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Zweites KEPLERsches Gesetz

Grundwissen

  • Ein von der Sonne zum Planeten gezogener Fahrstrahl überstreicht in gleichen Zeiten gleich große Flächen.
  • Die Geschwindigkeit eines Planeten ändert sich auf seiner Bahn um die Sonne: im Perihel ist er am schnellsten, im Aphel am langsamsten.

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  • Ein von der Sonne zum Planeten gezogener Fahrstrahl überstreicht in gleichen Zeiten gleich große Flächen.
  • Die Geschwindigkeit eines Planeten ändert sich auf seiner Bahn um die Sonne: im Perihel ist er am schnellsten, im Aphel am langsamsten.

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Himmelskörper

Grundwissen

Sonne, Mond und Sterne - die Astronomie beschäftigt sich mit dem Weltraum, Himmelskörpern und deren Eigenschaften. Neben scheinbar unendlichen Weiten und allerlei spektakulären Phänomen wie schwarzen Löchern hält das All für PhysikerInnen einige Überraschungen bereit.
Hier erhältst du einen Überblick, über die wichtigsten Objekte im Weltall und ihre Besonderheiten.

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Sonne, Mond und Sterne - die Astronomie beschäftigt sich mit dem Weltraum, Himmelskörpern und deren Eigenschaften. Neben scheinbar unendlichen Weiten und allerlei spektakulären Phänomen wie schwarzen Löchern hält das All für PhysikerInnen einige Überraschungen bereit.
Hier erhältst du einen Überblick, über die wichtigsten Objekte im Weltall und ihre Besonderheiten.

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Jährliche Sternbewegung

Grundwissen

  • Nahe Fixsterne scheinen im Laufe eines Jahres bei der Beobachtung von der Erde aus vor dem weit entfernten Sternenhintergrund etwas zu wandern.
  • Ursache dafür ist, dass sich die Erde im Laufe eines Jahres einmal um die Sonne bewegt.
  • Mithilfe der beobachteten jährlichen Parallaxe \(p\) kann die Entfernung relativ naher Sterne (mit einfachen Teleskopen vom Erdboden bis ca. \(100 \rm{pc} = 326\,\rm{Lj}\)) berechnet werden. Mit speziellen Raumsonden (z.B. Gaia) erhöht sich die Reichweite erheblich.

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  • Nahe Fixsterne scheinen im Laufe eines Jahres bei der Beobachtung von der Erde aus vor dem weit entfernten Sternenhintergrund etwas zu wandern.
  • Ursache dafür ist, dass sich die Erde im Laufe eines Jahres einmal um die Sonne bewegt.
  • Mithilfe der beobachteten jährlichen Parallaxe \(p\) kann die Entfernung relativ naher Sterne (mit einfachen Teleskopen vom Erdboden bis ca. \(100 \rm{pc} = 326\,\rm{Lj}\)) berechnet werden. Mit speziellen Raumsonden (z.B. Gaia) erhöht sich die Reichweite erheblich.

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Entwicklung der Sonne

Grundwissen

  • Aktuell befindet sich die Sonne im Hauptreihenstadium und ist ein Gelber Zwerg.
  • Durch die Ständige Kernfusion im Inneren wandert die Sonne entlang der Hauptreihe im Hertzsprung-Russel-Diagramm.
  • In etwa 6 Milliarden Jahren wird die Sonne dann zu einem Roten Riesen bis sie schließlich als Weißer Zwerg endet.

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  • Aktuell befindet sich die Sonne im Hauptreihenstadium und ist ein Gelber Zwerg.
  • Durch die Ständige Kernfusion im Inneren wandert die Sonne entlang der Hauptreihe im Hertzsprung-Russel-Diagramm.
  • In etwa 6 Milliarden Jahren wird die Sonne dann zu einem Roten Riesen bis sie schließlich als Weißer Zwerg endet.

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Ausdehnung des Kosmos

Grundwissen

  • Das Universum als Ganzes dehnt sich gegenwärtig aus.
  • Dabei besteht ein Zusammenhang zwischen der Entfernung der Galaxien voneinander und ihrer "Fluchtgeschwindigkeit" voneinander.
  • Bei der Ausdehnung gibt es keinen ausgezeichneten Punkt, keinen Mittelpunkt.

