Physik ES
Physik Formelsammlung
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Cartes-fiches
Elektromagnetische Wellen
Licht ist eine transversale Welle
c = 300 000km/s = 3x10^8 m/s
Röntgenstrahlung/Gamma Strahlung= <1nm
UV <380nm
Sichtbares Licht:380nm Violett; 420nm Blau; 530nm Grün; 570nm Gelb; 615nm Orange;630nm Rot
Infrarot >750nm
Mikrowellen mm-cm
Radiowellen cm - km
Optik
Brechungsindex
Reflexions und Brechungsgesetz
Totalreflexion
Prisma
Brechungsindex\(\lambda_n ={c_n \over f}={\lambda_0 \over n}\)
Reflexions und Brechungsgesetz\({sin\alpha\over sin\beta} = {c_1\over\ c_2} ={{c_0\over n_1}\over {c_0\over n_2}} ={n_2 \over n_1}\)
Totalreflexion findet nur vom optisch dichteren in das optisch dünnere Medium statt. Bei der Totalreflexion wird der Lichtstrahl 90° zum Lot gebrochen sobald der Grenzwinkel erreicht wird, wird der Winkel noch größer findet nur noch Reflexion statt.\(Wasser \space \alpha_c = 48,75°\)
\(n_1 \cdot sin \alpha = n_2 \cdot sin \beta\)
Im optisch dichteren Medium wird der Strahl zum Lot hin gebrochen.
Im Wasser wird das Licht an der Korneavorderfläche weniger stark gebrochen, man kann nicht mehr scharf sehen.
Im Prisma wird blaues Licht(kurze Wellenlänge) stärker gebrochen als rotes Licht(lange Wellenlänge).
Brechkraft (Addition)
Abbildungen von Linsen
Abbildungsgleichung
Vergrößerung
Brechkraft \(Brechkraft \space D={1\over f} \space bzw.\space Brennweite\space f= {1\over D}\)
Addition: \(D_{ges} = D_1+D_2+D_3\dots+ = {1\over f_1}+{1\over f_2}+{1\over f_3}\dots+\)
Zerstreuungslinse: Brennpunktstrahl wird beim Durchgang durch die Linse zum Parallelstrahl
Konvexe Linse: Liegt ein Gegenstand um eine doppelte Brennweite von der Linse entfernt, resultiert ein gleich großes, reeles und invertiertes Bild auf der anderen Seite der Linse.
Konvexe Linse: Liegt ein Gegenstand genau im Brennpunkt einer Linse wird kein Bild erzeugt, es befindet sich im unendlichen und kann mit entspanntem Auge betrachtet werden.
Gegenstandsweite, Bildweite, Vergrößerung für Sammellinsen
g>2f # f
*** g=2f # b = 2f # gleich groß, reel, invertiert ***
2f > g > f # b > 2f # vergrößert, reel, invertiert
*** f = g # b = unendlich # kein Bild (Bild im unendlichen) ***
g b > f # vergrößert, virtuell, aufrecht
\({1\over g}+{1\over b}={1\over f} ; V={B\over G}={b\over g}\)
Akkomodationsbreite
Vergrößerung einer Lupe
Vergrößerung eines Mikroskopes
Numerische Aperatur
Auflösungsvermögen
Akkomodationsbreite\(A = {1\over L_{Nah}}-{1\over L_{Fern}};[A]=dpt\)
Vergrößerung einer Lupe\(V_{Lupe} = {0,25m\over f}\)
Vergrößerung eines Mikroskopes\(V_{Mik} = V_{Ob} \cdot V{Ok} = {0,25m\over f_{ob}} \cdot {t\over f_{Ok}}; t=Tubuslänge \)
numerische Apertur: Öffnungswinkel des Objektivs, je größer, desto höher die Auflösung \(n\cdot sin\alpha\)
Auflösungsvermögen: \(R = {1\over D_{min}} = {A\over \lambda} = {n\cdot sin \alpha\over \lambda} \rightarrow d_{min} = {\lambda \over n\cdot sin\alpha}\)
Photometer
Lambert-Beer-Gesetz
