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Inertialsystem
- Ein Inertialsystem ist ein Bezugssystem, in dem ein kräftefreier Körper in Ruhe verharrt oder sich geradlinig-gleichförmig bewegt.
- Alle Systeme, die sich geradlinig-gleichförmig gegenüber einem Inertialsystem bewegen, sind ebenfalls Inertialsysteme.
- Ein Inertialsystem ist ein Bezugssystem, in dem ein kräftefreier Körper in Ruhe verharrt oder sich geradlinig-gleichförmig bewegt.
- Alle Systeme, die sich geradlinig-gleichförmig gegenüber einem Inertialsystem bewegen, sind ebenfalls Inertialsysteme.
Effekte
- Zeitdilatation: Eine bewegte Uhr geht langsamer als eine gleichartige im Ruhesystem!
- Gleichzeitigkeit ist relativ und hängt davon ab, von welchem Bezugssystem aus die Beobachtung erfolgt.
- Längenkontraktion: Ein bewegter Maßstab ist in Bewegungsrichtung kürzer als im Ruhesystem!
- Zeitdilatation: Eine bewegte Uhr geht langsamer als eine gleichartige im Ruhesystem!
- Gleichzeitigkeit ist relativ und hängt davon ab, von welchem Bezugssystem aus die Beobachtung erfolgt.
- Längenkontraktion: Ein bewegter Maßstab ist in Bewegungsrichtung kürzer als im Ruhesystem!
Zeitdilatation
- Zeitdilatation: Eine relativ zu einem Beobachter bewegte Uhr geht aus der Sicht des Beobachters langsamer als ein Satz synchronisierter Uhren im "Beobachter-System".
- Vereinfacht: Bewegte Uhren gehen langsamer.
- Der Zusammenhang zwischen Zeit \(\Delta t\) im ruhenden und \(\Delta t'\) im bewegten System ist \(\Delta t = \frac{\Delta t'}{\sqrt{1 - (\frac{v}{c})^2}}\)
- Zeitdilatation: Eine relativ zu einem Beobachter bewegte Uhr geht aus der Sicht des Beobachters langsamer als ein Satz synchronisierter Uhren im "Beobachter-System".
- Vereinfacht: Bewegte Uhren gehen langsamer.
- Der Zusammenhang zwischen Zeit \(\Delta t\) im ruhenden und \(\Delta t'\) im bewegten System ist \(\Delta t = \frac{\Delta t'}{\sqrt{1 - (\frac{v}{c})^2}}\)
Gleichzeitigkeit
- In einem Inertialsystem finden zwei Ereignisse an zwei verschiedenen Orten gleichzeitig statt, wenn sie von einem Lichtblitz ausgelöst werden können, der genau aus der Mitte zwischen ihren Orten ausgeht.
- Finden zwei Ereignisse in einem Inertialsystem gleichzeitig statt, so finden sie in einem zweiten, gegenüber dem ersten Inertialsystem bewegten Inertialsystem zu verschiedenen Zeiten statt.
- Auch Gleichzeitigkeit ist relativ.
- In einem Inertialsystem finden zwei Ereignisse an zwei verschiedenen Orten gleichzeitig statt, wenn sie von einem Lichtblitz ausgelöst werden können, der genau aus der Mitte zwischen ihren Orten ausgeht.
- Finden zwei Ereignisse in einem Inertialsystem gleichzeitig statt, so finden sie in einem zweiten, gegenüber dem ersten Inertialsystem bewegten Inertialsystem zu verschiedenen Zeiten statt.
- Auch Gleichzeitigkeit ist relativ.
Relativistische Masse und Impuls
- Auch die Masse eines Teilchens und sein Impuls unterliegen relativistischen Effekten.
- Die relativistische Masse nimmt mit der Geschwindigkeit \(v\) eines Teilchens stark zu, es gilt: \(m_{\rm{rel}}=\frac{m_0}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}}\)
- Für den relativistischen Impuls gilt \(p = m_{\rm{rel}}\cdot v \Rightarrow p = \frac{m_0}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}} \cdot v\)
- Auch die Masse eines Teilchens und sein Impuls unterliegen relativistischen Effekten.
- Die relativistische Masse nimmt mit der Geschwindigkeit \(v\) eines Teilchens stark zu, es gilt: \(m_{\rm{rel}}=\frac{m_0}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}}\)
- Für den relativistischen Impuls gilt \(p = m_{\rm{rel}}\cdot v \Rightarrow p = \frac{m_0}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}} \cdot v\)
Geschwindigkeitsaddition
- Ist \(u\) die Geschwindigkeit eines Körpers im System S und \(v\) die Geschwindigkeit des Systems S' in Bezug auf S und \(u'\) die Geschwindigkeit des Körpers im System S', dann gilt der Zusammenhang \(u = \frac{{u' + v}}{{1 + \frac{{u' \cdot v}}{{{c^2}}}}}\).
