Physik - UZH

Physik für 1. Semester Medizin

Physik für 1. Semester Medizin


F. M.
Diese Lernkarten decken grundlegende und fortgeschrittene Konzepte der Physik ab, die für Universitätsstudenten relevant sind. Sie behandeln Themen wie Energie, Wellen, Licht, Optik, und elektromagnetische Phänomene, einschließlich Brechung, Reflexion, und Interferenz. Die Karteikarten enthalten auch praktische Anwendungen wie die Funktionsweise von Mikroskopen, Kameras, und die Erzeugung von Röntgenstrahlen. Studenten der Physik profitieren von diesen Karten, da sie komplexe Themen in verständliche Konzepte aufschlüsseln und so das Verständnis vertiefen.
Flashcards
195
Students
3
Language
German
Category
Physics
Level
University
Created / Updated
14.12.2015 / 29.06.2017

Flashcards

Zentrifuge (typische Werte)

Elementarladung

e = 1.6 · 10-19 C

Proton: +e

Elektron: -e

Ladungsmenge Q

Q = ± n · e

Ladungsmengen sind Vielfache der Elementarladung e

elektrischer Leiter

Stoff mit frei beweglichen Ladungssträgern

Nichtleiter (Isolator)

Stoff ohne bewegliche Ladungsträger

Das elektrische Feld

\(\vec E = {\vec F \over q}\)

\(\vec F = q · \vec E\)     (Kraft, die auf eine positive Probeladung ausgeübt wird)

Elektrisches Feld für Punktladung Q

Aus dem Coulomb - Gesetz folgt:

\(\vec E = {1 \over 4·\pi·\epsilon_0} · {Q \over r^2}\)

elektrische Feldlinien

gehen immer von positiv nach negativ

entspricht dem Bewegungspfad einer positiven Testladung im E-Feld

elektrisches Dipolmoment

Sind zwei Ladungen (positiv und negativ) im Abstand d fest miteinander verbunden, gilt:

\(\vec p_e = Q · \vec d\)       [p] = 1 Debye = 3,336 · 10-30 C · m

wenn r >> d gilt: \(E_{Dipol} = k · {p_e \over r^3}\)

induzierter elektrischer Dipol

s. Bild

Arbeit

\(W = \vec F · \vec s\)     [W] = N · m = J

\(W = F · s · cos \space \alpha\)

Arbeit = Kraftkomponente in Richtung des Verschiebungsweges mal Weg

Arbeit = Kraft mal Komponente des Verschiebungsweges in Richtung der Kraft

Hubarbeit / potentielle Energie

W = m · g · h

Beschleunigungsarbeit / kinetische Energie

\(W = {1 \over 2} · m · v^2\)

\(W = \int F ·\mathrm{d} s = \int {m·v \over \mathrm{d}t} · \mathrm{d}s = \int {m·v \over \mathrm{d}t} ·\mathrm{d}v · \mathrm{d}t = \int_0^v m ·v ·\mathrm{d}v \)

Leistung

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

\(P = {\mathrm{d}W \over \mathrm{d}t}\)

konservative Kräfte

Für konservative Kräfte gilt:

\(\oint F(r) · \mathrm{d}r = 0\)

(Die Arbeit entlang eines geschlossenen Weges ist gleich 0)

dissipative Kräfte

Die Arbeit wächst mit der Länge des Weges.

Beispiel: Reibungskraft

Energieformen (chemische Energie / elektrische Energie / Kernenergie / Wärmeenergie)

chemische Energie: elektromagnetische Energie der Lage von Atomen und Molekülen

elektrische Energie: elektromagnetische Energie der Lage von Ladungen und magnetischen Dipolen

Kernenergie:            Energie der Lage in den Feldern der Bausteinen der Atomkerne (Nukleonen)

Wärmeenergie:        Schwingungsenergie von Atomen

Erhaltungsgrössen

(Dreh-) Impuls

Energie

Ladung

Anzahl der Teilchen

elektrische Spannung

\(U = {Arbeit \over Ladung} = {W \over q}\)   [U] = J / C = V

\(W = q · E·s = q · E(x_2 - x_1)\)      (Verschiebungsarbeit)

Äquipotentialflächen

· Flächen konstanter Spannung

· stehen senkrecht auf Feldlinien

Potentialverlauf in der Umgebung einer Punktladung

s. Bild

Elektronenvolt

1eV = 1,6 · 10-19 J

(kinetische Energie eines Elektrons nach dem Durchlaufen einer Potentialdifferenz von 1 Volt)

Zustand eines Systems (Thermodynamik)

Gesamtheit der Eigenschaften, die durch äussere Bedingungen festgelegt sind

Zustandsgrössen (Thermodynamik)

· Druck (P)

· Volumen (V)

· Temperatur (T)

· Innere Energie (U)

· Entropie (S)

→ Sind im thermodynamischen Gleichgewicht konstant!

