Physik für Mediziner, Biologen, Pharmazeuten

Einleitung Mechanik I. Raum und Zeit I.1 Physikalische Größen und Einheiten 1.1 Länge als Beispiel 1.2 Basiseinheiten des internationalen Einheitensystems 1.3 Längenmessung 1.4 Zeitmessung 1.5 Winkelmaße I.2 Bewegungen im Raum 2.1 Geschwindigkeit 2.2 Beschleunigung 2.3 Kreisbewegung 2.4 Berechnung des Weges aus Geschwindigkeit und Beschleunigung II. Masse und Kraft II.1 Die träge Masse II.2 Wirkung von Kräften 2.1 Newton’sche Axiome 2.2 Verschiedene Arten von Kräften 2.3 Dynamometer (Kraft einer gespannten Feder) 2.4 Druck (Kraft auf eine Fläche) 2.5 Statisches und dynamisches Gleichgewicht von Kräften 2.6 Schwerelosigkeit 2.7 Drehmoment 2.8 Impuls und Drehimpuls 2.9 Reibung III. Arbeit, Energie, Leistung III.1 Ein Beispiel für den Begriff „Arbeit“ III.2 Energieformen III.3 Leistung, Wirkung IV. Erhaltungssätze IV.1 Energieerhaltungssatz IV.2 Impulserhaltungssatz IV.3 Stoß als Beispiel für Energie- und Impulserhaltung IV.4 Drehimpulserhaltungssatz V. Mechanische Eigenschaften von Stoffen V.1 Wechselwirkungen zwischen Atomen und Molekülen 1.1 Bindungsarten 1.2 Molekulares Bild der Aggregatzustände 1.3 Grenzflächen V.2 Makroskopische mechanische Eigenschaften von Festkörpern 2.1 Homogene Körper 2.2 Verformung von festen Körpern unter dem Einfluß von Kräften V.3 Makroskopische mechanische Eigenschaften von Flüssigkeiten 3.1 Hydrostatik 3.2 Hydrodynamik Mechanische Schwingungen und Wellen VI. Schwingungen VI.1 Pendel als mechanisches schwingungsfähiges System VI.2 Differentialgleichung der ungedämpften Schwingung VI.3 Gedämpfte Schwingungen VI.4 Erzwungene Schwingungen VI.5 Anharmonische Schwingungen 5.1 Überlagerung von harmonischen Schwingungen 5.2 Zerlegung anharmonischer Schwingungen in harmonische Teilschwingungen 5.3 Schwebung VI.6 Gekoppelte Pendel 6.1 Zwei gekoppelte Pendel 6.2 Übergang von der Pendelkette zu einfachen Eigenschwingungen ausgedehnter Körper VII. Wellen VII.1 Ausbreitung von Schwingungen VII.2 Doppler-Effekt VII.3 Gedämpfte Wellen VII.4 Anharmonische Wellen VII.5 Verhalten von Wellen an der Grenzfläche zwischen verschiedenen Medien VII.6 Überlagerung von Wellen VII.7 Stehende Wellen VII.8 Schallwellen VII.9 Schallfeldgrößen VII.10 Schallempfindungen VII.11 Stimme und Gehör beim Menschen VII.12 Ultraschall Wärmelehre VIII. Wärme und Temperatur VIII.1 Wärmeenergie VIII.2 Wärmekapazität, spezifische Wärme VIII.3 Temperaturskalen VIII.4 Temperatur-Meßgeräte 4.1 Ausdehnungsthermometer 4.2 Thermoelement 4.3 Widerstandsthermometer IX. Ideale Gase IX.1 Zustandsgrößen, Zustandsgieichung IX.2 Zustandsänderungen IX.3 Adiabatische Zustandsgieichungen IX.4 Zustandsgieichung von Gasgemischen X. Kinetische Gastheorie X.1 Gasdruck X.2 Kinetische Energie und Temperatur X.3 Freiheitsgrade und Gleichverteilungssatz X.4 Geschwindigkeits-Verteilung X.5 Volumenarbeit X.6 Wärmekapazität idealer Gase XI. Reale Gase, Van der Waals’sche Zustandsgieichung XII. Hauptsätze der Wärmelehre XII.1 Innere Energie XII.2 Der 