Physik ES

Physik Formelsammlung

Physik Formelsammlung


P. L.
Diese Karteikarten behandeln grundlegende und fortgeschrittene Konzepte der Physik auf Universitätsniveau, mit Fokus auf Strahlenphysik, Optik, Wellenlehre und Elektrizität. Sie decken Themen wie Strahlendosis, Röntgenstrahlen, Zerfallsprozesse, Lichtbrechung, Linsenoptik, elektromagnetische Wellen, Schallwellen und Transformatoren ab. Besonders nützlich für Studierende der Physik, die sich auf Prüfungen vorbereiten oder ihr Verständnis dieser komplexen Themen vertiefen möchten.
Flashcards
50
Students
2
Language
German
Category
Physics
Level
University
Created / Updated
05.01.2015 / 11.03.2026

Flashcards

Berechnung der Strecke s des  Winkels im Bogenmaß

\(\alpha = {s \over r}\)

\(s = {\alpha \times r}\)

Flächen und Volumina von Kreis, Kugel und Zylinder

Kreis:  \(A = \pi r^2\) \(U = {2\pi r}\)

Zylinder \(V = \pi r^2 \times h\)

Kugel:\(A = {4\pi r^2} \space\space\space V = {{4\over 3} \pi r^3}\)

Geschwindigkeit v 

\(v={s\over t}\)

Schall in Luft 330m/s

Schall in Wasser 1500m/s

Lichtgeschwindigkeit 300000km/s

Beschleunigung a

\(a={v\over t} [{m \over s^2}]\)

Berechnen der Strecke s und der Beschleunigung a einer beschleunigten Bewegung

\(a={v^2\over 2s}\)

\(s={{1 \over 2}at^2} \space h={{1 \over 2}gt^2}\)

mittlere Beschleunigung\(a= {v_2^2 - v_1^2 \over 2s}\)

Frequenz f

Frequenz \(f = {1 \over T} [Hz]\)

Periode \(T = {1 \over f} [T]\)

Winkelgeschwindigkeit \(\omega\)

Bahngeschwindigkeit vBahn

Zentripetalbeschleunigung ap

\(\omega = {\alpha \over t} = {2\pi\over T} = 2\pi f\)

\(2\pi= überstrichener\space Winkel\space einer\space Periode \)

Bahngeschwindigkeit = \(v_{Bahn} = {s\over t} = {r \times \alpha \over t} ={r \times \omega} \space [{m\over s}]\)

Zentripetalbeschleunigung \(a_p ={v^2_{Bahn}\over r} = \omega^2 r\)

Kraft F

\(F = m \times \overrightarrow{a} [F] \space kg { m \over s^2} Newton\space N\)

Zentripetalkraft Fp

\(F_p =m \cdot {v^2_{Bahn}\over r} = m \cdot a_p\)

Gravitationskraft Fg

\(F_g = m\cdot g\)

g= 10m/s2

Drehmoment M

\(\overrightarrow{M} = \overrightarrow{F} \times \overrightarrow{r}\space \cdot \sin{\alpha} ; Nm\) 

\(F\cdot l_K = F_G \cdot l_L\)

Arbeit und Energie W

\(W={F\cdot s \cdot\cos\alpha}\space\space[W]=[F][s]=Nm=J =kg\cdot {m^2\over s^2}\)

Potentielle Energie WHub EPot

\(W_{Hub} = E_{pot} =m\cdot g \cdot\Delta h\)

Kinetische Energie und Gesamtenergie Ekin EGes

\(E_{kin} = {1\over2} \cdot m \cdot v^2\)

\(E_{Ges} = E_{kin}+E{pot} = {1\over2} \cdot m \cdot v^2 + m \cdot g \cdot \Delta h\)

Leistung P

\(P={W\over t}\space;\space t={W\over P} [P] = J/s = W\)

\(P=F_G\cdot{ \Delta h\over t} = F_G\cdot v\)

\(P=F\cdot{ s\over t} = F\cdot v; \)

Massendichte

spezifische Wärmekapazität

Mol (Avogadro / Loschmidt Zahl)

Molvolumen eines idealen Gases

Relativer Massenanteil

Massendichte: kg/m³ m/V

spezifische Wärmekapazität: Cm=C/m

Mol:6,023x10^23 Teilchen

Molvolumen eines idealen Gases: 22,4L/mol STPD(273,15K,101kPa)

Relativer Massenanteil: Anteil einer Stoffmasse an einer Gesamtmasse in %

Druck

Zug (hydrostatischer / uniaxialer)

