Gespeichert in:
| Titel: | Physik für Mediziner, Biologen, Pharmazeuten |
|---|---|
| Von: |
Alfred Trautwein ; Uwe Kreibig ; Jürgen Hüttermann
|
| Person: |
Trautwein, Alfred
1940-2019 Verfasser aut Kreibig, Uwe Hüttermann, Jürgen |
| Vorheriger Titel: | Physik für Mediziner, Biologen, Pharmazeuten |
| Hauptverfassende: | , , |
| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
de Gruyter
2004
|
| Ausgabe: | 6., neu bearb. Aufl. |
| Schriftenreihe: | De-Gruyter-Lehrbuch
|
| Notation: | UC 100 |
| Schlagwörter: | |
| Medienzugang: | http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=012997126&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA |
| Beschreibung: | 5. Aufl. u.d.T.: Physik für Mediziner, Biologen, Pharmazeuten |
| Umfang: | XII, 442 S. Ill., graph. Darst. 24 cm |
| ISBN: | 3110178397 |
Internformat
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Einleitung
1
Mechanik
3
i.
Raum und Zeit 3
2.2.7.6
Stabiles, indifferentes und labiles
li
Physikalische Größen und
Gleichgewicht; Standfestigkeit 28
Einheiten 3
2.2.8
Impuls und Drehimpuls 29
l.i.i
Länge als Beispiel 3
2.2.9
Reibung 30
1.1.2
Basiseinheiten des internationalen
1.1.3
Einheitensystems 4
Längenmessung 7
3.
Arbeit, Energie. Leistung 32
1.1.4
Zeitmessung 9
3.1
Ein Beispiel für den Begriff
1.1.5
Winkelmaße 10
Arbeit 32
1.2
Bewegungen im Raum 11
3.2
Energieformen 33
1.2.1
Geschwindigkeit 11
3.3
Leistung, Wirkung 36
1.2.2
1.2.3
Beschleunigung 13
Kreisbewegung 14
4.
Erhaltungssätze 37
1.2.4
Berechnung des Weges aus
4.1
Energieerhaltungssatz 37
Geschwindigkeit und
4.2
Impulserhaltungssatz 38
Beschleunigung 16
4.3
Der Stoß als Beispiel für Energie-
und Impulserhaltung 39
4.4
Drehimpulserhaltungssatz 40
2.
Masse und Kraft 18
s
Mechanische Eigenschaften
von Stoffen 41
2.1
Die träge Masse 18
nJrn
2.2
Wirkung von Kräften 19
5.1
Wechselwirkungen zwischen
2.2.1
Newtonsche Axiome 19
Atomen und Molekülen 42
2.2.2
Verschiedene Arten von
5.1.1
Bindungsarten 42
Kräften 20
5.1.2
Molekulares Bild der Aggregat¬
2.2.2.1
Gravitation 20
zustände 44
2.2.2.2
2.2.2.3
2.2.3
2.2.4
Trägheitskraft 22
Zentrifugal- und Zentripetalkraft 22
Statisches und dynamisches Gleich¬
gewicht von Kräften 23
Schwerelosigkeit 23
5.2
5.2.1
5.2.2
Makroskopische mechanische
Eigenschaften von Festkörpern 47
Homogene Körper 47
Verformung von festen Körpern
unter dem Einfluß von Kräften 47
2.2.5
Dynamometer (Kraft einer gespann¬
ten Feder) 24
5.3
Makroskopische mechanische
2.2.6
Druck (Kraft auf eine Räche) 24
Eigenschaften von Flüssigkeiten 50
2.2.7
Drehmoment 24
5.3.1
Grenzflächen 50
2.2.7.1
Trägheitsmoment 25
5.3.2
Hydrostatik 53
