K-Linie (unterste)=== |
|||
<math>f_K \; \mathrm{=} \; (Z \mathrm{- 1})^2 \cdot f_R \cdot \left({\mathrm{1} \over \mathrm{1^2}} \mathrm{-} {\mathrm{1} \over n^2} \right) \qquad Z \mathrm{= Ordnungszahl} ;\; n \mathrm{> 1} ;\; n\in\mathbb{N}</math> |
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==Radioaktivität== |
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===Zählrate (Z)=== |
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<math>Z = {z \over t} = {Impulse \over Beobachtungszeit}</math> |
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====Stochastischer Fehler==== |
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absoluter:<math>\sqrt{Z}</math> – relativer:<math>{1 \over \sqrt{Z}}</math> |
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===Atomanzahl (N)=== |
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<math>\operatorname{N}(t) = N_0 \cdot e^{-k \cdot t} \qquad k = {\ln { 1 \over 2} \over T_{{1 \over 2}}}; T_{{1 \over 2}} = Halbwertszeit</math> N<sub>0</sub> = Anzahl der Teilchen zum Zeitpunkt 0 |
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===Aktivität (A)=== |
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<math>\operatorname{A}(t) = k \cdot \operatorname{N}(t) = A_0 \cdot e^{-k \cdot t} \qquad \left[\, \operatorname{A}(t) \,\right] = Bq = {1 \over sec}</math> |
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Bei beiden Formeln muss man zunächst über bspw. die Angabe der Halbwertszeit die Konstante ''k'' berechnen. Zum Beispiel (hier mit Halbwertszeit!): |
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<math>k = {\ln 0{,}5 \over Halbwertszeit}</math> |
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k nimmt in beiden Formeln für dasselbe Material denselben Wert an. |
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===Strahlenschäden=== |
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====Energiedosis (D)==== |
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<math>D = {\Delta W \over \Delta m} = {Energie \over Masse} \quad \left[\, D \,\right] = {J \over kg} = Gray</math> |
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====Äquivalentdosis (H)==== |
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<math>H = Q \cdot D \quad \left[\, H \,\right] = {J \over kg} = Sievert(Sv)\quad Q \approx \begin{cases} 1 & \mathrm{fuer\,Roentgen-,\,\beta -,\,\gamma -Strahlung} \\ 10 & \mathrm{fuer\,schnelle\,Neu-\,und\,Protonen} \\ 20 & \mathrm{fuer\,\alpha -Strahlung} \end{cases}</math> |
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== Konstanten == |
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===Kreiszahl Pi=== |
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<math>\pi \approx 3{,}14159</math> |
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===Planck'sches Wirkungsquantum=== |
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<math> h = 6{,}6260755 \cdot 10^{-34}\,\rm{J\,s} = 4{,}135671 \cdot 10^{-15} e\rm{Vs}</math><br /> |
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<math> \hbar = \frac{h}{2\pi} = 1{,}0545727 \cdot 10^{-34}\,\rm{J\,s}</math> |
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===Elektr. Feldkonstante=== |
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<math>\epsilon_0 = 8{,}85419 \cdot 10^{-12} \frac {A \cdot s} {V \cdot m}</math> |
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===Magn. Feldkonstante=== |
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<math>\mu_0 = 1{,}25664 \cdot 10^{-6} \cdot {T \cdot m \over A}</math> |
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===Elektronenvolt=== |
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<math>1 eV = 1 e^- \cdot 1V = 1{,}602 \cdot 10^{-19} C \cdot 1 V = 1{,}602 \cdot 10^{-19} J</math> |
Aktuelle Version vom 19. Oktober 2010, 00:48 Uhr
Physikformelsammlung des Physik-LK 2004/2005 an der Gutenbergschule Wiesbaden
H I N W E I S: Bitte nichts ändern! Fehlermeldungen und Änderungsvorschläge bitte auf der Disskussionsseite!! Danke! --Philipp Schneider 12:10, 19. Jan 2005 (CET)
Mechanik
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Gleichförmige Bewegung
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Gleichmäßig beschleunigte Bewegung
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Energetik
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Potentielle Energie
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Kinetische Energie
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Spannenergie
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Impuls
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Es gilt die Impulserhaltung! Ohne Reibung bleibt der Impuls vollständig erhalten!