\(\sigma = {F \over A} \)\([\sigma] = {N\over m²} = Pascal(Pa) = {kg \over m s²}\)

Hooksches Gesetz

Sigma = Druck oder Zug, E = Elastizitätsmodul

\(\sigma = E \cdot {\Delta l \over l}; E = {\sigma\Delta l \over l} \)

hydrostatischer Druck

\(p = {F \over A}\)

N/m² = Pa; 10^5Pa = 1bar = 760mmHg = 760torr = 1atm = 1000cmH2O

1mmHg = 1,36cmH2O ungefähr 133Pa

120mmHg = 16kPa

Compliance, Volumenelastizitätsmodul

\(C = {\Delta V \over \Delta p} ; [C]=l/kPa\)

Elastance  oder Volumenelastizitätskoeffizient\(E' = {\Delta p \over \Delta V} ; [E']=kPa/l\)

\(C_{eff} = {{C_{Lunge} \cdot C_{Thorax}}\over {C_{Lunge} +\space C_{Thorax}}}; {1\over C_{eff}} = {1\over {C_{Lunge}}}+{1\over {C_{Thorax}}} \)

in den Alveolen 0,5l/0,5kPa = 1l/kPa

barometrische Höhenformel 

\(p(h)= p_0 e^{-h/8000m}\)daraus folgt, auf 8000m ist der Luftdruck auf 27% des Normaldruckes abgefallen

Zusammensetzung Luft

Stickstoff 78% 

Sauerstoff 21%

Argon und andere Edelgase 0,9%

CO2 0,04%

Normaldruck:  760mmHg

Schweredruck in Flüssigkeiten

\(p = {F \over A} = {\sigma \cdot A \cdot h \cdot g \over A}= \sigma \cdot g \cdot h\)--> N/m²

Auftrieb in Flüssigkeiten

\(F_A = F_G^{Fl} = m_{Fl} \cdot g \rightarrow F_A = F_G^{Fl} = \sigma_{Fl} \cdot V_K \cdot g \)

\(F_{eff} = \sigma_K \cdot V_K \cdot g - \sigma_{Fl} \cdot V_K \cdot g \rightarrow (\sigma_K - \sigma_{Fl})\cdot V_K \cdot g \)

Oberflächenspannung

Definition: Oberflächenenergiezunahme pro Oberflächenzunahme

Volumenstromstärke

Kontinuitätsgleichung

Gesamtdruck eines Systems pGes (Bernoulli)

Druck- Volumenarbeit

\(\dot V = {V \over t}\)

\(\dot V = {A \cdot v}\)

Kontinuitätsgleichung\(A_1 \cdot v_1 = A_2 \cdot v_2\)

p = Strömungsdruck p_Stau = Staudruck

Bernoulli 1. Form :\(p_{ges} = p + p_{Stau} = p+ {1\over 2} \sigma\cdot v² = const\)

Bernoulli 2. Form :\(p_{ges} = p_1+ {1\over 2} \sigma\cdot v_1² = p_2+ {1\over 2} \sigma\cdot v_2² \)

Bernoulli vollständig:  \(p_{ges} = p_1+ {1\over 2} \sigma\cdot v_1²+ \sigma \cdot g\cdot h_1 = p_2+ {1\over 2} \sigma\cdot v_2² + \sigma \cdot g\cdot h_2\)

Je größer der Strömungsdruck, desto kleiner wird der Staudruck

Druck-Volumenarbeit:\(W = p\cdot V\)

Ohmsches Gesetz für reale Flüssigkeiten

Hagen Poiseuille

\(\dot{V} = {\Delta p \over R_S}; R_S = {\Delta p \over \dot{V}}\)

\(\dot{V} = {dV\over dt} = {\pi r^4 \cdot \Delta p\over 8 \eta l}\)

\({1\over R_S} = {\pi r^4 \cdot \Delta p\over 8 \eta l} =G_S \rightarrow R_S = {8\eta l \over \pi r^4}\)\(A^2 =(\pi r^2)^2 = \pi^2r^4\)

Kirchhoff'sche Gesetze

Reihen und Parallelschaltung

Reihenschaltung\(R_S^{Reihe} = R_{S_1}+R_{S_2}+R_{S_3}\)

Parallelschaltung Kirchhoff'sches 1. Gesetz

\(\dot{V_1} = \dot{V_2}+\dot{V_3} +\dots +\dot{V_n}\)

