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
Gleichförmige Bewegung
![{\displaystyle s=v\cdot t\qquad \left[\,s\,\right]=m={m \over sec}\cdot sec\qquad Strecke=Geschwindigkeit\cdot Zeit}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/61822fc1af4930ce1b612064f98c9b239e8d3f82)


Gleichmäßig beschleunigte Bewegung
![{\displaystyle s={1 \over 2}\cdot a\cdot t^{2}\qquad \left[\,s\,\right]=m={m \over sec^{2}}\cdot sec^{2}\qquad Strecke={1 \over 2}\cdot Beschleunigung\cdot Zeit^{2}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/49ba4f19cf751bcfc7acbf0e92271858d27317e5)
![{\displaystyle v=a\cdot t\qquad \left[\,v\,\right]={m \over s}={m \over s^{2}}\cdot s\qquad Geschwindigkeit=Beschleunigung\cdot Zeit}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/d0f9ed5f2f995995e6bc39c0a27b3aa386ca0988)
![{\displaystyle F=m\cdot a\qquad \left[\,F\,\right]=N=kg\cdot {m \over sec^{2}}\qquad Kraft=Masse\cdot Beschleunigung}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/4faa3eb2c16d619e1935fcf4b8e63e12e58e96ef)



Energetik
Potentielle Energie
Kinetische Energie
Spannenergie
![{\displaystyle 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}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/ad4e0edb84761fc8e02544b283c5f2d6fecaaad7)
Impuls
![{\displaystyle {\overrightarrow {p}}=m\cdot {\overrightarrow {v}}\qquad \left[\,p\,\right]=kg\cdot {m \over sec}\qquad Impuls=Masse\cdot Geschwindigkeit}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/2656602ebefb2882d91a254e6a6881337ab8c9ad)
Es gilt die Impulserhaltung! Ohne Reibung bleibt der Impuls vollständig erhalten!
Kreisbewegungen
Zentrifugal-/Zentralkraft
![{\displaystyle 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 sec}\right)^{2} \over m}\quad Kraft={Masse\cdot Geschw.^{2} \over Radius}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/c45b025c97af2b27d8620e296673b9ee95ef9b45)
Drehimpuls
![{\displaystyle 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}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/d14bb0762a4a8ac8caef6c05a859d93499be3969)
![{\displaystyle L=r\cdot m\cdot v\qquad \left[\,L\,\right]=m\cdot kg\cdot {m \over sec}=Nm\cdot sec=J\cdot sec}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/04a664ef197296239cc0b5246767241d89ea2b1c)
Elektrizität
![{\displaystyle I_{=}={Q \over t}\qquad \left[\,I_{=}\,\right]={Coul \over sec}\qquad Strom={Ladung \over Zeit}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/84bcb896edcaf98b12c6c5b883c0a682909730b8)




Coulombkraft (radiales elektr. Feld)
E-Feld in Plattenkondensator
Elektrische Feldkraft im Plattenkondensator
Kondensator
Flächenladungsdichte
Kapazität
Plattenkondensator
Entladung

a muss kondensatorspezifisch berechnet werden:
Un sind Werte zu verschiedenen Zeiten, die alle den selben Zeitabstand voneinander haben müssen
Energie
Parallelschaltung
Reihenschaltung
Induktion
![{\displaystyle U_{Ind}=-n\cdot {\dot {\Phi }}\qquad \left[\,U_{Ind}\,\right]=V\qquad Indunktion=-Windugszahl\cdot {\dot {\Phi }}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/6bf0a9e69d09cd09e2de010a717f48ab9a6b6e4d)
![{\displaystyle \Phi =A\cdot B\qquad \left[\,\Phi \,\right]=m^{2}\cdot T\qquad Spulenquerschnittsflaeche\cdot Magnetfeld}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/50c9678bba45f1d5a25d7d407791df41f480a8d3)
Selbstinduktion
Induktivität
![{\displaystyle L={\frac {\mu _{0}\cdot \mu _{r}\cdot A\cdot n^{2}}{l}}\qquad \left[\,L\,\right]=Henry={V\cdot sec \over A}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/6f0f056809e22cb2a989368268c99192b7833322)
A=Spulenquerschnitt in m2, l=Laenge der Spule in m, n=Windungszahl
Spule
Magn. Flussdichte einer Spule
Energie
![{\displaystyle 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}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/4fa50c78fb7664196d5d6d821f62295b57436ff5)
Mangn. Fluss
![{\displaystyle {\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}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/3ab5cbf7516ce1350c925b3c356ef52e1337f3a5)
Hallspannung
Spannungserzeugung in Generator