Kreisbewegungen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Zentrifugal-/Zentralkraft
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Drehimpuls
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Elektrizität
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Coulombkraft (radiales elektr. Feld)
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E-Feld in Plattenkondensator
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Elektrische Feldkraft im Plattenkondensator
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Kondensator
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Flächenladungsdichte
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Kapazität
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Plattenkondensator
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Entladung
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a muss kondensatorspezifisch berechnet werden: Un sind Werte zu verschiedenen Zeiten, die alle den selben Zeitabstand voneinander haben müssen
Energie
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Parallelschaltung
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Reihenschaltung
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Induktion
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Selbstinduktion
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Induktivität
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A=Spulenquerschnitt in m2, l=Laenge der Spule in m, n=Windungszahl
Spule
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Magn. Flussdichte einer Spule
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Energie
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Mangn. Fluss
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Hallspannung
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Spannungserzeugung in Generator
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Effektivwerte
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Gilt nur für sinusförmige Wechselspannung!
Blindwiderstände
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Kondensator
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Am Kondensator eilt der Strom um 90° der Spannung vorraus.
Spule
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An der Spule eilt die Spannung um 90° dem Strom voraus.
Siebkette
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Reihenschaltung aus ohmischem Wiederstand R, induktivem Blindwiederstand und kapazitivem Wiederstand liege Sinusförmige Wechselspannung der Kreisfrequenz . Der Scheinwiederstand ist:
Der daraus resultierende Blindwiderstand ist:
Der sinusförmige Strom hinkt der angelegten Sinusspannung um den konstanten Phasenwinkel nach. Für ihn gilt:
Wenn ist, hinkt der Strom der Spannung nach; für eilt er ihr vor.
Wirkleistung
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Schwingungen und Wellen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Bedingung für Harmonische Schwingung
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Rueckstellkraft ist proportional zum negativen Wert der Strecke
Federpendel
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Rückstellkraft
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Beziehungen
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Feder
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Beziehungen
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U-Rohr
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Beziehungen
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Gedämpfte Schwingung
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Geschwindigkeit bei Wellen
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Wellengleichungen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Hinlaufende Welle
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Rücklaufende Welle (loses Ende)
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Rücklaufende Welle (festes Ende)
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Stehende Welle (loses Ende)
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Zeigerdiagramm bei Mehrfachspalten
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Intensität = (Amplitude)2
Mehrfachspalt
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Wenn Gangunterschied = dann Maximum,
wenn Gangunterschied = dann Minimum.
Brechungsgesetz
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] mit in Luft, in Material
mit c_x = Geschwindigkeit der Welle im jeweiligen Material und n_x = Brechzahl
Schwingungen und Wellen II
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Bragg-Bedingung
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Foto-Effekt
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Röntgen-Spektrum
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Atom- und Quantenphysik
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Bohr'sches Atommodell
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Bohr'sche Postulate
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Ein atomares System hat stationäre (nichtstrahlende) Zustände mit bestimmten diskreten Energiewerten. Elektronen können sich nur auf bestimmten (diskreten) Kreisbahnen um den Atomkern bewegen. Diese Kreisbahnen sind stabil, die Elektronen strahlen dabei keine Energie ab.
- Ein atomares System kann seine Energie nur ändern, indem es von einem stationären Zustand in einen anderen stationären Zustand übergeht. Wenn mit dem Übergang Emission oder Absorption von Strahlung verknüpft ist, so ist deren Frequenz mit der Energieänderung durch die Frequenzbedingung verbunden. Wobei Frequenzbedingung bedeutet, dass der Übergang von einer auf die nächste Bahn sprunghaft erfolgt. Jeder Quantensprung ist mit der Aufnahme oder Abgabe von Energie verbunden, die genau der Differenz der Energieniveaus entspricht.
- Die Elektronen können nur diskrete Bahnen annehmen. Der Drehimpuls dieser Bahnen entspricht sets einem ganzzahligen Vielfachen von
Daraus folgt:
mit:
Der Drehimpuls der ersten Bahn entspricht also , der der zweiten , etc.
Radius der n-ten Bahn
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Energie in der n-ten Bahn
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Sprung von der m-ten Bahn in die n-te Bahn (nur Wasserstoff!)
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Rydbergfrequenz (fR)
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Sprung von n-ter auf die K-Linie (unterste)
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Radioaktivität
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Zählrate (Z)
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Stochastischer Fehler
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]absoluter: – relativer:
Atomanzahl (N)
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]N0 = Anzahl der Teilchen zum Zeitpunkt 0
Aktivität (A)
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Bei beiden Formeln muss man zunächst über bspw. die Angabe der Halbwertszeit die Konstante k berechnen. Zum Beispiel (hier mit Halbwertszeit!): k nimmt in beiden Formeln für dasselbe Material denselben Wert an.
Strahlenschäden
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Energiedosis (D)
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Äquivalentdosis (H)
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Konstanten
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Kreiszahl Pi
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Planck'sches Wirkungsquantum
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Elektr. Feldkonstante
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Magn. Feldkonstante
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Elektronenvolt
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