1. Hauptsatz der Wärmelehre XII.3 Reversible und irreversible Prozesse XII.4 Entropie XII.5 Der 2. Hauptsatz der Wärmelehre XII.6 Energiebilanz beim lebenden Organismus XIII. Thermodynamische Eigenschaften von Stoffen XIII.1 Thermische Ausdehnung XIII.2 Wärmeübergang, Wärmetransport XIII.3 Stoffgemische 3.1 Konzentration und Gehalt einer Lösung 3.2 Echte Lösung, kolloidales System 3.3 Henry-Dalton’sches Gesetz 3.4 Hydratation, Solvatation 3.5 Diffusion 3.6 Osmose 3.7 Phasenübergänge Elektrizitätslehre XIV. Elektrische und magnetische Größen XIV.1 Vorbemerkung XIV.2 Ladung 2.1 Ladungsmenge 2.2 Kraft zwischen elektrischen Ladungen XIV.3 Spannung 3.1 Definition der Spannung 3.2 Spannungsquellen XIV.4 Strom XIV.5 Widerstand, Leitwert 5.1 Leiter, Nichtleiter 5.2 Spezifischer Widerstand, spezifische Leitfähigkeit 5.3 Strom- Spannungs-Kennlinie von Leitern XIV.6 Netzwerke 6.1 Schaltbilder 6.2 Innenwiderstand einer Spannungsquelle 6.3 Kirchhoff’sche Gesetze des elektrischen Stromes XIV.7 Elektrostatisches Feld 7.1 Kraftwirkung auf eine Ladung im Feld 7.2 Arbeit und Energie im elektrischen Feld 7.3 Kondensator und Kapazität 7.4 Kräfte auf einen Dipol im Feld 7.5 Materie im Feld 7.6 Energieinhalt des elektrischen Feldes XIV.8 Magnetfeld 8.1 Feldstärke und magnetische Induktion 8.2 Kräfte auf einen magnetischen Dipol 8.3 InduktionsVorgänge 8.4 Maxwell’sche Gleichungen 8.5 Lorentz-Kraft 8.6 Selbstinduktion 8.7 Energieinhalt des magnetischen Feldes 8.8 Lenz’sche Regel 8.9 Magnetfelder des menschlichen Körpers XIV.9 Zeitabhängige Spannungen und Ströme 9.1 Ein- und Ausschaltvorgänge 9.2 Sinusförmige Wechselspannungen und Wechselströme 9.3 Dreiphasen-Spannung, Drehstrom 9.4 Nicht-sinusförmige Wechselspannungen, Spannungsimpulse 9.5 Wechselstrom-Kreise 9.6 Resonanz-Schwingkreise 9.7 Elektromagnetische Wellen 9.8 Leistung des elektrischen Stroms XV. Mikroskopische elektrische Vorgänge XV.1 Biologische Potentiale 1.1 Entstehung von Spannungen an Grenzflächen 1.2 Summenpotentiale XV.2 Mechanismen der Stromleitung 2.1 Stromleitung im Vakuum 2.2 Stromleitung in Gasen 2.3 Stromleitung in Elektrolyten 2.4 Stromleitung in Festkörpern XVI. Elektrische Geräte XVI.1 Meßgeräte 1.1 Das Drehspul-Meßwerk 1.2 Das Digital-Meßgerät 1.3 Messung von Strom und Spannung 1.4 Elektronenstrahl-Oszillograph 1.5 Ladungsmessung 1.6 Messung von Ohm’schen Widerständen 1.7 Rauschen XVI.2 Technische elektrische Geräte 2.1 Dynamo-Maschine 2.2 Elektro-Motor 2.3 Transformator 2.4 Sender und Empfänger Optik XVII. Optische Strahlung XVII.1 Einleitung XVII.2 Lichtmeßgrößen XVII.3 Strahlungsquellen XVII.4 Bohr’sches Atommodell XVII.5 Emission von Licht aus Atomen XVII.6 Das Emissions-Spektrum des Atoms XVII.7 Absorption von Licht in Atomen XVII.8 Emission und Absorption glühender Körper XVII.9 Wärmestrahlung und Temperaturgleichgewicht 9.1 Emission und Absorption des Schwarzen Körpers 9.2 Strahlungsgesetze XVII.10 Der Laser XVII.11 Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Lumineszenz XVIII. Wellenoptik XVIII.1 