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  • Das Universum als Ganzes dehnt sich gegenwärtig aus.
  • Dabei besteht ein Zusammenhang zwischen der Entfernung der Galaxien voneinander und ihrer "Fluchtgeschwindigkeit" voneinander.
  • Bei der Ausdehnung gibt es keinen ausgezeichneten Punkt, keinen Mittelpunkt.

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Aufbau der Sonne

Grundwissen

  • Der Kern der Sonne stellt einen Fusionsreaktor dar, der letztendlich für die abgestrahlte Energie verantwortlich ist.
  •  Im Inneren der Sonne wird die Energie zunächst durch Strahlung (Strahlenzone), dann durch Konvektion (Konvektionszone) transportiert.
  • In der Photosphäre entsteht der kontinuierliche Teil der Sonnenstrahlung.

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  • Der Kern der Sonne stellt einen Fusionsreaktor dar, der letztendlich für die abgestrahlte Energie verantwortlich ist.
  •  Im Inneren der Sonne wird die Energie zunächst durch Strahlung (Strahlenzone), dann durch Konvektion (Konvektionszone) transportiert.
  • In der Photosphäre entsteht der kontinuierliche Teil der Sonnenstrahlung.

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Gesetz von AMONTONS

Grundwissen

  • Wird eine feste Menge (konstante Teilchenzahl \(N\)) eines Idealen Gases auf einem konstanten Volumen \(V\) gehalten, während sich die Temperatur oder der Druck der Gasmenge ändern, so spricht man von einer isochoren Zustandsänderung der Gasmenge.
  • Bei derartigen isochoren Zustandsänderungen ist der Druck \(p\) proportional zur Temperatur \(T\)\[p \sim T\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;\frac{p}{T} \;\rm{ist\;konstant}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;\frac{p_1}{T_1} = \frac{p_2}{T_2}\]

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  • Wird eine feste Menge (konstante Teilchenzahl \(N\)) eines Idealen Gases auf einem konstanten Volumen \(V\) gehalten, während sich die Temperatur oder der Druck der Gasmenge ändern, so spricht man von einer isochoren Zustandsänderung der Gasmenge.
  • Bei derartigen isochoren Zustandsänderungen ist der Druck \(p\) proportional zur Temperatur \(T\)\[p \sim T\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;\frac{p}{T} \;\rm{ist\;konstant}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;\frac{p_1}{T_1} = \frac{p_2}{T_2}\]

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Volumenänderung von Flüssigkeiten

Grundwissen

  • Flüssigkeiten dehnen sich in der Regel beim Erwärmen unterschiedlich stark aus.
  • Die Volumenänderung hängt vom Raumausdehnungskoeffizienten der Flüssigkeit ab.
  • Wasser verhält sich bei niedrigen Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt anomal.

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  • Flüssigkeiten dehnen sich in der Regel beim Erwärmen unterschiedlich stark aus.
  • Die Volumenänderung hängt vom Raumausdehnungskoeffizienten der Flüssigkeit ab.
  • Wasser verhält sich bei niedrigen Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt anomal.

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Volumenänderung von Gasen

Grundwissen

  • Gase dehnen sich beim Erwärmen stark aus.
  • Verschiedene Gase zeigen bei ihrem Ausdehnungsverhalten kaum Unterschiede.
  • Bei Messungen ist auf konstanten Druck zu achten.

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  • Gase dehnen sich beim Erwärmen stark aus.
  • Verschiedene Gase zeigen bei ihrem Ausdehnungsverhalten kaum Unterschiede.
  • Bei Messungen ist auf konstanten Druck zu achten.

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Anomalie des Wassers

Grundwissen

  • Wasser besitzt seine größte Dichte bei 4 °C.
  • Unterhalb von 4 °C nimmt die Dichte wieder ab.
  • Wasser besitzt eine größere Dichte als Eis.

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  • Wasser besitzt seine größte Dichte bei 4 °C.
  • Unterhalb von 4 °C nimmt die Dichte wieder ab.
  • Wasser besitzt eine größere Dichte als Eis.

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Spezifische Wärmekapazität

Grundwissen

  • Die spezifische Wärmekapazität ist eine Materialkonstante.
  • Die spezifische Wärmekapazitätist ein Maß für diejenige Energie, die man benötigt, um \(1\,\rm{kg}\) eines Stoffes um \(1\,\rm{K}\) zu erwärmen.

