Physik für Mediziner, Biologen, Pharmazeuten by Trautwein, Alfred X. -- Read -- Imperial Library of Trantor

Index

Physik für Mediziner, Biologen, Pharmazeuten Titel Impressum Vorwort der 8. Auflage Inhaltsverzeichnis Einleitung Mechanik

1. Raum und Zeit

1.1 Physikalische Größen und Einheiten

1.1.1 Länge als Beispiel 1.1.2 Basiseinheiten des internationalenEinheitensystems 1.1.3 Längenmessung 1.1.4 Zeitmessung 1.1.5 Winkelmaße

1.2 Bewegungen im Raum

1.2.1 Geschwindigkeit 1.2.2 Beschleunigung 1.2.3 Kreisbewegung 1.2.4 Berechnung des Weges aus Geschwindigkeit und Beschleunigung

2. Masse und Kraft

2.1 Die träge Masse 2.2 Wirkung von Kräften

2.2.1 Newton’sche Axiome 2.2.2 Verschiedene Arten vonKräften

2.2.2.1 Gravitation 2.2.2.2 Trägheitskraft 2.2.2.3 Zentrifugal- und Zentripetalkraft

2.2.3 Statisches und dynamisches Gleichgewicht von Kräften 2.2.4 Schwerelosigkeit 2.2.5 Dynamometer (Kraft einer gespannten Feder) 2.2.6 Druck (Kraft auf eine Fläche) 2.2.7 Drehmoment

2.2.7.1 Trägheitsmoment 2.2.7.2 Kräftepaar 2.2.7.3 Hebel 2.2.7.4 Schwerpunkt 2.2.7.5 Die Hebelwaage 2.2.7.6 Stabiles, indifferentes und labiles Gleichgewicht; Standfestigkeit

2.2.8 Impuls und Drehimpuls 2.2.9 Reibung

3. Arbeit, Energie, Leistung

3.1 Ein Beispiel für den Begriff Arbeit 3.2 Energieformen 3.3 Leistung, Wirkung

4. Erhaltungssätze

4.1 Energieerhaltungssatz 4.2 Impulserhaltungssatz 4.3 Der Stoß als Beispiel für Energie- und Impulserhaltung 4.4 Drehimpulserhaltungssatz

5. Mechanische Eigenschaften von Stoffen

5.1 Wechselwirkungen zwischen Atomen und Molekülen

5.1.1 Bindungsarten 5.1.2 Molekulares Bild der Aggregatzustände

5.2 Makroskopische mechanische Eigenschaftenvon Festkörpern

5.2.1 Homogene Körper 5.2.2 Verformung von festenKörpern unter dem Einflussvon Kräften

5.3 Makroskopische mechanische Eigenschaftenvon Flüssigkeiten

5.3.1 Grenzflächen 5.3.2 Hydrostatik

5.3.2.1 Kapillarität 5.3.2.2 Druck in Flüssigkeiten

5.3.3 Hydrodynamik

5.3.3.1 Die Kontinuitätsgleichung 5.3.3.2 Zähe Flüssigkeiten

5.3.3.2.1 Viskosität 5.3.3.2.2 Laminare Strömung 5.3.3.2.3 Turbulente Strömung 5.3.3.2.4 Strömungsgesetze und Blutkreislauf

5.4 Nanotechnologie

Mechanische Schwingungen und Wellen

6. Schwingungen

6.1 Pendel als mechanisches schwingungsfähiges System 6.2 Differentialgleichung der ungedämpften Schwingung 6.3 Gedämpfte Schwingungen 6.4 Erzwungene Schwingungen 6.5 Anharmonische Schwingungen

6.5.1 Überlagerung vonharmonischen Schwingungen 6.5.2 Zerlegung anharmonischerSchwingungen in harmonischeTeilschwingungen 6.5.3 Schwebung

6.6 Gekoppelte Pendel

6.6.1 Zwei gekoppelte Pendel 6.6.2 Übergang von der Pendelkettezu Eigenschwingungenausgedehnter Körper

7. Wellen Teil I: Mechanische und Akustische Wellen

7.1 Ausbreitung von Schwingungen in Wellenfeldern 7.2 Beschreibung von Wellenfeldern 7.3 Akustik 7.4 Der Doppler-Effekt 7.5 Gedämpfte Wellen 7.6 Anharmonische Wellen: Schallwellen als Beispiel 7.7 Überlagerung von Wellen, Interferenz 7.8 Das Huygens’sche Prinzip 7.9 Wellen an der Grenzfläche zwischen verschiedenen Medien 7.10 Stehende Wellen 7.11 Schallempfindungen: Akustik der Musik 7.12 Stimme und Gehör beim Menschen 7.13 Ultraschall