2.2.7.2
Kräftepaar 25
5.3.2.1
Kapillarität 53
2.2.7.3
Hebel 26
5.3.2.2
Druck in Flüssigkeiten 55
2.2.7.4
Schwerpunkt 27
5.3.3
Hydrodynamik 60
2.2.7.5
Die Hebelwaage 28
5.3.3.1
Die Kontinuitätsgleichung 60
Vili
Inhalt
5.3.3.2 Zähe Flüssigkeiten 62
5.3.3.2.1 Viskosität 62
5.3.3.2.2 Laminare Strömung 64
5.3.3.2.3 Turbulente Strömung 67
5.3.3.2.4 Strömungsgesetze und Blut¬
kreislauf 68
Mechanisch©
und Welten
71
6. Schwingungen________________71
6.1 Pendel als mechanisches
schwingungsfähiges System 72
6.2 Differentialgleichung der
ungedämpften Schwingung 73
6.3 Gedämpfte Schwingungen 75
6.4 Erzwungene Schwingungen 77
6.5 Anharmonische Schwingungen 78
6.5.1 Überlagerung von harmonischen
Schwingungen 79
6.5.2 Zerlegung anharmonischer Schwin¬
gungen in harmonische Teilschwin¬
gungen 80
6.5.3 Schwebung 80
6.6 Gekoppelte Pendel 81
6.6.1 Zwei gekoppelte Pendel 81
6.6.2 Übergang von der Pendelkette zu
Eigenschwingungen ausgedehnter
Körper 82
7.
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
7.10
7.11
7.12
Wellen Teil
und Akustische Wellen___
84
Ausbreitung von Schwingungen
in Wellenfeldern 85
Beschreibung von Wellen¬
feldern 87
Der Doppler-Effekt 94
Gedämpfte Wellen 96
Anharmonische Wellen:
Schallwellen als Beispiel 98
Überlagerung von Wellen,
Interferenz 100
Das Huygens sche Prinzip 101
Wellen an der Grenzfläche zwischen
verschiedenen Medien 102
Stehende Wellen 104
Schallempfindungen: Akustik
der Musik 107
Stimme und Gehör beim
Menschen 109
Ultraschall 111
Wärmelehre
Ut
8. Wärme und Temperatur___
8.1 Einleitung 117
8.2 Wärmeenergie 117
8.3 Wärmekapazität 118
8.4 Temperaturskalen 119
8.5 Temperatur-Meßgeräte 120
8.5.1 Ausdehnungsthermometer 120
8.5.2 Thermoelement 121
8.5.3 Widerstandsthermometer 122
8.5.4 Digitalthermometer 122
9. Ideale Gase_____________
9.1 Zustandsgrößen, Zustands-
gleichung 123
123
. 117 9.2 Zustandsänderungen 123
9.3 Adiabatische Zustands-
gleichungen 124
9.4 Zustandsgieichung von Gas¬
gemischen 124
10. Kinetische Gastheorie________125
10.1 Gasdruck 125
10.2 Kinetische Energie und
Temperatur 126
10.3 Freiheitsgrade und
Gleichverteilungssatz 126
10.4 Geschwindigkeitsverteilung 127
10.5 Volumenarbeit 129
10.6 Wärmekapazität von Gasen 129
Inhalt
IX
11.
Reale Gase, Van der Waals schc
13.3
Zustandsgieichung 130
13.3.1
12.
Hauptsätze der Wärmelehre 132
13.3.2
12.1
Innere Energie 132
13.3.3
12.2
Der 1. Hauptsatz der Wärme¬
13.3.4
lehre 133
13.3.5
12.3
Reversible und irreversible
13.3.6
Prozesse 133
13.3.7
12.4
Entropie 135
13.3.7.1
12.5
Der 2. Hauptsatz der Wärme¬
13.3.7.2
lehre 136
13.3.7.3
12.6
Energiebilanz beim lebenden Orga¬
13.3.7.4
nismus 136
13.3.7.5
13.