Temperatur (Definition, Erhaltung)

Definition: Skalare Zustandsgrösse, die den Wärmezustand eines Systems beschreibt

Erhaltung: thermische Isolation / Verbindung zu einem Wärmereservoir

Absoluter Nullpunkt

-273.16 °K

Thermische Energie

= kinetische / potentielle Energie + Rotationsenergie + Schwingungsenergie

ideales Gas

· einzelne Moleküle

· jedes Molekül hat gleiche Masse (als Punktmasse betrachtbar)

· Volumen = 0

· keine Wechselwirkungen (ausser elastischen Stössen)

→ Gesamtenergie besteht nur aus kinetischer Energie → Maxwell-Boltzmann-Verteilung der Geschwindigkeiten (s. Bild)

Gasdruck

entsteht durch elastische Stösse der Gas-Teilchen mit der Wand

\(p= {F \over A} = {\mathrm{d}p \over \mathrm{d}t \space · \space A} = {an \space die \space Wand\space abgegebener \space Impuls \over Wandfläche \space · \space Zeit}\)

\(z = {n \over 6} · v \space \space \space \space (n={N \over V})\)

\(→ p = 2mv ·z = {1 \over 3 }n·m\bar{v}^2\)

\(→ p · V = { 2 \over 3}N·{1 \over 2}m\bar{v}^2 = {2\over 3} U\)

Gesetz von Gay-Lussac

\(V(T)=V_0(1+\gamma_0[T-T_0])\)   (Volumen ist bei konstantem Druck und konstanter Stoffmenge proportional zur Temperatur)

\(\gamma_0 = {1 \over T_0} = {1 \over 273,15 \space °K}\)  (Volumenausdehnungskoeffizient)

→ Daraus folgt, dass es einen absoluten Nullpunkt geben muss, weil das Gas kein negatives Volumen annehmen kann.

ideale Gasgleichung

p · V = n · R · T

isobar

p = konstant

isotherm

T = konstant

isochor

V = konstant

Thermische Energie → Temperatur

\(p · V = {2 \over 3}U = n·RT\\ U_{molar} = {3 \over 2} RT = N_A · {1 \over 2}m \bar{v}^2 \\ {1 \over 2} m \bar{v}^2 = {3 \over 2}kT\)

Joule-Thomson-Effekt

Die Temperatur eines auströmenden Gases sinkt:

Durch die Expansion erhöht sich die potentielle Energie (s. Bild) → die kinetische Energie nimmt ab → 

\({1 \over 2} m \bar{v}^2 = {3 \over 2}kT\) → die Temperatur nimmt ab

Freiheitsgrad

Jede unabhängige Orts- oder Impulskoordinate, durch die man die Energie eines Teilchens beschreiben kann.

Pro Freiheitsgrad entfällt eine mittlere Energie von ½ k·T pro Teilchen (Äquipartitionsprinzip).

Beispiele:

· Translation: 3 Freiheitsgrade

· Rotation: 2 Freiheitsgrade

· Schwingung: 1 Freiheitsgrad

Gasdruck bei Gasgemischen

\(p_{tot} = \sum p_i\)

Diffusion im Gleichgewicht

(nicht Prüfungsstoff)

Brownsche Teilchenbewegung

\(\Delta r^2 = D · \tau\) (Einstein Beziehung)

(Die mittlere quadratische Verschiebung wächst linear mit der Zeit)

1. Fick'sches Gesetz

Diffusionsteilchenstromdichte: \(j = - D {\mathrm{d}n \over \mathrm{d}x} \space [{mol \over m^2 ·\space s}]\)

\(D = Diffusionskoeffizient \space [{m^2 \over s} ] \\ {\mathrm{d} n \over \mathrm{d}x} = Konzentrationsgradient \space [{mol \over m^4}]\)

D ist abhängig von Temperatur (Geschwindigkeit) und der mittleren freien Weglänge

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