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Wie finde ich zur Übung ? Nussallee WP- Hörsaal HISKP Physikalisches Institut Physi- kalische Chemie HS 1, PI Seiteneingang, Treppen bis ganz nach oben.

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1 Wie finde ich zur Übung ? Nussallee WP- Hörsaal HISKP Physikalisches Institut Physi- kalische Chemie HS 1, PI Seiteneingang, Treppen bis ganz nach oben Haupteingang, im Erdgeschoß geradeaus Ange- wandte Mathe- matik Haupteingang, nach links die Treppe hoch, rechts halten Mi 16-18, Do 15-17

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5 Kapitel 1: Die Beschreibung von Bewegungen 1.2 Einheiten

6 Folge dem Schatten der einsamen Palme bei Sonnenuntergang am Tag der Wintersonnenwende 500 Schritte. Eine physikalische Größe, z.B. eine Entfernungsangabe, besteht aus Maßzahl und Einheit Ohne die Angabe der Einheit kann man lange suchen ! Physikalische Größen mit Einheiten angeben und beim Rechnen mitnehmen ! Kontrollfunktion ! Physikalische Größen und Einheiten

7 Welche Kriterien müssen erfüllt sein, damit eine Einheit „brauchbar“ ist ?  Stabilität: Der Standard sollte sich nicht mit der Zeit ändern, sonst sind Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten nicht vergleichbar.  Reproduzierbarkeit: Der Standard sollte leicht zu kopieren sein, um seine weite Verbreitung und gleichzeitige Nutzung an verschiedenen Orten zu gewährleisten !  Verbreitung: Der Standard muß weltweite Akzeptanz finden.  Zugänglichkeit: Es sollte einfach sein, den Standard oder eine Kopie davon zu erhalten.  Präzision: Der Standard selbst muß mindestens ebensogenau meßbar sein wie jede vergleichbare Messung dieser Größe.  Sicherheit: Der Standard sollte möglichst unveränderbar sein. Was sind „gute“ Einheiten ??? Fuss ??? Ellen ??? Schritte ??? METER !!!

8 Kann ich für jede Meßgröße die Einheit frei festlegen ? Aber selbstverständlich !!!! Will ich für jede Meßgröße die Einheit frei festlegen ? z.B. Energie in kcal, Geschwindigkeit in km/h, Masse in Pfund (4186 J, 1/3.6 m/s, ½ kg) Auf keinen Fall !!!! Berechne die kinetische Energie einer 2 Pfund schweren Kugel, die sich mit 18 km/h bewegt. Pfund mal km/h mal km/h ist aber nicht kcal ! Es entstehen Konversions- faktoren, also

9 Welche „Elementareinheiten“ braucht man ? LängeMeter MasseKilogramm ZeitSekunde Elektrische Stromstärke Ampere TemperaturKelvin Helligkeit/LeuchtstärkeCandela Stoffmengemol = Basiseinheiten im SI-System (MKSA-System)

10 ALLE ANDEREN EINHEITEN WERDEN AUS DEN ELEMENTAREINHEITEN ZUSAMMENGESETZT !!! Fläche: Volumen: Geschwindigkeit: Beschleunigung: Kraft: Druck: Energie: Leistung: Spannung: m 2 m 3 m/s m/s 2 kgm/s 2 =N kgm/s 2 m 2 =Pa kgm 2 /s 2 =J kgm 2 /s 3 =W kgm 2 /As 3 =V

11 Vorsilbe (Abk.) milli (m)10 -3 kilo (k)10 3 mikro (  ) mega (M)10 6 nano (n)10 -9 giga (G)10 9 pico (p) tera (T)10 12 femto (f) peta (P)10 15 atto (a) atta (A)10 18 zepto (z) zetta (Z)10 21 Physiker „denken“ oft in Größenordnungen, weil es eine Einord- nung von Effekten erleichtert und Abschätzungen ermöglicht ! z.B. Längenskala Vorsilben zur Größenmodifikation im SI-System:

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13 Originale Definition von Meter und kg: Normale Urmeter Urkilogramm (10 7 ter Teil der Distanz Nordpol-Aequator via Meridian durch Paris) Problem: „Unveränderbar“ ist relativ...

14 Definition der Sekunde: historisch: 1/60 mal 1/60 mal 1/24 eines mittleren Sonnentages Bessere Definitionen über angepasstere Naturkonstanten ! z.B. Frequenz eines definierten Übergangs zwischen zwei Zuständen in einer gegebenen Atomsorte. (Schema!, Exp.) Die Frequenz des Lichtes in einem gegebenen Übergang im Cs-Atom entspricht genau Schwingungen pro Sekunde. (implizite Naturkonstante: h) Genauigkeit: 1s/Million Jahre Zugänglichkeit: Funksignal ! Wegen der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit wird damit die Länge ein sekundärer Standard ! Ein Meter ist die Strecke, die Licht im Vakuum in 1/ Sekunde zurücklegt.

15 Ampere (historisch): Ein Ampere ist der elektrische Strom, der in 1s mittels Elektrolyse 1,118 mg Silber aus einer Silbernitratlösung abscheidet. (modern):Ein Ampere ist der elektrische Strom, der durch zwei im Abstand von 1m parallel gespannte, unendlich lange, gerade Drähte fließen muss, damit dadurch zwischen ihnen auf je einem Meter Leiter- länge eine Kraft von 2 · 10 −7 N hervor- gerufen wird.

16 Kelvin: 1/273,16 der Temeraturdifferenz zwischen dem Absoluten Nullpunkt und dem Tripelpunkt des Wassers. Candela (modern): Lichtstärke einer Strahlungsquelle, die mono- chromatische Strahlung der Frequenz 540 THz mit einer Leistung von 1/683 Watt pro Steradians (Raumeinheits- winkel) aussendet. (historisch): 60 cd ist die Lichtstärke der 1 cm 2 großen Öffnung eines Schwarzkörpers mit einer Temperatur von 2042,5 Kelvin. mol: Zahl der Atome in 12 g des Kohlenstoff-Isotops C 12

17 Skalare und Vektoren: Nicht alle physikalischen Größen sind durch Angabe von Maßzahl und Einheit eindeutig definiert ! Es kann z.B. die Angabe einer Richtung nötig sein. Richtungsunabhängige Größen heißen Skalare, solche bei der die Angabe einer Richtung nötig ist Vektoren. Es gibt auch physikalische Größen mit einer noch komplexeren Richtungs- abhängigkeit, sogenannte Tensoren. Die mathematisch strenge Definition von Skalaren, Vektoren und Tensoren betrachtet das Verhalten der physikalischen Größe unter bestimmten Klassen von Koordinatentransformationen.


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