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Physik Ulrich Haas: Physik für Pharmazeuten und Mediziner Ein Lehrbuch für Studierende mit Physik als Nebenfach Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH.

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Präsentation zum Thema: "Physik Ulrich Haas: Physik für Pharmazeuten und Mediziner Ein Lehrbuch für Studierende mit Physik als Nebenfach Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH."—  Präsentation transkript:

1 Physik Ulrich Haas: Physik für Pharmazeuten und Mediziner Ein Lehrbuch für Studierende mit Physik als Nebenfach Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart Auflage ISBN X

2 Wichtigkeit der Lösung der Aufgaben! Ich schlage Ihnen vor sich mit den Problemen (Aufgaben) richtig zu beschäftigen. Mathematische Grundlagen Physikalische Grö  en, Einheiten Mechanik Kinematik (Bewegungen) Dynamik (Lehre der Kräfte) Arbeit – Energie – Leistung Feste (starre) Körper; Impuls – Dehimpuls Deformierbare feste Körper (Elastizitätslehre) Ruhende Flüssigkeiten und Gase (Hydro- und Aerostatik) - Grenzflächeneffekte Bewegte Flüssigkeiten und Gase (Hydro- und Aerodynamik) Thematik

3 Wärmelehre (Thermostatik und Thermodynamik) Grundbegriffe – Temperaturskalen – Temperaturmessung Thermische Eigenschaften von Festkörper, Flüssigkeiten und Gasen Kinetische Wärme- und Gastheorie Wärme als Energie Aggregatzustände der Materie Wärmeübertragung - Diffusion Eigenschaften von Lösungen, Reaktionskinetik Elektrizität und Magnetismus Elektrostatik – Elektrisches Potential (elektrische Spannung) – Kapazität Stationäre elektrische Strom – Kirchhoff’sche Regeln Ladungstransport in Materie und Vakuum Elektromagnetismus – Induktion Wechselstrom Messung elektrischer Ströme und Spannungen Dielektrische und magnetische Eigenschaften der Materie

4 Schwingungen und Wellen Mechanische Schwingungen Mechanische Wellen Schallwellen - Akustik Elektromagnetische Wellen Optik Allgemeine Eigenschaften des Lichtes Geometrische Optik Physikalische Optik Atomische Struktur der Materie Atome – Wellen- und quantenmechanische Atommodell Moleküle – Bindungen – Festkörper Radioaktivität Strahlung Quellen Gröβen Spektren Wirkungen – Nachweis – Dosimetrie

5 Mathematische Grundlagen Begriffe und Formeln aus Arithmetik und Algebra Potenzen und Wurzeln a m = a·a·a·...·a (m Faktoren) a: Basis m: Exponent Ist der Exponen ein Bruch: m/n, so stellt die Potenz a m/n eine Wurzel dar. Rechenregeln: a m+n = a m ·a n usw. Logarithmen Der Logarithmus der Zahl b zur Basis a ist eine Zahl m und schreibt man: m = log a b, dabei gilt, dass m diejenige Hochzahl ist, mit der man die Basis a potenzieren muss, um die Zahl b zu erhalten: b = a m. Rechenregeln (unabhängig von der Basis): log(b·c) = log b + log cusw.

6 Mathematische Grundlagen Gleichungen mit einer Unbekannten Lineare Gleichung: a·x + b = 0. Lösung: x = -b/a. Quadratische Gleichung: a·x 2 + b ·x + c = 0 besitzt zwei Lösungen x 1 und x 2 Formeln der Geometrie und Trigonometrie Rechtwinkliges Dreieck Fläche: A =1/2·a·b(a, b: Katheten) Satz des Pythagoras: c 2 = a 2 + b 2 (c: Hypotenuse) Einfache trigonometrische Funktionen: sin α = a/cGegenkathete / Hypotenuse cos α = b/cAnkathete / Hypotenuse a b c α

7 Mathematische Grundlagen tan α = a/bGegenkathete / Ankathete cot α = b/aAnkathete / Gegenkathete Wichtige Beziehungen sin 2 α + cos 2 α = 1tan α = sin α/cos α = 1/cot α sin(α+β) = sin α·cos β + cos α·sin β usw. α cos α sin α 1 Rotierende Einheitsvektor x y

