Experimentalphysik 1 - Cheatsheet.pdf

Experimentalphysik 1 - Cheatsheet

Newtonsche Gesetze Definition: Drei grundlegende Gesetze zur Beschreibung der Bewegung von Körpern (Kraft und Reaktion in der Mechanik). Details: 1. Gesetz (Trägheitsgesetz): Ein Körper bleibt in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung, solange keine resultierende Kraft auf ihn wirkt. 2. Gesetz (Aktionsprinzip): Die Beschleunigung eines Körpers ist proportional zur auf ihn wirkenden Kraft: \( \textbf...

Newtonsche Gesetze

Definition:

Drei grundlegende Gesetze zur Beschreibung der Bewegung von Körpern (Kraft und Reaktion in der Mechanik).

Details:

1. Gesetz (Trägheitsgesetz): Ein Körper bleibt in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung, solange keine resultierende Kraft auf ihn wirkt.
2. Gesetz (Aktionsprinzip): Die Beschleunigung eines Körpers ist proportional zur auf ihn wirkenden Kraft: $F = m a$
3. Gesetz (Reaktionsprinzip): Kräfte treten immer paarweise auf, Aktion = Reaktion: $F_{1} = - F_{2}$ .

Erster und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Definition:

Erster und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik beschreiben die Energieerhaltung und die Entropiezunahme in thermodynamischen Systemen.

Details:

Erster Hauptsatz (Energieerhaltung): $d U = d Q - d W$ U: Innere Energie, Q: Wärme, W: Arbeit
Zweiter Hauptsatz (Entropie): $d S \geq 0$ S: Entropie

Harmonische Schwingungen

Definition:

Periodische Bewegungen, bei denen die rücktreibende Kraft proportional zur Auslenkung ist.

Details:

Bewegungsgleichung: $m \ddot{x} + k x = 0$
Lösung: $x (t) = A \cos (ω t + ϕ)$
Winkelgeschwindigkeit: $ω = \sqrt{\frac{k}{m}}$
Periode: $T = \frac{2 π}{ω}$
Darstellung mit komplexen Zahlen: $x (t) = R e [A e^{i (ω t + ϕ)}]$

Geometrische Optik

Definition:

Geometrische Optik behandelt die Ausbreitung von Lichtstrahlen und ihre Wechselwirkungen mit optischen Medien. Hauptkomponenten sind Reflexion, Brechung und Abbildungen durch Linsen und Spiegel.

Details:

Lichtstrahlmodell: Licht als gerade Linien
Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Ausfallswinkel
Brechungsgesetz (Snell'sches Gesetz): $n_{1} \sin θ_{1} = n_{2} \sin θ_{2}$
Brennweite von Linsen: $\frac{1}{f} = (n - 1) (\frac{1}{R_{1}} - \frac{1}{R_{2}})$
Linsengleichung: $\frac{1}{f} = \frac{1}{d_{o}} + \frac{1}{d_{i}}$
Vergrößerung: $M = \frac{d_{i}}{d_{o}}$

Coulombsches Gesetz

Definition:

Gesetz der elektrostatischen Anziehung bzw. Abstoßung zwischen zwei Punktladungen.

Details:

Kraft zwischen zwei Punktladungen: $F = k_{e} \frac{| q_{1} q_{2} |}{r^{2}}$
k_e: Coulomb-Konstante ( $8, 9875 \times 10^{9} {Nm}^{2} / C^{2}$ )
q_1 und q_2: Ladungen (in Coulomb)
r: Abstand zwischen den Ladungen (in Metern)
F: Kraft (in Newton)
Richtung der Kraft: entlang der Verbindungslinie der beiden Ladungen

Erhaltungssätze (Energie, Impuls, Drehimpuls)

Definition:

Erhaltungssätze sind fundamentale Prinzipien der Physik, die besagen, dass bestimmte physikalische Größen in abgeschlossenen Systemen zeitlich konstant bleiben.

Details:

Energieerhaltung: Gesamtenergie bleibt konstant: $E_{t o t a l} = k o n s t a n t$
Impulserhaltung: Gesamtimpuls bleibt konstant: ${\vec{p}}_{t o t a l} = k o n s t a n t$
Drehimpulserhaltung: Gesamtdrehimpuls bleibt konstant: ${\vec{L}}_{t o t a l} = k o n s t a n t$

Quanteneffekte in der Thermodynamik

Definition:

Quanteneffekte beeinflussen thermodynamische Systeme bei niedrigen Temperaturen und kleinem Volumen entscheidend.

Details:

Relevanz bei tiefen Temperaturen und kleinen Dimensionen
Berücksichtigen des Zustandsraums und der Energiequantisierung
Bose-Einstein-Kondensat: Zustand, in dem Bosonen den gleichen Grundzustand besetzen
Fermionen folgen dem Pauli-Prinzip: keine zwei Fermionen im gleichen Quantenzustand
Quantenstatistiken: Bose-Einstein-Statistik und Fermi-Dirac-Statistik

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Newtonsche Gesetze

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Erster und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

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Harmonische Schwingungen

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Geometrische Optik

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Coulombsches Gesetz

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Erhaltungssätze (Energie, Impuls, Drehimpuls)

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Quanteneffekte in der Thermodynamik

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Erster und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

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