Wärmelehre

8. Wärme und Temperatur

8.1 Einleitung 8.2 Wärmeenergie/Wärmemenge 8.3 Wärmekapazität 8.4 Temperaturskalen 8.5 Temperatur-Messgeräte

8.5.1 Ausdehnungsthermometer 8.5.2 Thermoelement 8.5.3 Widerstandsthermometer 8.5.4 Digitalthermometer

9. Ideale Gase

9.1 Zustandsgrößen, Zustandsgleichung 9.2 Zustandsänderungen 9.3 Adiabatische Zustandsgleichungen 9.4 Zustandsgleichung von Gasgemischen

10. Kinetische Gastheorie

10.1 Gasdruck 10.2 Kinetische Energie und Temperatur 10.3 Freiheitsgrade und Gleichverteilungssatz 10.4 Geschwindigkeitsverteilung 10.5 Volumenarbeit 10.6 Wärmekapazität von Gasen

11. Reale Gase, Van der Waals’sche Zustandsgleichung 12. Hauptsätze der Wärmelehre

12.1 Innere Energie 12.2 Der 1. Hauptsatz der Wärmelehre 12.3 Reversible und irreversible Prozesse 12.4 Entropie 12.5 Der 2. Hauptsatz der Wärmelehre 12.6 Energiebilanz beim lebenden Organismus

13. Thermodynamische Eigenschaften von Stoffen

13.1 Thermische Ausdehnung 13.2 Wärmeübergang, Wärmetransport 13.3 Stoffgemische

13.3.1 Gehaltsangaben vonLösungen 13.3.2 Echte Lösung,kolloidales System,grobe Dispersion 13.3.3 Henry-Dalton’sches Gesetz 13.3.4 Hydratation, Solvatation 13.3.5 Diffusion 13.3.6 Osmose 13.3.7 Phasenübergänge

13.3.7.1 Umwandlungswärmen 13.3.7.2 Lösungswärmen 13.3.7.3 Reaktionswärmen 13.3.7.4 Dampfdruck 13.3.7.5 Dampfdruckerniedrigung, Siedepunktserhöhung und Gefrierpunktserniedrigung 13.3.7.6 Koexistenz von Phasen, Phasengleichgewichte

Elektrizitätslehre

14. Elektrische und magnetische Größen

14.1 Vorbemerkung 14.2 Ladung

14.2.1 Ladungsmenge 14.2.2 Kraft zwischen elektrischenLadungen

14.3 Spannung

14.3.1 Definition der Spannung 14.3.2 Spannungsquellen

14.4 Strom 14.5 Widerstand, Leitwert

14.5.1 Leiter, Nichtleiter 14.5.2 Spezifischer Widerstand,spezifische Leitfähigkeit 14.5.3 Strom-Spannungs-Kennlinievon Leitern

14.6 Netzwerke

14.6.1 Schaltbilder 14.6.2 Innenwiderstand einerSpannungsquelle 14.6.3 Kirchhoff’sche Gesetze deselektrischen Stromes

14.7 Elektrostatisches Feld

14.7.1 Kraftwirkung auf eine Ladungim Feld 14.7.2 Arbeit und Energie imelektrischen Feld 14.7.3 Kondensator und Kapazität 14.7.4 Kräfte auf einen Dipol im Feld 14.7.5 Materie im Feld 14.7.6 Energieinhalt des elektrischenFeldes 14.7.7 Piezo- und Pyroelektrizität

14.8 Magnetfeld

14.8.1 Feldstärke und magnetischeInduktion 14.8.2 Kräfte auf einen magnetischenDipol 14.8.3 Lorentz-Kraft 14.8.4 Induktionsvorgänge 14.8.5 Selbstinduktion 14.8.6 Energieinhalt desmagnetischen Feldes 14.8.7 Lenz’sche Regel 14.8.8 Magnetfelderim menschlichen Körper