8 Mathematische Grundlagen Allgemeines Dreieck; Fläche: 1/2·a·b·sin γWinkelsumme: α+β+γ=180 o Sinussatz: a/sinα = b/sinβ = c/sinγ Cosinussatz: a 2 = b 2 + c 2 -2bc·cosα b 2 = a 2 + c 2 -2ac·cosβ c 2 = a 2 + b 2 -2ab·cosγ Gleichseitiges Dreieck; Fläche, Höhe Rechteck; Diagonale, Fläche Parallelogram; Fläche, Höhe Kreis; Umfang, Fläche, Kreisbogen: r·α(rad); Bogenmaβ des Winkels α Ellipse ee b a FF Fläche: π·a·b Lineare Excentrizität: e 2 = a 2 – b 2 Numerische Excentrizität: ε =e/a F: Brennpunkt; 0: Mittelpunkt 0

9 Mathematische Grundlagen Quader; Kantenlängen a, b, c Raumdiagonale, Oberfläche, Volumen Würfel; Kantenlänge: a Raumdiagonale, Flächendiagonale, Oberfläche, Volumen Kugel; Radius: r Volumen, Oberfläche Zylinder; Gerader (senkrechter) Kreiszylinder Mantelfläche, Oberfläche, Volumen Kreiskegel; Gerader Kreiskegel Mantelfläche, Oberfläche, Volumen Funktionen und ihre graphische Darstellung Beispiele einfacher Funktionen Gerade; lineare Funktion: y = a·x + b Potenzfunktion: y = a·x n Kreis und Ellipse

10 Mathematische Grundlagen Hyperbel: x·y = a Exponentialfunktion: y = b·a cx,y = b·e x, Euler’sche Zahl Logarithmusfunktion: y = log a x, y = ln x Sinus- und Cosinusfunktion: y = r·sin x,(x im Bogenmaβ) Vektoren Skalare Gröβe: durch den Betrag eindeutig festgelegt. Vektor: zwei Angaben sind erforderlich: Betrag und Richtung Einheitsvektor: der Betrag ist 1. Grundoperationen der Vektoralgebra Addition von Vektoren Subtraktion von Vektoren Zerlegung in Vektorkomponenten in kartesischen Koordinaten

11 Mathematische Grundlagen Multiplikation von Vektoren 1. die Multiplikation eines Vektors mit einem Skalar (einer Zahl); als Resultat ein Vektor, 2. die Multiplikation von zwei Vektoren, dem Skalarprodukt; als Resultat ein Skalar, 3. die Multiplikation von zwei Vektoren, dem Vektorprodukt; als Resultat ein Vektor. (gesprochen A kreuz B) Betrag Merkregel: Korkenzieherregel (Rechtsdrehung) Schraube mit Rechtsgewinde A B C = AxB φ

12 Einheit – Ma  zahl – Dimension Internationales Einheitensytem (SI) Definitionen der SI-Basiseinheiten Vorsilben zur Bezeichnung von dezimalen Vielfachen und Teilen Abgeleitete SI-Einheiten mit besonderem Namen Mengenbegriffe – Bezogene Grössen Aufgaben Einheit – Maβzahl – Dimension Physikalische Gröβe = Zahlenwert x Einheit Die Dimension ist die Beschreibung der physikalischen Gröβe in ihren Basisgröβen (ohne Einheit). Differenz zwischen Dimension und Einheit. Geschwindigkeit: Länge/Zeit (Dimension)Meter/Sekunde (m/s) (Einheit) Physikalische Gröβen – Einheiten - Mengenbegriffe

13 Internationales Einheitensytem (SI) Sieben Basisgröβen BasisgröβeSI-EinheitAbkürzung LängeMeterm MasseKilogrammkg ZeitSekundes Elektrische Stromstärke AmpereA TemperatureKelvinK StoffmengeMolmol LichtstärkeCandelacd

14 Definitionen der SI-Basiseinheiten Meter (m): Das Meter ist die Länge der Strecke, die Licht im Vakuum während des Intervalls von 1/ s durchläuft. Kilogramm (kg): Ein Kilogramm ist durch die Masse eines internationalen Prototyps gegeben. Die Masse eines Zylinders der aus einer chemisch und physikalisch resistenten Platin-Iridium- Legierung angefertigt ist und unter festgelegten Bedingungen in Sevres bei Paris aufbewahrt wird (seit 1889). Sekunde (s): Atomarer Zeitstandard (1967): Eine Sekunde ist das fache der Periodendauer eines Strahlungübergangs von Atomen des Nuklids 133 Cs (Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus im Grundzustand). Kelvin (K): Das Kelvin ist das 1/273,16 -fache der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes von Wasser.