Thermodynamische Eigenschaften
von Stoffen 138
13.1
Thermische Ausdehnung 138
13.3.7.6
13.2
Wärmeübergang, Wärmetrans¬
port 138
Stoffgemische 140
Gehaltsangaben von Lösungen 140
Echte Lösung, kolloidales System,
grobe Dispersion 141
Henry-Daltonsches Gesetz 142
Hydratation, Solvatation 142
Diffusion 143
Osmose 143
Phasenübergänge 145
Umwandlungswärmen 145
Lösungswärmen 146
Reaktionswärmen 147
Dampfdruck 147
Dampfdruckerniedrigung,
Siedepunkterhöhung und Gefrier¬
punktserniedrigung 149
Koexistenz von Phasen, Phasen¬
gleichgewichte 150
Etektrizitätsfehre
14.
Elektrische und magnetische
14.7
Größen 153
14.7.1
14.1
Vorbemerkung 153
14.7.2
14.2
Ladung 153
14.2.1
Ladungsmenge 153
14.7.3
14.2.2
Kraft zwischen elektrischen
14.7.4
Ladungen 154
14.3
Spannung 155
14.7.5
1476
14.3.1
Definition der Spannung 155
14.3.2
Spannungsquellen 156
14.7.7
14.4
Strom 157
14.5
Widerstand, Leitwert 159
14.8
1
14.5.1
Leiter, Nichtleiter 159
14.8.1
14.5.2
Spezifischer Widerstand, spezifische
14
Leitfähigkeit 159
14.5.3
Strom-Spannungs-Kennlinie
14.8.3
von Leitern 160
14.8.4
14.6
Netzwerke 161
14.8.5
14.6.1
Schaltbilder 161
14.8.6
14.6.2
Innenwiderstand einer Spannungs¬
quelle 162
14.8.7
14.6.3
Kirchhoffsche Gesetze des elek¬
14.8.8
trischen Stromes 163
153
Elektrostatisches Feld 164
Kraftwirkung auf eine Ladung im
Feld 164
Arbeit und Energie im elektrischen
Feld 166
Kondensator und Kapazität 167
Kräfte auf einen Dipol im
Feld 168
Materie im Feld 169
Energieinhalt des elektrischen
Feldes 172
Piezo- und Pyroelektrizität 172
Magnetfeld 172
Feldstärke und magnetische Induk¬
tion 173
Kräfte auf einen magnetischen
Dipol 176
Lorentz-Kraft 176
Induktions Vorgänge 178
Selbstinduktion 179
Energiegehalt des magnetischen
Feldes 180
Lenzsche Regel 180
Magnetfelder des menschlichen
Körpers 181
X
Inhalt
14.9 Zeitabhängige Spannungen
und Ströme 181
14.9.1 Ein- und Ausschaltvorgänge 181
14.9.1.1 Einschalt- und Ausschaltvorgang
beim Kondensator 181
14.9.1.2 Ein- und Ausschaltvorgang bei der
Spule 183
14.9.2 Sinusförmige Wechselspannungen
und Wechselströme 184
14.9.3 Dreiphasen-Spannung,
Drehstrom 186
14.9.4 Nicht-sinusförmige
Wechselspannungen, Spannungs¬
impulse 186
14.9.5 Wechselstrom-Kreise 187
14.9.5.1 Kapazitiver Widerstand 187
14.9.5.2 InduktiverWiderstand 188
14.9.5.3 Wechselstromkreise mit Ohmschem,
kapazitivem und induktivem
Widerstand 189
14.9.6 Resonanz-Schwingkreise 190
14.9.7 Elektromagnetische Wellen 191
14.9.7.1 Ausbreitungsgeschwindigkeit elek¬
tromagnetischer Wellen 195
14.9.7.2 Ausbreitungsrichtung elektromagne¬
tischer Wellen 195
14.9.7.3 Maxwellsche Gleichungen 195
14.9.8 Leistung des elektrischen
Stroms 196
15. Mikroskopische elektrische
Vorgänge__________________198
15.1 Biologische Potentiale 198
15.1.1
15.1.2
15.2
15.2.1
15.2.2
15.2.3
15.2.4
15.3
15.3.1
15.3.2
15.3.3
15.3.4
16.