14.9 Zeitabhängige Spannungen und Ströme

14.9.1 Ein- und Ausschaltvorgänge

14.9.1.1 Einschalt- und Ausschaltvorgang beim Kondensator 14.9.1.2 Ein- und Ausschaltvorgang bei der Spule

14.9.2 Sinusförmige Wechselspannungenund Wechselströme 14.9.3 Dreiphasen-Spannung,Drehstrom 14.9.4 Nicht-sinusförmigeWechselspannungen,Spannungsimpulse 14.9.5 Wechselstrom-Kreise

14.9.5.1 Kapazitiver Widerstand 14.9.5.2 Induktiver Widerstand 14.9.5.3 Wechselstromkreise mit Ohm’schem, kapazitivem und induktivem Widerstand

14.9.6 Resonanz-Schwingkreise 14.9.7 Elektromagnetische Wellen

14.9.7.1 Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen 14.9.7.2 Ausbreitungsrichtung elektromagnetischer Wellen 14.9.7.3 Maxwell’sche Gleichungen

14.9.8 Leistung des elektrischenStroms

15. Mikroskopische elektrische Vorgänge

15.1 Biologische Potentiale

15.1.1 Entstehung von Spannungenan Grenzflächen 15.1.2 Summenpotentiale

15.2 Mechanismen der Stromleitung

15.2.1 Stromleitung im Vakuum 15.2.2 Stromleitung in Gasen 15.2.3 Stromleitung in Elektrolyten 15.2.4 Stromleitung in Festkörpern

15.3 Halbleiterelektronik

15.3.1 Halbleiterdiode 15.3.2 Transistor 15.3.3 Feldeffekt-Transistor 15.3.4 Digitalelektronik

16. Elektrische Geräte

16.1 Messgeräte

16.1.1 Das Drehspul-Messwerk 16.1.2 Das Digital-Messgerät 16.1.3 Messung von Strom undSpannung 16.1.4 Elektronenstrahl-OszilloskopOszillograph) und Bildschirm 16.1.5 Analoge Ladungsmessung 16.1.6 Messung von Ohm’schenWiderständen 16.1.7 Rauschen

16.2 Technische elektrische Geräte

16.2.1 Dynamo-Maschine 16.2.2 Elektro-Motor 16.2.3 Transformator 16.2.4 Sender und Empfänger

Optik

17. Optische Strahlung

17.1 Einleitung 17.2 Licht-Messgrößen 17.3 Strahlungsquellen 17.4 Bohr’sches Atommodell 17.5 Emission von Licht aus Atomen 17.6 Kohärenz, spontane und induzierte Emission 17.7 Das Emissionsspektrum der Atome 17.8 Absorption von Licht in Atomen und Molekülen 17.9 Emission und Absorption glühender Stoffe 17.10 Temperaturstrahlung und Temperaturgleichgewicht

17.10.1 Thermische Emissionund Absorption 17.10.2 Strahlungsgesetze

17.11 Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Lumineszenz 17.12 LASER (Light Amplification by Stimulated Emissionof Radiation)

17.12.1 Funktionsweise undEigenschaften 17.12.2 Laser in der Medizin

18. Wellen Teil II: Wellenoptik

18.1 Interferenz von Wellen

18.1.1 Interferenzfähigkeit 18.1.2 Anwendung der Interferenz:Die Interferometrie 18.1.3 Holografie

18.2 Beugung elektromagnetischer Wellen

18.2.1 Beugung an Spalten 18.2.2 Das Beugungsgitter 18.2.3 Beugung an kreisförmigenBlenden (Beugungsunschärfe) 18.2.4 Beugung von Röntgenstrahlen

18.3 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in Materie

18.3.1 Der Brechungsindexund das Brechungsgesetz 18.3.2 Das Absorptionsgesetz 18.3.3 Der Zusammenhang zwischenAbsorption und Dispersion 18.3.4 Dichroismus undDoppelbrechung 18.3.5 Spannungsdoppelbrechung

18.4 Spektralanalyse

18.4.1 Lambert-Beer’sches Gesetz 18.4.2 Extinktion kolloidalerSysteme

18.5 Polarisation elektromagnetischer Wellen

18.5.1 Polarisationszustand 18.5.2 Erzeugung und Untersuchungvon linear polarisiertem Licht 18.5.3 Optische Aktivität undFaraday-Effekt

