• Für bewegte Beobachter sind Strecken verkürzt.
• Für die Längenkontraktion gilt: \(\Delta x' = \Delta x \cdot \sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}\)
• Die Längenkontraktion findet nur in Bewegungsrichtung statt.

• Erstes Postulat (Relativitätsprinzip): Alle Inertialsysteme sind bezüglich aller physikalischen Gesetze gleichberechtigt.
• Zweites Postulat (Konstanz der Lichtgeschwindigkeit): Die Vakuumlichtgeschwindigkeit \(c\) ist in allen Inertialsystemen gleich groß.

• Klassische können Geschwindigkeiten von einem bewegten Bezugssystem und einer Bewegung innerhalb einfach addiert werden, um die Geschwindigkeit zu ermitteln, die man im ruhenden Bezugssystem messen würde.
• Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit hat zur Folge, dass diese einfache Addition nicht richtig sein kann.

• 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.

• 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 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 \(\Delta t = \frac{\Delta t'}{\sqrt{1 - (\frac{v}{c})^2}}\)

• 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.

• 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 \(p = m_{\rm{rel}}\cdot v    \Rightarrow     p = \frac{m_0}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}} \cdot v\)

• Laser kommen in verschiedensten Lebensbereichen zum Einsatz: von der Medizin, über die Datenübertragung im Internet bis hin zur Messwertgewinnung für die Wettervorhersage.

• Laser habe drei zentrale Bestandteile: das Lasermedium, die Pumpe und den Resonator.
• Die Pumpe bringt Energie ins System und sorgt für eine Besetzungsinversion im Lasermedium.
• Der Resonator, eine Anordnung aus zwei parallelen Spiegeln, verstärkt den Laserstrahl und richtet ihn aus.

• Laser nutzen den Effekt der stimulierte (induzierten) Emission.
• Dabei stimuliert ein Photon ein passend angeregtes Atom dazu, ein Photon zu emittieren.
• Dieses Photon besitzt die gleiche Energie, die gleiche Schwingungsphase, die gleiche Bewegungsrichtung und die gleiche Polarisation wie das auslösende Photon.

• Laserlicht ist monofrequent und linear polarisiert.
• Laserlicht besitzt nur eine sehr geringe Divergenz, ein Laserbündel weitet sich also nur sehr wenig auf.
• Mit Laserlicht können hohe Leistungsdichten im Fokus erreicht werden.

• In Lasermedien muss eine Besetzungsinversion erzeugt werden, dies ist bei Medien mit nur zwei Energiezuständen nicht möglich.
• Lasermedien besitzen daher mehr als zwei Energiezustände.
• Dabei ist ein angeregter Energiezustand, der nicht der höchste ist, metastabil, also langlebig. Eine Besetzungsinversion wird möglich.

Einige Aspekte des Photoeffektes können mit dem klassischen Wellenmodell nur schwerlich erklärt werden:

• Die Existenz einer oberen Grenzwellenlänge oberhalb derer auch bei gesteigerter Intensität keine Elektronen mehr ausgelöst werden.
• Trägheitsloses Einsetzen des Photostroms

Das Photonenmodell liefert für dieses Aspekte plausible Erklärungen.

• 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.

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

• 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.

• De BROGLIEs theoretische Überlegungen zur Wellennatur von Materie konnten 1927 von den amerikanischen Physikern Clinton Joseph DAVISSON und Lester Halbert GERMER sowie unabhängig davon vom englischen Physiker George Paget THOMSON durch die Elektronenbeugung an Kristallen bestätigt werden.

• Die Wellennatur von Materie konnte zwischen 1955 und 1957 von MÖLLENSTEDT und seinen Schülern DÜKER und JÖNSSON auch beim Durchgang von Elektronen durch ein elektrisches Biprisma und sogar durch einen materiellen Doppelspalt bestätigt werden.

• Im RUTHERFORDschen Streuversuch wird eine dünne Metallfolie mit \(\alpha\)-Teilchen (positiv geladen) beschossen.
• Entgegen den Erwartungen werden einige wenige \(\alpha\)-Teilchen von der Folie sogar zurückgestreut.
• Das Modell von RUTHERFORD führt den sehr kleinen, positiv geladenen Atomkern ein, in dem fast die gesamte Masse des Atoms vereinigt ist.
• Das Modell kann nicht erklären, warum die Elektronen nicht in den Kern stürzen und wie diskrete Spektrallinien zustande kommen.