- Ist \(u\) die Geschwindigkeit eines Körpers im System S und \(v\) die Geschwindigkeit des Systems S' in Bezug auf S und \(u'\) die Geschwindigkeit des Körpers im System S', dann gilt der Zusammenhang \(u = \frac{{u' + v}}{{1 + \frac{{u' \cdot v}}{{{c^2}}}}}\).
Videoanleitung zu Experimenten zur Wärmeleitung
Dieses Video zeigt und erklärt einige Experimente zum Thema Wärmeleitung und -kapazität. Die Experimente können Physikunterricht aber auch im Homeschooling mit Haushaltgegenständen leicht reproduziert werden. Das Video stammt von Prof. André Bresges, Professor für Physik an der Universität Köln.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Kompressibilität von Gasen und Flüssigkeiten
Dieses Video zeigt den Unterschied in der Kompressibilität zwischen Gas und Flüssigkeit. Dazu werden Luft und Wasser in einer verschlossenen Spritze komprimiert. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo der Brown'schen Bewegung von Farbpartikeln
Dieses Video zeigt die Brown'sche Bewegung von Farbpartikeln in einer Flüssigkeit. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo der Brown'schen Bewegung mit einer Teilchenströmung
Dieses Video zeigt die Brown'sche Bewegung von Farbpartikeln und Milchfetttröpfchen, jeweils mit einem zusätzlichen Teilchenstrom in eine Richtung. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Wärmeströmung in Wasser
Dieses Video zeigt ein Experiment zur Darstellung des Wärmetransports in Wasser. Dabei wird in einer Röhre Wasser erwärmt, das dadurch aufsteigt und eine Rundströmung verursacht. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Sublimation von Trockeneis
Dieses Video zeigt die Sublimation von Trockeneis auf einer heißen Herdplatte. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkWärmeversorgung in der Schule - Ein Unterrichtsmodul der iMINT-Akademie Berlin
Im Fachset Physik der iMINT-Akademie Berlin wurde ein Unterrichtsmodul zum Thema „Wärme im Alltag – Energie ist immer dabei“ entwickelt. Dabei sollen die Arten der Wärmeübertragung im Kontext der Wärmeversorgung in der Schule vermittelt werden. Wesentliche Ziele sind die individuelle Förderung aller Schülerinnen und Schüler und die Berücksichtigung der Bedürfnisse der Lernenden mit geistigen oder mit emotional- bzw. sozialen Entwicklungsstörungen. Besonders im Übungsteil wird der Schwerpunkt der Kompetenzentwicklung im Bereich der Sprachbildung deutlich. Durch die Arbeit an Lernstationen erhalten die Schülerinnen und Schüler Zeit, um sich die Zusammenhänge einer relativ komplexen technischen Anlage, der Heizungsanlage ihrer Schule, zu erarbeiten. Außerdem können sie Verantwortung für die eigene Schul- und Lebenswelt übernehmen.
Dieses OER-Material und weiteres Material der iMINT-Akademie Berlin gibt es unter:
https://bildungsserver.berlin-brandenburg.de/unterricht/faecher/mathematik-naturwissenschaften/mint/i-mint-akademie/weiterfuehrende-schulen/fachset-physik-1
Im Fachset Physik der iMINT-Akademie Berlin wurde ein Unterrichtsmodul zum Thema „Wärme im Alltag – Energie ist immer dabei“ entwickelt. Dabei sollen die Arten der Wärmeübertragung im Kontext der Wärmeversorgung in der Schule vermittelt werden. Wesentliche Ziele sind die individuelle Förderung aller Schülerinnen und Schüler und die Berücksichtigung der Bedürfnisse der Lernenden mit geistigen oder mit emotional- bzw. sozialen Entwicklungsstörungen. Besonders im Übungsteil wird der Schwerpunkt der Kompetenzentwicklung im Bereich der Sprachbildung deutlich. Durch die Arbeit an Lernstationen erhalten die Schülerinnen und Schüler Zeit, um sich die Zusammenhänge einer relativ komplexen technischen Anlage, der Heizungsanlage ihrer Schule, zu erarbeiten. Außerdem können sie Verantwortung für die eigene Schul- und Lebenswelt übernehmen.