\({1\over R_S^{Parallel}} = {1\over R_{S_1}}+{1\over R_{S_2}}+\dots+{1\over R_{S_n}}\)

Reynold'sche Zahl Re

\(Re ={ \sigma vd \over \eta }; Re<1000 \rightarrow \space laminar; Re>2000 \rightarrow \space turbulent\)

Temperatur K

Wärmekapazität

Spezifische Wärmekapazität

0°C = 273,15°K

Wärmekapazität \(C={\Delta Q \over \Delta T}; \Delta Q = C\cdot \Delta T\)

Spezifische Wärmekapazität \(C={\Delta Q \over m\cdot \Delta T};[C]={1\over kg \cdot K}; H_2O \rightarrow 4,2{kJ\over kg\cdot K}\)

Allgemeine Gasgleichung

Boyle Mariotte 

Gay Lussac

Gesamtdruck

allgemeine Gasgleichung \(pV=nRT; R=8,31{J\over K\cdot mol}\)

Boyle Mariotte \(pV=konstant \rightarrow p_1\cdot V_1 = p_2\cdot V_2\)

Gay Lussac: \(V \sim T; {V\over T} = konstant; {V_1\over T_1} = {V_2\over T_2} \)

Gesamtdruck\(p_{ges} = p_1+p_2+p_3+\dots= (n_1+n_2+n_3+\dots){RT\over V}\)

isotherme: Temperatur bleibt gleich

isobare: Druck bleibt gleich

isochore:Volumen bleibt gleich \(p\sim T \space Druckgesetz\)

Relative Luftfeuchtigkeit

\(rel. Luftfeuchtigkeit = {Wasserdampfdruck\over Sättigungsdampfdruck}\)

Molarität

Osmolarität (Blut)

Henry-Dalton_Gesetz

Teilchenstromdichte

Molarität:\(c_i = {n_i\over V}; {mol \over l}\)

Osmolarität: osmotisch aktive Teilchen pro l Lösungsmittel; Blut 300mosmol/l

Henry-Dalton-Gesetz:\(S_i = K_H \cdot p_i; S_i = Löslichkeit, K_H=Henry-Dalton\space Konstante, p_i=Partialdruck\)

Teilchenstromdichte:\(I_D = P\cdot A \cdot \Delta c, I_D=Teilchenstromdichte, P=Permeabilitätskoeffizient, A=Membranfläche\)

Elektrische Stromdichte

Elektrisches Feld

Elektrische Spannung

Elektrischer Strom und Widerstand

Elektrischer Widerstand und Leitwert

Strommessung

Spannungsmessung

Elektrische Arbeit

Elektrische Leistung

 

Elektrische Stromdichte : \(j={I\over A}, A=Querschnittsfläche,[j]={A\over m^2}\)

Elektrisches Feld\(\overrightarrow{E}= {\overrightarrow{F_C}\over Q_p};[E]=[{F\over Q}] ={N\over As} ={N\over C} = {V\over m}\)

Elektrisches Potential:\(\Delta U ={E_{pot}\over Q}={\overrightarrow{F_C}\cdot \Delta \overline{x} \over Q};\overrightarrow{E} \cdot \Delta \overline{x};[U]={N\over C}\cdot m= {J\over C} = Volt(V)\)

Stromstärke, transportierte Ladung pro Zeit: \(I={\Delta Q \over \Delta t}\)

Ohmsches Gesetz:\({U\over R}=I;Ohm[R] =\Omega=V/A; [G] = 1/\Omega = Siemens\)

\({1\over R} = G, Leitwert\)

spezifischer Widerstand(Resistivität):\(R=\sigma {I\over A};[\sigma]\Omega\cdot m\)

Parallelschaltung:\({1\over R_{Ges}}={1\over R_1}+{1\over R_2}+{1\over R_3}\)

Reihenschaltung:\(I_1=I_2=I_3 = I_{Ges}; U_1+U_2+U_3=U_{Ges}; R_1+R_2+R_3 = R_{Ges}\)

Amperemeter: Messung in Reihe, kleiner Innenwiderstand

Voltmeter: Messung parallel, großer Innenwiderstand

Elektrische Arbeit: \(W_{el}= I\cdot U\cdot t ;[W_{el}=A\cdot V\cdot s = Joule = Watt \cdot s = Nm\)

Elektrische Leistung:\(P={W\over t}; P=U\cdot I; P={U^2\over R};P=I^2\cdot R;[P_{el}] A\cdot V= Joule = Watt\)