Lambert-Beer-Gesetz \(I(\lambda,d)=I_0(\lambda)\cdot 10 ^{-\varepsilon(\lambda)cd};\varepsilon = molarer\space Extinktionskoeffizient\)
Transmission : \(T={I\over I_0}={10^{-\varepsilon cd}}\)
Absorption : \(A= -log \cdot T=-log \cdot{I\over I_0}=\varepsilon cd\)
Extinktion : \(***E= log \cdot{I_0\over I}=\varepsilon cd ***\)
Lichtmenge
Lichtstrom***
Beleuchtungsstärke
Lichtstärke
Lichtmenge (lm s)
Lichtstrom*** Strahlungsleistung \(\Phi\)oder P; [P] lm s/s, lm
Beleuchtungsstärke lux [lux] lm/m²
Lichtstärke cd Abgegebene Lichtmenge in eine bestimmte Richtung währende einer Zeit t
Leuchtdichte cd/m²
Radioaktivität
Zerfall
Halbwertszeit
\(\alpha-Zerfall:{}^A_ZX\rightarrow {}^{A-4}_{Z-2}Y+{}^4_2He^{2+}\)
\({}^{226}_{\space\space88}Ra\rightarrow {}^{222}_{\space\space86}Rd+{}^4_2He^{2+}\)
\(\beta^--Zerfall:{}^A_ZX\rightarrow {}^{\space\space\space\space\space A}_{Z+1}Y+\beta^-+\overline{v}\)
\({}^{40}_{19}K\rightarrow {}^{40}_{20}Ca+{}^{\space\space\space0}_{-1}e^-+\overline{v}\)
\(\beta^+-Zerfall:{}^A_ZX\rightarrow {}^{\space\space\space\space\space A}_{Z-1}Y+\beta^++{v}\)
\({}^{30}_{15}P\rightarrow {}^{30}_{14}Si+{}^{0}_{1}e^++\overline{v}\)
\(\gamma-Zerfall:{}^{137}_{55}Cs^* \rightarrow {}^{137}_{56}Ba+{}^{\space\space\space0}_{-1}e^-+\overline{v}+\gamma(0,6MeV)\)
Halbwertszeit:\(t_{1/2};50\%,25\%,12,5\%,6,25\%,3,13\%,1,56\%,0,78\%,0,39\%,0,2\%0,1\%\)
Zerfallskonstante
Halbwertszeit
Biologische Halbwertszeit
Bequerel
PET
Paarvernichtung
Zerfallskonstante\(N(t) = N_0e^{-\lambda\tau};ln({N(t)\over N_0}) = -\lambda\tau; [\lambda]1/s\)
Halbwertszeit:\(t_{1/2}={ln2\over\lambda}=\tau\cdot ln2; \lambda={ln2\over t_{1/2}}={0,693\over t_{1/2}}\)
Biologische Halbwertszeit: \({1\over t_{eff}}={1\over t^p_{1/2}}+{1\over t^b_{1/2}} \rightarrow {t_{eff}}={{ t^p_{1/2}}\cdot{ t^b_{1/2}}\over t^p_{1/2}1+ t^b_{1/2}}\)
1Bq = 1Zerfall/s
Bei der PET zerfällt F18 unter Abgabe von Positronen zu O18, außerdem entstehen durch Paarvernichtung 2 Gamma-Quanten die dann registriert werden können.
Röntgenstrahlen
Grenzwellenlänge
Strahlenwirkung
\(E_{max} = eU = hf_{max} \rightarrow f_{max} = {eU\over h}\)
\(\lambda_{min} = {c\over f_{max}}= {hc\over eU}\)
Zwischen Anode und Kathode einer Röntgenröhre liegt eine Spannung von 0,1MV(Hochspannung)
Beim Abbremsen wird die Bewegungsenergie als Bremsstrahlung frei.
Die charakteristische Röntgenstrahlung hängt vom Targetmaterial ab.
Strahlenwirkung
Absorptionskoeffizient (Lambert-Beer-Gesetz der Optik)
Strahlendosis Gray
Absorptionskoeffizient: \({I(d)\over I_0} = e^{-\mu d};\mu = linearer\space Absorptionskoeffizient\)
\(Halbwertsdicke:d_{1/2}={ln2\over \mu}\)
Strahlendosis: \(Dosis = {\frac{absorbierte\space Energie}{Masse}}=\frac{E}{m};[D]Gray(Gy) = J/kg\)
Dosisleistung : Gy/min Gy/a etc.
Äquivalentdosis: [H]Sievert, 1Sv = 1J/kg, ein Gewichtsfaktor w wird eingeführt um die Wahrscheinlichkeit von Strahlenschäden an Organen auszudrücken.
Äquivalentdosisleistung: Sv/min Sv/a etc.