16.1
16.1.1
16.1.2
16.1.3
16.1.4
16.1.5
16.1.6
16.1.7
16.2
16.2.1
16.2.2
16.2.3
16.2.4
Entstehung von Spannungen an
Grenzflächen 198
Summenpotentiale 201
Mechanismen der Strom¬
leitung 202
Stromleitung im Vakuum 202
Stromleitung in Gasen 204
Stromleitung in Elektrolyten 205
Stromleitung in Festkörpern 211
Halbleiterelektronik 215
Halbleiterdiode 215
Transistor 216
Feldeffekt-Transistor 217
Digitalelektronik 217
Elektrische Geräte
220
Meßgeräte 220
Das Drehspul-Meßwerk 221
Das Digital-Meßgerät 222
Messung von Strom und
Spannung 223
Elektronenstrahl-Oszilloskop
(Oszillograph) und Bildschirm 226
Analoge Ladungsmessung 230
Messung von Ohmschen Wider¬
ständen 230
Rauschen 231
Technische elektrische Geräte
Dynamo-Maschine 231
Elektro-Motor 232
Transformator 233
Sender und Empfänger 234
231
Optik
17.
Optische Strahlung 239
17.8
17.1
Einleitung 239
i T
17.2
Licht-Meßgrößen 240
17.9
17.3
Strahlungsquellen 242
17.4
Bohrsches Atommodell 242
17.10
17.5
Emission von Licht aus
Atomen 245
17.10.1
17.6
Kohärenz, spontane und induzierte
Emission 247
17.10.2
17.7
Das Emissionsspektrum der
17.11
Atome 249
239
Absorption von Licht in
Atomen 251
Emission und Absorption glühender
Stoffe 251
Temperaturstrahlung und Tempera¬
turgleichgewicht 252
Thermische Emission und Absorp¬
tion 253
Strahlungsgesetze 255
Fluoreszenz, Phosphoreszenz,
Lumineszenz 257
Inhalt
XI
17.12 LASER (Light
Stimulated
tion) 258
17.12.1 Funktionsweise und Eigen¬
schaften 258
17.12.2 Laser in der Medizin 261
18. Wellen Teü H: Wellenoptik____264
18.1 Interferenz von Wellen 264
18.1.1 Interferenzfähigkeit 264
18.1.2 Anwendung der Interferenz:
Die Interferometrie 266
18.1.3 Holografie 268
18.2 Beugung elektromagnetischer
Wellen 270
18.2.1 Beugung an Spalten 270
18.2.2 Das Beugungsgitter 273
18.2.3 Beugung an kreisförmigen Blenden
(Beugungsunschärfe) 274
18.2.4 Beugung von Röntgenstrahlen 276
18.3 Ausbreitung elektromagnetischer
Wellen in Materie 277
18.3.1 Der Brechungsindex und das
Brechungsgesetz 277
18.3.2 Das Absorptionsgesetz 279
18.3.3 Der Zusammenhang zwischen
Absorption und Dispersion 281
18.3.4 Dichroismus und Doppel¬
brechung 281
18.3.5 Spannungsdoppelbrechung 283
18.4 Spektralanalyse 283
18.4.1 Lambert-Beersches Gesetz 284
18.4.2 Extinktion kolloidaler Systeme 285
18.5 Polarisation elektromagnetischer
Wellen 286
18.5.1 Polarisationszustand 286
18.5.2 Erzeugung und Untersuchung von
linear polarisiertem Licht 288
18.5.3 Optische Aktivität und Faraday-
Effekt 291
18.6 Materiewellen 292
19. Geometrische Optik_________ 294
19.1 Lichtausbreitung 295
19.2 Optische Symbole, Strahlengänge
und Bilder 296
19.3 Gesetze der Geometrischen
Optik 297
19.3.1 Reflexion 297
19.3.2
19.3.3
19.3.4
19.3.5
19.3.6
19.3.7
19.4
19.4.1
19.4.2
19.4.3
19.4.4
19.4.5
19.4.6
19.4.7
19.4.8
19.4.9
19.4.10
19.4.11
19.5
19.5.1
19.5.2
19.5.3
19.5.4
19.5.5
19.5.6
20.