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  • Die spezifische Wärmekapazität ist eine Materialkonstante.
  • Die spezifische Wärmekapazitätist ein Maß für diejenige Energie, die man benötigt, um \(1\,\rm{kg}\) eines Stoffes um \(1\,\rm{K}\) zu erwärmen.

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Spezifische Schmelz- und Verdampfungswärme

Grundwissen

  • Wenn die Bindungen der Teilchen bei einem Übergang loser wird, muss Energie hinzugefügt werden (fest->flüssig, flüssig->gasförmig, fest->gasförmig).
  • Wenn die Bindungen der Teilchen bei einem Übergang fester wird, wird Energie frei (gasförmig->flüssig, flüssig->fest, gasförmig->fest).
  • Die spezifische Schmelz- bzw. Verdampfungswärme ist eine Materialkonstante, die häufig in \(\rm{\frac{J}{kg}}\) angegeben wird.

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  • Wenn die Bindungen der Teilchen bei einem Übergang loser wird, muss Energie hinzugefügt werden (fest->flüssig, flüssig->gasförmig, fest->gasförmig).
  • Wenn die Bindungen der Teilchen bei einem Übergang fester wird, wird Energie frei (gasförmig->flüssig, flüssig->fest, gasförmig->fest).
  • Die spezifische Schmelz- bzw. Verdampfungswärme ist eine Materialkonstante, die häufig in \(\rm{\frac{J}{kg}}\) angegeben wird.

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Wärmekraftmaschine, Kältemaschine und Wärmepumpe

Grundwissen

  • Wärmekraftmaschinen (z.B. Dampfmaschine oder Benzinmotor) nutzen Temperaturdifferenzen aus, um hiermit Arbeit \(W\) zu verrichten.
  • Dabei fließt eine Wärmemenge \(Q\) von einem Reservoir höherer Temperatur in ein Gebiet mit niedrigerer Temperatur.
  • Kältemaschinen (z.B. Kühlschrank) und Wärmepumpen verrichten Arbeit \(W\), um eine Wärmemenge \(Q\) von niedrigem auf ein höheres Energieniveau zu transportieren.

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  • Wärmekraftmaschinen (z.B. Dampfmaschine oder Benzinmotor) nutzen Temperaturdifferenzen aus, um hiermit Arbeit \(W\) zu verrichten.
  • Dabei fließt eine Wärmemenge \(Q\) von einem Reservoir höherer Temperatur in ein Gebiet mit niedrigerer Temperatur.
  • Kältemaschinen (z.B. Kühlschrank) und Wärmepumpen verrichten Arbeit \(W\), um eine Wärmemenge \(Q\) von niedrigem auf ein höheres Energieniveau zu transportieren.

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Strahlungshaushalt der Erde

Grundwissen

  • Als Mittelwert für die Energieeinstrahlung durch die Sonne gelten \(341\,\rm{\frac{W}{m^2}}\), also etwa ein Viertel der Solarkonstanten \(S_0\)
  • Insgesamt ist der Strahlungshaushalt immer in etwa ausgeglichen: Die eingestrahlte Energie entspricht in etwa der abgestrahlten Energie.
  • Beim Strahlungshaushalt der Erde müssen viele Variablen berücksichtigt werden, Darstellungen sind daher immer vereinfacht.

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  • Als Mittelwert für die Energieeinstrahlung durch die Sonne gelten \(341\,\rm{\frac{W}{m^2}}\), also etwa ein Viertel der Solarkonstanten \(S_0\)
  • Insgesamt ist der Strahlungshaushalt immer in etwa ausgeglichen: Die eingestrahlte Energie entspricht in etwa der abgestrahlten Energie.
  • Beim Strahlungshaushalt der Erde müssen viele Variablen berücksichtigt werden, Darstellungen sind daher immer vereinfacht.

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Geometrie der Ellipse

Grundwissen

  • Planetenbahnen können nach KEPLER sehr gut als Ellipsen beschrieben werden.
  • Ellipsen haben zwei Brennpunkte.
  • Wichtige Begriffe sind die große Halbachse \(a\), die kleine Halbachse \(b\) und die Exzentrizität \(\varepsilon\).

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  • Planetenbahnen können nach KEPLER sehr gut als Ellipsen beschrieben werden.
  • Ellipsen haben zwei Brennpunkte.
  • Wichtige Begriffe sind die große Halbachse \(a\), die kleine Halbachse \(b\) und die Exzentrizität \(\varepsilon\).