Dieses OER-Material und weiteres Material der iMINT-Akademie Berlin gibt es unter:
https://bildungsserver.berlin-brandenburg.de/unterricht/faecher/mathematik-naturwissenschaften/mint/i-mint-akademie/weiterfuehrende-schulen/fachset-physik-1
Welt der Physik - Chaos und Ordnung
Wenn Systeme so empfindlich von Veränderungen abhängen, dass langfristige Vorhersagen unmöglich werden, spricht man von chaotischem Verhalten. Und unsere Welt ist voller Chaos. Manchmal bildet sich Ordnung allerdings ganz von allein.
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Zum externen WeblinkDie Anomalie des Wassers
Ein filmischer Beitrag von "Die Anomalos" vom Ludwig-Marum-Gymnasium Pfinztal für den LEIFIphysik-Videowettbewerb.
Zum externen WeblinkEin filmischer Beitrag von "Die Anomalos" vom Ludwig-Marum-Gymnasium Pfinztal für den LEIFIphysik-Videowettbewerb.
Zum externen WeblinkWelt der Physik: "Klima"
Einige auch für Schüler verständliche Texte aus dem Bereich Wetter und Klima mit aktuellem Forschungsbezug. Eine Seite der Deutschen Physikalischen Gesellschaft.
Zum externen WeblinkEinige auch für Schüler verständliche Texte aus dem Bereich Wetter und Klima mit aktuellem Forschungsbezug. Eine Seite der Deutschen Physikalischen Gesellschaft.
Zum externen WeblinkLiebesthermometer und trinkende Ente - Physikalische Spielzeuge
Die Seite bietet weitergehende Informationen und Überlegungen zur Trinkenden Ente und zum Liebesthermometer - beides eindrucksvolle physikalische Spielzeuge anhand derer Themen wie Dampfdruck, Verdampfen und Kondensieren thematisiert werden können.
Zum externen WeblinkDie Seite bietet weitergehende Informationen und Überlegungen zur Trinkenden Ente und zum Liebesthermometer - beides eindrucksvolle physikalische Spielzeuge anhand derer Themen wie Dampfdruck, Verdampfen und Kondensieren thematisiert werden können.
Zum externen WeblinkWärmeversorgung in der Schule - Ein Unterrichtsmodul der iMint-Akademie Berlin
Im Fachset Physik der iMINT-Akademie Berlin wurde ein Unterrichtsmodul zum Thema „Wärme im Alltag – Energie ist immer dabei“ entwickelt. Dabei sollen die Arten der Wärmeübertragung im Kontext der Wärmeversorgung in der Schule vermittelt werden. Wesentliche Ziele sind die individuelle Förderung aller Schülerinnen und Schüler und die Berücksichtigung der Bedürfnisse der Lernenden mit geistigen oder mit emotional- bzw. sozialen Entwicklungsstörungen. Besonders im Übungsteil wird der Schwerpunkt der Kompetenzentwicklung im Bereich der Sprachbildung deutlich. Durch die Arbeit an Lernstationen erhalten die Schülerinnen und Schüler Zeit, um sich die Zusammenhänge einer relativ komplexen technischen Anlage, der Heizungsanlage ihrer Schule, zu erarbeiten. Außerdem können sie Verantwortung für die eigene Schul- und Lebenswelt übernehmen.
Zum externen WeblinkIm Fachset Physik der iMINT-Akademie Berlin wurde ein Unterrichtsmodul zum Thema „Wärme im Alltag – Energie ist immer dabei“ entwickelt. Dabei sollen die Arten der Wärmeübertragung im Kontext der Wärmeversorgung in der Schule vermittelt werden. Wesentliche Ziele sind die individuelle Förderung aller Schülerinnen und Schüler und die Berücksichtigung der Bedürfnisse der Lernenden mit geistigen oder mit emotional- bzw. sozialen Entwicklungsstörungen. Besonders im Übungsteil wird der Schwerpunkt der Kompetenzentwicklung im Bereich der Sprachbildung deutlich. Durch die Arbeit an Lernstationen erhalten die Schülerinnen und Schüler Zeit, um sich die Zusammenhänge einer relativ komplexen technischen Anlage, der Heizungsanlage ihrer Schule, zu erarbeiten. Außerdem können sie Verantwortung für die eigene Schul- und Lebenswelt übernehmen.
Zum externen WeblinkAbsolute Temperatur
- Der absolute Nullpunkt der Temperatur liegt bei \(\vartheta=-273{,}15\,^\circ{\rm C}\).
- Die Kelvin-Skala hat ihren Nullpunkt am absoluten Nullpunkt. Eine Temperatur von \(\vartheta=-273,15\,^\circ{\rm C}\) entspricht \(0\,{\rm K}\).