Kohärenz von Wellen XVIII.2 Interferenz von Wellen 2.1 Interferenzfähigkeit 2.2 Interferometrie 2.3 Holographie XVIII.3 Beugung elektromagnetischer Wellen 3.1 Das Huygens’sche Prinzip 3.2 Beugung an Spalten 3.3 Beugung am Draht 3.4 Das Beugungsgitter 3.5 Beugung an kreisförmigen Blenden (Beugungsunschärfe) XVIII.4 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in Materie 4.1 Der Brechungsindex 4.2 Das Absorptionsgesetz 4.3 Der Zusammenhang zwischen Absorption und Dispersion XVIII.5 Spektralanalyse 5.1 Lambert-Beer’sches Gesetz 5.2 Extinktion kolloidaler Systeme XVIII.6 Polarisation elektromagnetischer Wellen 6.1 Polarisationszustand 6.2 Erzeugung und Untersuchung von linear polarisiertem Licht 6.3 Optische Aktivität und Faraday-Effekt XVIII.7 Materiewellen XIX. Geometrische Optik XIX.1 Geradlinige Lichtausbreitung XIX.2 Optische Symbole XIX.3 Gesetze der Geometrischen Optik 3.1 Reflexion 3.2 Abbildung durch Spiegel 3.3 Brechung 3.4 Intensitäten von gebrochenem und reflektiertem Strahl 3.5 Zerlegung von Licht in seine Spektralfarben mit Hilfe des Prismas 3.6 Totalreflexion XIX.4 Abbildung mit Linsen 4.1 Abbildung durch brechende Flächen 4.2 Die Abbildungsgleichung für eine brechende Fläche 4.3 Spezialfälle der Abbildungsgleichung 4.4 Die Abbildungsgleichung für eine Linse 4.5 Klassifizierung von Linsen 4.6 Konstruktion von Strahlengängen 4.7 Abbildungsfehler 4.8 Die Abbildungsgleichung für ein System aus zwei Linsen 4.9 Kardinalelemente von dicken Linsen und Linsensystemen 4.10 Die Schärfentiefe (Tiefenschärfe) 4.11 Abbildung im Auge 4.12 Optische Vergrößerung 4.13 Vergrößerung bei Betrachtung mit dem Auge XX. Einige optische Instrumente XX.1 Lupe XX.2 Projektions-Apparate XX.3 Lichtmikroskop XX.4 Elektronenmikroskop XX.5 Das Fernrohr XX.6 Photometer XX.7 Strahlungsmeßgeräte XX.8 Die Kamera XXI. Ionisierende Strahlung XXI.1 Atomkerne 1.1 Elementarteilchen 1.2 Aufbau der Atomkerne XXI.2 Radioaktivität 2.1 Kernumwandlungen 2.2 Natürliche Radionuklide 2.3 Zerfallsgesetz 2.4 Radioaktives Gleichgewicht 2.5 Wechselwirkung energiereicher geladener Teilchen mit Materie 2.6 Wechselwirkung von Neutronen mit Materie 2.7 Strahlungsdetektoren 2.8 Medizinische Anwendung von Radionukliden 2.9 Kernspaltung und Kernfusion 2.10 Künstliche Kernumwandlung XXI.3 Erzeugung von Röntgenstrahlen 3.1 Bremsstrahlung, charakteristische Strahlung 3.2 Erzeugung ultraharter Röntgenstrahlung durch Teilchenbeschleuniger 3.3 Wechselwirkung von Röntgen- und Gamma Strahlung mit Materie 3.4 Röntgenbildaufnahmen XXI.4 Dosimetrie XXII. Regelung und Steuerung XXIII. Informationsübertragung Anhang A.1 Mathematische Beschreibung physikalischer Zusammenhänge A.2 Fehlerabschätzung 2.1 Größenordnungsmäßige Angabe von Meßfehlern 2.2 Ursachen von Fehlern 2.3 Methoden der Fehlerabschätzung 2.4 Signifikanz-Tests A.3 Rechnen mit Vektoren A.4 Das Exponentialgesetz A.5 Einige mathematische Beziehungen, die im Text verwendet wurden A.6 Einige Naturkonstanten A.7 Lernzielkatalog - Kapitelnummern Register