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Stromrichtige und Spannungsrichtige Messung

Grundwissen

  • Messgeräte können die genaue Messung von Größen beeinflussen.
  • Je nachdem, ob die die Stromstärke \(I\) oder die Spannung \(U\) besonders genau messen möchtest, musst du deine Messgeräte schalten.

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  • Messgeräte können die genaue Messung von Größen beeinflussen.
  • Je nachdem, ob die die Stromstärke \(I\) oder die Spannung \(U\) besonders genau messen möchtest, musst du deine Messgeräte schalten.

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p-n-Übergang - Halbleiterdiode

Grundwissen

 

Joachim Herz Stiftung
  • Halbleiterdioden bestehen aus zwei Schichten: einem p-Halbleiter und einem n-Halbleiter
  • Dioden besitzen eine Durchlassrichtung und eine Sperrrichtung
  • Liegt der Pluspol an der p-Schicht, so ist die Diode in Durchlassrichtung geschaltet

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Joachim Herz Stiftung
  • Halbleiterdioden bestehen aus zwei Schichten: einem p-Halbleiter und einem n-Halbleiter
  • Dioden besitzen eine Durchlassrichtung und eine Sperrrichtung
  • Liegt der Pluspol an der p-Schicht, so ist die Diode in Durchlassrichtung geschaltet

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Leuchtdioden (LED) - Einführung

Grundwissen

  • Leuchtdioden sind Halbleiterdioden, die Licht , Infrarotstrahlung oder Ultraviolettstrahlung aussenden.
  • LEDs müssen in Durchlassrichtung geschaltet werden, damit sie leuchten.
  • LEDs sind effiziente Lichtquellen mit geringem Energiebedarf.

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  • Leuchtdioden sind Halbleiterdioden, die Licht , Infrarotstrahlung oder Ultraviolettstrahlung aussenden.
  • LEDs müssen in Durchlassrichtung geschaltet werden, damit sie leuchten.
  • LEDs sind effiziente Lichtquellen mit geringem Energiebedarf.

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Silizium-Solarzellen

Grundwissen

  • Klassische Silizium-Solarzellen bestehen aus einer n-dotierten und einer p-dotierten Schicht. Am Übergang bildet sich eine sog. Raumladungszone.
  • Einfallendes Licht löst in dieser Raumladungszone Elektronen von Atomen (innerer Fotoeffekt).
  • Der Wirkungsgrad von Solarzellen liegt aktuell bei 13% - 48%.

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  • Klassische Silizium-Solarzellen bestehen aus einer n-dotierten und einer p-dotierten Schicht. Am Übergang bildet sich eine sog. Raumladungszone.
  • Einfallendes Licht löst in dieser Raumladungszone Elektronen von Atomen (innerer Fotoeffekt).
  • Der Wirkungsgrad von Solarzellen liegt aktuell bei 13% - 48%.

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Bewegung der Himmelskörper

Grundwissen

  • Die Himmelskörper ruhen nicht, sondern sie befinden sich in einer oder mehreren Drehbewegungen.

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  • Die Himmelskörper ruhen nicht, sondern sie befinden sich in einer oder mehreren Drehbewegungen.

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Kosmologische Rotverschiebung

Grundwissen

  • In den Spektren weit entfernter Galaxien finden sich, wie beim Sonnenspektrum, verschiedene Absorptionslinien.
  • Die Absorptionslinien weit entfernter Galaxien sind deutlich stärker ins Rote verschoben.
  • Ursache für die kosmologische Rotverschiebung ist die Ausdehnung des Raumes selbst, nicht eine Relativbewegung der Galaxie im Vergleich zum Beobachter.
  • In der Astronomie wird die Rotverschiebung häufig durch die dimensionslose Größe \(z=\frac{\lambda_{\rm{beobachtet}}}{\lambda_0}-1\) angegeben.

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  • In den Spektren weit entfernter Galaxien finden sich, wie beim Sonnenspektrum, verschiedene Absorptionslinien.
  • Die Absorptionslinien weit entfernter Galaxien sind deutlich stärker ins Rote verschoben.
  • Ursache für die kosmologische Rotverschiebung ist die Ausdehnung des Raumes selbst, nicht eine Relativbewegung der Galaxie im Vergleich zum Beobachter.
  • In der Astronomie wird die Rotverschiebung häufig durch die dimensionslose Größe \(z=\frac{\lambda_{\rm{beobachtet}}}{\lambda_0}-1\) angegeben.

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