Kondensator

Kapazität

spezifische Kapazität

Ladungsdauer eines Kondensators

\(Q = C\cdot U;[C] ={C \over V}= {As \over V} = F(Farad)\)

Kapazität :\(C = \varepsilon_o {A\over d}; \varepsilon_0 = 8,854 \times 10^{12} {As\over Vm}\)

Dielektrikum: \(C_D = \varepsilon \cdot \varepsilon_o {A\over d}; C_D = \varepsilon \cdot C\)

\(spezifische\space Kapazität = {C\over A}\)

Reihenschaltung: Addition der Spannungen, Additiond der Kehrwerte der Kapazitäten

Parallelschaltung: Addition der Kapazitäten, Addition der Ladungen

\(\tau = R\cdot C; \tau\space Zeit\space bis\space zur\space Aufladung\space auf\space 63\%\space oder\space Entladung\space auf\space 37\%\)

\(e^{-t/\tau} = e^{-tau/\tau} = e^{-1} ={ 1\over e} = 0,37\)

\(U(t)=U_0\cdot e^{-t/\tau};I(t)=I_0\cdot e^{-t/\tau};e = 2,718\space Eulersche\space Zahl\)

Nernst Gleichung

\(\Delta E_x = -61mV\cdot {1\over z_x} \cdot log({[X]_{innen}\over [x]_{aussen}})\)

Wechselstrom

Effektivspannung\(U_{eff}={U_0 \over \sqrt 2 }\)

230V; 325V; 50Hz

Transformator

\(U_2 ={N_2\over N_1}U_1; {U_2\over U_1}={N_2\over N_1}\)

Schwingungen und Wellen

\(T={1\over f}\)

\(\omega = 2\pi \cdot f\)

\({\pi\over2} = 90°; \pi = 180°; 1{\frac{1}{2}}\pi = 270°;2\pi = 360°\)

\(\tau;\beta={1\over \tau}\)Zeitkonstante (37%) und Dämpfungskonstante

Halbwertszeit (50%)\(t_{1/2}= \tau\cdot ln2 = 0,693\tau\)

Ausbreitungsgeschwindigkeit \(v={\Delta x \over \Delta t} = \lambda \cdot f = {\lambda \over t}; c= \lambda \cdot f\)

Frequenz der ersten Grundschwingung im Gehörgang 3kHz (Länge Gehörgang 2,5cm) 

Grundharmonische Schwingung bei \({1\over4} \lambda\), weitere harmonische Schwingungen bei jeweils \(\dots+{1\over2}\lambda\)

Transportierte Energie:\(E\sim A_0^2; E\sim f^2; I = {E\over A\cdot t} = {P\over A}[I] Watt/m^2\)

Schallwellen

Schallintensität (Schalldruck)

Schallintensitätspegel

Lautstärkepegel

Ultraschall >20kHz

Infraschall <20kHz

Schallgeschwindigkeit: Luft 330m/s; Wasser 1500m/s; Knochen 3500m/s

Die Frequenz von Schallwellen bleibt beim Übergang zwischen verschiedenen Medien konstant.

Hörgrenze\(10^{-5}Pa\)

Schallintensität:\(I_{Schall}\sim p_0^2; I_{Schall}\sim p_{eff}^2\)

Impedanz:\( I_{Schall}= {p_{eff}^2\over z};[z]{Ns\over m^3} = {Pa\cdot s\over m}\)

Schallintensitätspegel:\(L_1=10\cdot log{I \over I_0};I_0 = 10^{-12} {W\over m^2}\)

\(L_p=10\cdot log{p_{rechts}^2 \over p_{links}^2} = L_p=10\cdot log({p_{rechts} \over p_{links}})^2=L_p=2\cdot 10\cdot log{p_{rechts} \over p_{links}} = L_p=20\cdot log{p_{rechts} \over p_{links}}\)

Die Schallintensität folgt dem quadratischen Abstandsgesetz. Eine Verdoppelung der Intensität entspricht 3Phon. Bei einer Verdoppelung des Abstandes zur Schallquelle folgt daraus eine Senkung um 6Phon

Schmerzgrenze \(1{Watt \over m^2} = 120dB\)

normaler Hörbereich\(10^{-2}{Watt \over m^2}-10^{-10}{Watt \over m^2} = 20dB-120dB\)

Hörgrenze\(10^{-12}{Watt \over m^2} = 0dB\)

Die Dezibel Skala entspricht bei 1kHz der Phon Skala

Étudier