20.1
20.2
20.3
20.4
20.5
20.6
20.7
20.8
20.9
Abbildung durch Spiegel 298
Brechung 299
Intensitäten von gebrochenem und
reflektiertem Strahl 300
Zerlegung von Licht in seine Spek¬
tralfarben mit Hilfe des Prismas 301
Totalreflexion 301
Optoelektronik 303
Abbildung mit Linsen 304
Abbildung durch brechende
Flächen 304
Die Abbildungsgleichung für eine
brechende Fläche 306
Spezialfälle der Abbildungs¬
gleichung 307
Die Abbildungsgleichung für eine
Linse 307
Klassifizierung von Linsen 308
Die Abbildungsgleichung für ein
System aus zwei Linsen 309
Kardinalelemente von dicken
Linsen und Linsensystemen 310
Konstruktion von Strahlen¬
gängen 311
Optische Vergrößerung 313
Die Schärfentiefe
(Tiefenschärfe) 313
Abbildungsfehler 314
Das Auge 316
Optische Abbildung im Auge 317
Fehlsichtigkeit 318
Empfindlichkeit 319
Bildverarbeitung 319
Farbsehen 321
Vergrößerung bei Betrachtung mit
dem Auge 323
Einige abbildende und spektro¬
skopische Instrumente________324
Lupe 324
Projektions-Apparate 324
Lichtmikroskop 325
Elektronenmikroskop 330
Raster-Sonden-Mikroskopie
Fernrohr 335
Photometer 335
Strahlungsmeßgeräte 337
Kamera 340
334
XII
Inhalt
Atomkerne, Ionisierende Strahlung
21.1 Atomkerne 343
21.1.1 Elementarteilchen 343
21.1.2 Aufbau der Atomkerne 344
21.1.3 Kernmagnetische Resonanz 346
21.2 Radioaktivität 348
21.2.1 Kernumwandlungen 348
21.2.2 Natürliche Radionuklide 351
21.2.3 Zerfallsgesetz 353
21.2
21.2.5 Wechselwirkung energiereicher gela¬
dener Teilchen mit Materie 355
21.2.6 Wechselwirkung von Neutronen mit
Materie 357
21.2.7 Strahlungsdetektoren 357
21.2.8 Medizinische Anwendung von
Radionukliden 360
21.2.9
21.2.10
21.3
21.3.1
21.3.2
21.3.3
21.3.4
21.4
21.5
Kernspaltung und Kernfusion 364
Künstliche Kernumwandlung,
Aktivierung 365
Röntgenstrahlen 366
Bremsstrahlung, charakteristische
Strahlung 366
Erzeugung ultraharter Röntgen¬
strahlung durch Teilchen¬
beschleuniger 369
Wechselwirkung von Röntgen- und
Gammastrahlung mit Materie 370
Röntgenbildaufnahmen 373
Dosimetrie
Bemerkungen zum Strahlen¬
schutz 377
Regelung, Steuerung, Informationsübertragung 3Pt§
22. Regelung und Steuerung______379 23. Informationsübertragung______381
Anhang
A.1
A.2
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.3
Mathematische Beschreibung physi¬
kalischer Zusammenhänge____383
Fehlerabschätzung
384
Größenordnungsmäßige Angabe
von Meßfehlern 385
Ursachen von Fehlern 386
Fehler durch die Me߬
apparatur 386
Fehler durch das Meßobjekt 386
Methoden der Fehler¬
abschätzung 386
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.4
A.3
A.4
A.5
A.6
A.7
A.8
Meßfehler der Einzelgröße
Fehlerfortpflanzung 389
Fehler einer Funktion 390
Signifikanz-Tests 391
Rechnen mit Vektoren _
Das Exponentialgesetz _
Weitere mathematische
Beziehungen_________
387
Einige Naturkonstanten_
Aufgaben____________
Lösungen ____________
.392
.394
.396
.399
400
410
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Inhaltsverzeichnis
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