• 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%.

• Atome können beim Aufeinandertreffen mit Photonen angeregt werden.
• Die Energie des Photons muss aber exakt gleich der Energiedifferenz der verschiedenen Energiezustände sein: \({E_{{\rm{Ph}}}} = {E_m} - {E_n}\). Deshalb der Begriff "Resonanzabsorption".
• Nach der Absorption ist das Photon komplett vernichtet.

• Atome können durch Stöße mit anderen Atomen oder Elektronen angeregt werden (Stoßanregung).
• Je nach Energie des Teilchens, das mit einem Atom stößt, kann der Stoß elastisch, vollkommen unelastisch oder teilweise unelastisch sein.
• Ist der Energieübertrag durch den Stoß größer als die Ionisationsenergie des Atoms, so wird das Atom ionisiert (Stoßionisation).

• Angeregte Atome geben Energie durch die Emission von Photonen ab.
• Diese Photon werden erst bei der Emission erzeugt, d.h. sie waren vorher nicht im Atom vorhanden.
• Die Energie der emittierten Photonen ist immer gleich der Differenz der Energien zweier Energieniveaus des Atoms.

• Die Energiezustände des Wasserstoffatoms sind \({E_n} =  - 13{,}6\,{\rm{eV}} \cdot \frac{1}{{{n^2}}}\;;\;n \in \left\{ {1\;;\;2\;;\;3 \;;\;...} \right\}\)
• Damit können auch die Wellenlängen \(\lambda\) der bei Wasserstoffübergängen möglichen Photonen berechnet werden.
• Die Energiezustände von Einelektronensystemen von Atomen mit der Kernladungszahl \(Z\) sind \({E_n} =  - 13{,}6\,{\rm{eV}} \cdot \frac{Z^2}{{{n^2}}}\;;\;n \in \left\{ {1\;;\;2\;;\;3 \;;\;...} \right\}\)
• Die Energiezustände von RYDBERG-Zustände aller Atomarten entsprechen den einfachen Verhältnissen beim Wasserstoffatom.

• In RÖNTGEN-Röhren werden Elektronen stark beschleunigt und treffen dann auf eine Anode aus Metall.
• Die Beschleunigungsspannungen betragen meist zwischen \(1\,\rm{kV}\) und \(100\,\rm{kV}\).
• Beim Abbremsen der Elektronen im Anodenmaterial entsteht RÖNTGEN-Strahlung (Bremsstrahlung und Charakteristische Strahlung) und Wärme.
• Die Wellenlänge von RÖNTGEN-Strahlung liegt etwa zwischen \(1\,\rm{nm}\) und \(1\,\rm{pm}\).

• Neon-Atome sind das laseraktive Medium
• Am Prozess sind vier Energieniveaus beteiligt - es ist ein "Vier-Niveau-System"
• Helium-Neon-Laser emittiert rotes Licht der Wellenlänge \(\lambda=633\,\rm{nm}\)

• Bei exotischen Atomen ist mindestens eines der beteiligten Teilchen kein gewöhnliches Atom-Bestandteil.
• Beispiele für exotische Atome sind Myonische Atome oder Antimaterie wie Antiwasserstoff.

• RYDBERG-Atome sind Atome in sehr hohen Anregungszuständen.
• Die Theorie von Bohr kann sehr gut auf RYDBERG-Atome angewendet werden.

• Durch die Quantenbedingung von BOHR kann die Energie eines Atoms nur bestimmte Werte annehmen.
• Die Energie, um Wasserstoff aus dem Grundzustand heraus zu ionisieren beträgt \(13{,}6\,\rm{eV}\) (Ionisierungsenergie).
• Die Gesamtenergie eines Elektrons im Wasserstoffatom gilt \({E_{{\rm{ges}}{\rm{,n}}}} = - R_{\infty} \cdot h \cdot c \cdot \frac{1}{{{n^2}}}\), wobei \(R_{\infty}\) die Rydberg-Konstante ist.