- Kelvin-Temperaturen werden mit \(T\) symbolisiert und die Einheit Kelvin wird mit \({\rm K}\) abgekürzt.
- Temperaturdifferenzen \(\Delta T\) werden in der Regel ebenfalls in \(\rm {K}\) angegeben.
- Der absolute Nullpunkt der Temperatur liegt bei \(\vartheta=-273{,}15\,^\circ{\rm C}\).
- Die Kelvin-Skala hat ihren Nullpunkt am absoluten Nullpunkt. Eine Temperatur von \(\vartheta=-273,15\,^\circ{\rm C}\) entspricht \(0\,{\rm K}\).
- Kelvin-Temperaturen werden mit \(T\) symbolisiert und die Einheit Kelvin wird mit \({\rm K}\) abgekürzt.
- Temperaturdifferenzen \(\Delta T\) werden in der Regel ebenfalls in \(\rm {K}\) angegeben.
Wärmestrahlung (Temperaturstrahlung)
- Wärmestrahlung geht in der Regel von jedem Körper aus.
- Je wärmer ein Körper ist, desto intensiver ist die Wärmestrahlung, die von ihm ausgeht.
- Wärmestrahlung benötigt kein Medium um sich auszubreiten.
- Wärmestrahlung geht in der Regel von jedem Körper aus.
- Je wärmer ein Körper ist, desto intensiver ist die Wärmestrahlung, die von ihm ausgeht.
- Wärmestrahlung benötigt kein Medium um sich auszubreiten.
Überblick über Wärmekraftmaschinen
- Wärmekraftmaschinen erleichtern uns an vielen Stellen im Alltag das Leben.
- Die Dampfmaschine war die erste wichtige Wärmekraftmaschine.
- Der Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen ist begrenzt.
- Wärmekraftmaschinen erleichtern uns an vielen Stellen im Alltag das Leben.
- Die Dampfmaschine war die erste wichtige Wärmekraftmaschine.
- Der Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen ist begrenzt.
Allgemeines Gasgesetz
- Das Gesetz von BOYLE-MARIOTTE und das Gesetz von GAY-LUSSAC können zur allgemeinen Gasgleichung zusammengefasst werden.
- Die allgemeine Gasgleichung besagt: \(\frac{{p \cdot V}}{T}\;{\rm{ist}}\;{\rm{konstant}}\)
- Das Gesetz von BOYLE-MARIOTTE und das Gesetz von GAY-LUSSAC können zur allgemeinen Gasgleichung zusammengefasst werden.
- Die allgemeine Gasgleichung besagt: \(\frac{{p \cdot V}}{T}\;{\rm{ist}}\;{\rm{konstant}}\)
Änderung der inneren Energie
- Eine Änderung der inneren Energie \(\Delta E_{\rm i}\) kann durch Verrichtung von Arbeit an einem Körper oder durch Übertragung von Wärme auf einen Körper erfolgen.
- Die Änderung der innere Energie \(\Delta E_{\rm i}\) ist proportional zur Temperaturänderung \(\Delta \vartheta\) und zur Masse \(m\) .
- Mathematisch wird der Zusammenhang beschrieben durch \(\Delta E_{\rm i}= c \cdot m\cdot \Delta \vartheta\).
- Eine Änderung der inneren Energie \(\Delta E_{\rm i}\) kann durch Verrichtung von Arbeit an einem Körper oder durch Übertragung von Wärme auf einen Körper erfolgen.
- Die Änderung der innere Energie \(\Delta E_{\rm i}\) ist proportional zur Temperaturänderung \(\Delta \vartheta\) und zur Masse \(m\) .
- Mathematisch wird der Zusammenhang beschrieben durch \(\Delta E_{\rm i}= c \cdot m\cdot \Delta \vartheta\).
Wärmetransport
- Wärmetransport kann auf drei unterschiedliche Arten stattfinden: durch Wärmeleitung, durch Wärmemitführung (Wärmeströmung oder Konvektion) oder durch Wärmestrahlung (Temperaturstrahlung)
- Im Alltag treten oft mehrere Arten gemeinsam auf
- Häufig leistet eine Transportart den mit Abstand größten Beitrag zum gesamten Wärmetransport
- Wärmetransport kann auf drei unterschiedliche Arten stattfinden: durch Wärmeleitung, durch Wärmemitführung (Wärmeströmung oder Konvektion) oder durch Wärmestrahlung (Temperaturstrahlung)
- Im Alltag treten oft mehrere Arten gemeinsam auf
- Häufig leistet eine Transportart den mit Abstand größten Beitrag zum gesamten Wärmetransport