pn 1 einführung in die experimentalphysik für chemiker und biologengilch/pn1_06/skript/v02... ·...
TRANSCRIPT
![Page 1: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/1.jpg)
PN 1Einführung in die Experimentalphysik für
Chemiker und Biologen
Karin Beer, Paul Koza, Nadja Regner, Thorben Cordes, Peter Gilch
Lehrstuhl für BioMolekulare OptikDepartment für Physik
Ludwig-Maximilians-Universität München
27.10.2006
![Page 2: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/2.jpg)
Die Physik im Überblick
Die fundamentalen Kräfte
Gravitations-kraft
Elektrische Kraft
Starke Kernkraft
Schwache Kernkraft
Mechanik Elektrodynamik
SpezielleRelativtätstheorie
AllgemeineRelativtätstheorie
Quantenmechanik,Quantenelektrodynamik
Statistische Physik, Thermodynamik Kern- und Teilchenphysik
Angewandte Physik: Astrophysik, Biophysik, Atomphysik, Optik, ...
![Page 3: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/3.jpg)
Im Anfang war (ist) die Messung
Galileo Galilei1564 - 1642
Galilei (und andere) stellten Beobachtungund Experimente bestehenden Weltbilderngegenüber.
Geburt der modernen Naturwissenschaftmit diesem Vorgehen (vereinfacht):1. Beobachtungen und Experimente: Messungen2. Extraktion von allgemeinen Prinzipien (oft
in mathematischer Form)3. Vorhersagen aus diesen Prinzipien formulieren4. Experimentelle Überprüfung der Vorhersagen5. Bei Erfolg: Naturgesetz (siehe aber Herr Popper)
![Page 4: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/4.jpg)
Was heißt messen?
„Ablesen, was das Instrument anzeigt“
Vergleich einer Größe mit einem Referenzwert
Wie breit ist der Liebig-Hörsaal?
![Page 5: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/5.jpg)
Fehler bei Messungen ...
... werden in der Übung und im Praktikum ausführlich behandelt.
Einige Stichworte:• Zufällige und systematische Fehler• Mittelwert• Fehler der Einzelmessung• Fehler des Mittelwertes• Gauß-Verteilung
Literatur:• „Mathematik für Chemiker“, H.G. Zachmann, VCH (Theorie)• Praktikumsanleitungen
![Page 6: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/6.jpg)
Arten von Meßgrößen
Skalare Größen
Zahlenangabe • Einheit(oder nur Zahlenangabe)
Vektorielle Größen
Zahlenangabe • Einheitund Richtung, 3 Angaben
Tensorielle Größen
Zahlenangabe • Einheitin Matrix
x
y
z
![Page 7: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/7.jpg)
SI-Einheiten-SystemDie Gesetze der Physik stellen mathematische Beziehungen zwischen physikalischen Größen her. Über diese Beziehungenlassen sich zusammengesetzte Einheiten definieren und manbraucht nur wenige Basis-Einheiten.
sSekundeZeit
cdCandelaLichtstärkemolMolStoffmengeKKelvinTemperaturAAmpereStromstärkekgKilogrammMassemMeterLänge
Vorsilben von Exa (E,1018) bis Atto (E,10-18)
Es gibt aus historischenund praktischen Gründenviele andere, auch heutegebräuchliche Einheiten!
![Page 8: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/8.jpg)
Zeit - Sekunde
Ursprüngliche Definition:
6060241⋅⋅
eines Erdentages
Heute
Hyperfein-Übergangvon Cäsium-133
9 192 631 770 Schwingungensind eine Sekunde
Nutzung periodischer Vorgänge!
Dank Prof. Hänschbald noch genauer
![Page 9: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/9.jpg)
Länge - Meter
Auch das Urmeter hat ausgedient!
Heutige Definition des Meters:Strecke die Licht im Vakuum in einer Zeit von 1/299 792 458 s durchläuft!
![Page 10: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/10.jpg)
Wie verhalten sich Körper in Raum und Zeit –Bewegungen
Wie sieht die Bahn eines Körpers im Raum aus?
Experiment Geschwindigkeit einer Pistolenkugel
![Page 11: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/11.jpg)
Lineare unbeschleunigte BewegungExperimentTropfenwagen
Zeit
Zeit
Zeit
Weg
Ges
chw
indi
gkei
tBe
schl
euni
gung
![Page 12: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/12.jpg)
Lineare beschleunigte Bewegung
Zeit
Zeit
Zeit
Weg
Ges
chw
indi
gkei
tBe
schl
euni
gung
ExperimentTropfenwagen
![Page 13: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/13.jpg)
Bewegung in drei Dimensionen Wiederholen Sie Vektor-Rechnung!
xy
z
Die Komponenten (x,y,z) einer Bewegung beeinflussen sich nicht!
Experiment Dartscheibe
Abwurf des Pfeils löst Klammer aus.Wird Scheibe getroffen?
![Page 14: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/14.jpg)
Was ist die „Ursache“ von Bewegungen?
![Page 15: PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologengilch/pn1_06/skript/v02... · 2006. 10. 24. · PN 1 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker und Biologen](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611eaca6d132bd79455a6621/html5/thumbnails/15.jpg)
Unser 1. Held: Sir Isaak Newton
• 4. 1. 1643 - 31. 3. 1727• beginnt mit 18 Jahren Studium in Cambridge• Arbeiten zur Lichtbrechung (Prisma)• Spiegelteleskop• Entwicklung der Infinitesimal-rechnung (Prioritätenstreit mit Leipniz)• Aufbauend auf Arbeiten von Galilei und Kepler entwickelt er seine Himmelsmechanik• 1686 Hauptwerk „Philosophiae naturalis principia mathematica “• 1696 – 1699 Arbeiten zur Münz-prägung• Beiträge zur Wärmelehre