15 Definitionen der SI-Basiseinheiten Ampere (A): Das Ampere ist die Stärke eines zeitlich konstanten elektrischen Stromes, der, durch zwei im Abstand von 1 Meter angeordnete parallele Leiter fliessend, zwischen diesen eine Kraft erzeugt, die pro Meter Leiterlänge 2·10 -7 N beträgt. Mol (mol): Das Mol ist die Stoffmenge eines Systems, welches so viele Einzelteilchen enthält, wie Atome in 0,012 kg des Kohlenstoffnuklids 12 C enthalten sind. Candela (cd): Die Candela ist die Lichtstärke einer Strahlungsquelle, welche monochromatische Strahlung der Frequenz 540·10 12 Hertz in eine bestimmte Richtung aussendet, in der die Strahlstärke 1/683 Watt durch Steradiant beträgt.

16 Vorsilben zur Bezeichnung von dezimalen Vielfachen und Teilen BezeichnungInternationales KurzzeichenZehnerpotenz YoctoY-24 ZeptoZ-21 Attoa-18 Femtof-15 Pikop-12 Nanon-9 Mikroμ-6 Millim-3 Zentic-2 Dezid Dekada+1 Hektoh+2 Kilok+3 MegaM+6 GigaG+9 TeraT+12 PetaP+15 ExaE+18 ZettaZ+21 YottaY+24

17 Abgeleitete SI-Einheiten mit besonderem Namen GröβeName und EinheitenzeichenBasiseinheitenAndere SI-Einheiten Ebener WinkelRadiant (rad)m·m -1 RaumwinkelSteradiant (sr)m 2 ·m -2 FrequenzHertz (Hz)s -1 KraftNewton (N)m·kg·s -2 J/m DruckPascal (Pa)m -1 ·kg·s -2 N/m 2 Energie, Arbeit, WärmemengeJoule (J)m 2 ·kg·s -2 N·mN·m Leistung, EnergiestromWatt (W)m 2 ·kgvitä·s -3 J/s Elektrische Ladung, ElektrizitätsmengeCoulomb (C)s·As·AA·sA·s Elektrisches Potential, elektrische SpannungVolt (V)m 2 ·kg·s -3 ·A -1 W/A Elektrische KapazitätFarad (F)m -2 ·kg -1 ·s 4 ·A 2 C/V Elektrischer WiderstandOhm (Ω)m 2 ·kg·s -3 ·A -2 V/A Elektrischer LeitwertSiemens (S)m -2 ·kg -1 ·s 3 ·A 2 A/V Magnetischer FlussWeber (Wb)m 2 ·kg·s -2 ·A -1 V·sV·s Magnetische Flussdischte, InduktionTesla (T)kg·s -2 ·A -1 Wb/m 2 InduktivitätHenry (H)m 2 ·kg·s -2 ·A -2 Wb/A LichtstromLumen (lm)cd·sr BeleuchtungsstärkeLux (lx)m -2 ·cd·sr Aktivität (radioaktive)Becquerel (Bq)s -1 EnergiedosisGray (Gy)m 2 ·s -2 J/kg ÄquivalentdosisSievert (Sv)m 2 ·s -2 J/kg

18 Mengenbegriffe Bezogene Grössen Mengenbegriffe: allgemeine und individuelle Einheiten der Menge (Masse) Masse: m (kg) Stoffmenge: n = N/N A (mol)Avogadro-Konstante N A = 6·10 23 mol -1 ist die Anzahl der Teilchen in einem Mol Substanz, Teilchenanzahl: N dimensionslos Bezogene Grössen Volumen: V (m 3 ) Dichte: ρ = m/V ; Masse durch Volumen (kg/m 3 ) absolute Dichte und relative Dichte Teilchenzahldichte: ρ N = N/V (m -3 ) Konzentration: c = n/V (mol Substanz / m 3 Lösung) mol/L: häufig verwendete Bezeichnung Molarität (und Einheit) für die Stoffmengenkonzentration

19 Aufgaben 1. Was versteht man unter einer physikalischen Gröβe? 2. Welche Basisgrössen verwendet das „Internationale Einheitensystem SI”? 3. Was versteht man unter einer vektoriellen und was unter einer skalaren Grösse? 4. Geben Sie die Einheit der Länge, der Masse und der Zeit im SI an! Wie werden diese Einheiten festgelegt? 5. Wie lautet die Definition der SI-Einheit mol? 6. Welche a) dezimale Vielfache und b) dezimale Teile gibt es im SI? Wie werden sie benannt und wie lauten ihre Vorsatzzeichen? 7. Wie wird die Dichte definiert und wie lautet ihre SI-Einheit? 8. Was versteht man unter der Avogadro-Konstante und welchen Zahlenwert (mit Einheit) hat diese? 9. Wie is die Stoffenmengekonzentration definiert und wie lautet ihre Einheit?


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