![{\displaystyle {\hat {U}}=n\cdot B\cdot A\cdot \omega \qquad \left[\,U\,\right]=V=1\cdot T\cdot m^{2}\cdot {1 \over sec}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/23e2454765e4900b05d360e9fc615c7aa4a74bef)
Effektivwerte
Gilt nur für sinusförmige Wechselspannung!
Blindwiderstände
Kondensator
![{\displaystyle R_{C}={1 \over \omega \cdot C}\qquad \left[\,R_{C}\,\right]=\Omega \qquad Widerstand=\omega \cdot {1 \over Winkelgeschw.\cdot Kapazitaet}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/e719c12e5dfbe65ba010bec9dfe8c13199d393db)
Am Kondensator eilt der Strom um 90° der Spannung vorraus.
Spule
![{\displaystyle R_{L}=\omega \cdot L\qquad \left[\,R_{L}\,\right]=\Omega \qquad Widerstand=Winkelgeschw.\cdot Selbstind.}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/12443be4a789e5d6e4e2bc343b93cea3dedf5be9)
An der Spule eilt die Spannung um 90° dem Strom vorraus.
Siebkette
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
![{\displaystyle P_{wirk}=U_{eff}\cdot I_{eff}\cdot \cos(\alpha )\qquad \left[\,P_{wirk}\,\right]=V\cdot A={J \over sec}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/969e57d5ab9b9cda0f1ad40945c5b5a6da63b415)
Schwingungen und Wellen
Bedingung für Harmonische Schwingung
Die Rueckstellkraft ist proportional zum negativen Wert der Strecke
Federpendel
Rückstellkraft
Beziehungen
Feder
Beziehungen

U-Rohr
Beziehungen

Gedämpfte Schwingung
Geschwindigkeit bei Wellen
Wellengleichungen
Hinlaufende Welle
Rücklaufende Welle (loses Ende)
Rücklaufende Welle (festes Ende)
Stehende Welle (loses Ende)
Zeigerdiagramm bei Mehrfachspalten
Intensität = (Amplitude)2
Mehrfachspalt


Wenn Gangunterschied =
dann Maximum,
wenn Gangunterschied =
dann Minimum.
Brechungsgesetz
mit
in Luft,
in Material
mit c_x = Geschwindigkeit der Welle im jeweiligen Material und n_x = Brechzahl
Schwingungen und Wellen II
Bragg-Bedingung
Foto-Effekt
![{\displaystyle W_{phot}=h\cdot f\qquad \left[\,W_{Phot}\,\right]=J=J\cdot sec\cdot Hz=J\cdot sec\cdot {1 \over sec}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/32d55019560a4bdf6b29a124c9e18a1bd23d1ec5)
Röntgen-Spektrum
![{\displaystyle W_{e^{-}}=W_{phot}=e\cdot U=h\cdot f_{max}\quad \left[\,W_{e^{-}}\,\right]=J=coul\cdot V=h\cdot Hz}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/a96812c59e8264f379526af1423e641e0573483c)
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) 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
![{\displaystyle 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}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/8a618cf82da6d3161d849fc5463582ae88295ca4)
Energie in der n-ten Bahn
![{\displaystyle 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}}}](/media/api/rest_v1/media/math/render/svg/3d88fbe1af21aad945e410807e72b2fa1dabd86f)
Sprung von der m-ten Bahn in die n-te Bahn (nur Wasserstoff!)
Rydbergfrequenz (fR)
Sprung von n-ter auf die K-Linie (unterste)
Radioaktivität
Zählrate (Z)
Stochastischer Fehler
absoluter:
– relativer:
Atomanzahl (N)
N0 = Anzahl der Teilchen zum Zeitpunkt 0
Aktivität (A)
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
Energiedosis (D)
Äquivalentdosis (H)
Konstanten
Kreiszahl Pi
Plank'sches Wirkungsquantum

Elektr. Feldkonstante
Magn. Feldkonstante
Elektronenvolt