18.6 Materiewellen

19. Geometrische Optik

19.1 Lichtausbreitung 19.2 Optische Symbole, Strahlengänge und Bilder 19.3 Reflexion und Brechung in der Geometrischen Optik

19.3.1 Reflexion 19.3.2 Abbildung durch Spiegel 19.3.3 Brechung 19.3.4 Intensitäten von gebrochenemund reflektiertem Strahl 19.3.5 Zerlegung von Lichtin seine Spektralfarbenmit Hilfe des Prismas 19.3.6 Totalreflexion 19.3.7 Optoelektronik

19.4 Abbildung mit Linsen

19.4.1 Abbildung durch brechendeFlächen 19.4.2 Die Abbildungsgleichungfür eine brechende Fläche 19.4.3 Spezialfälle derAbbildungsgleichung 19.4.4 Die Abbildungsgleichungfür eine Linse 19.4.5 Klassifizierung von Linsen 19.4.6 Die Abbildungsgleichung fürein System aus zwei Linsen 19.4.7 Kardinalelemente von dickenLinsen und Linsensystemen 19.4.8 Konstruktion vonStrahlengängen 19.4.9 Optische Vergrößerung 19.4.10 Die Schärfentiefe(Tiefenschärfe) 19.4.11 Abbildungsfehler

19.5 Das Auge

19.5.1 Optische Abbildung im Auge 19.5.2 Fehlsichtigkeit 19.5.3 Empfindlichkeit 19.5.4 Bildverarbeitung 19.5.5 Farbsehen 19.5.6 Vergrößerung bei Betrachtungmit dem Auge

20. Einige abbildende und spektroskopische Instrumente

20.1 Lupe 20.2 Projektions-Apparate 20.3 Lichtmikroskop 20.4 Elektronenmikroskop 20.5 Raster-Sonden-Mikroskopie 20.6 Fernrohr

20.6.1 Adaptive Optik

20.7 Photometer 20.8 Strahlungsmessgeräte 20.9 Die Kamera

Atomkerne, Ionisierende Strahlung

21.1 Atomkerne

21.1.1 Elementarteilchen 21.1.2 Aufbau der Atomkerne 21.1.3 Kernmagnetische Resonanz

21.2 Radioaktivität

21.2.1 Kernumwandlungen 21.2.2 Natürliche Radionuklide 21.2.3 Zerfallsgesetz 21.2.4 Radioaktives Gleichgewicht 21.2.5 Wechselwirkungenergiereicher geladenerTeilchen mit Materie 21.2.6 Wechselwirkung vonNeutronen mit Materie 21.2.7 Strahlungsdetektoren 21.2.8 Medizinische Anwendungvon Radionukliden;Bestrahlungstechniken 21.2.9 Kernspaltung und Kernfusion 21.2.10 Künstliche Kernumwandlung,Aktivierung

21.3 Röntgenstrahlen

21.3.1 Bremsstrahlung,charakteristische Strahlung 21.3.2 Erzeugung ultraharterRöntgenstrahlungdurch Teilchenbeschleuniger 21.3.3 Wechselwirkung von Röntgen-undGammastrahlungmit Materie 21.3.4 Röntgenbildaufnahmen

21.4 Dosimetrie 21.5 Bemerkungen zum Strahlenschutz

Regelung, Steuerung,Informationsübertragung

22. Regelung und Steuerung 23. Computergestützte Informationsübertragungin der Medizin (Medizinische Informatik)

Aufgaben und Lösungen

24.1 Aufgaben

1.1 Relativitätstheorie 1.2 Raumwinkel 1.3 Beschleunigung, Bremsung 2.1 Kraft 2.2 Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung 2.3 Druck 2.4 Reibung 3.1 Abmagerungskur 3.2 Energie, Leistung 3.3 Masse-Energie-Äquivalenz 4.1 Impulserhaltung 4.2 Drehimpulserhaltung 5.1 Elastische Verformung 5.2 Bruchfestigkeit 5.3 Hagen-Poiseuille’sches Gesetz 5.4 Sedimentation 5.5 Turbulente Strömung 6.1 Pendel 6.2 Eigenschwingung eines elastischenFestkörpers 6.3 Gedämpfte Schwingungen 6.4 Erzwungene Schwingungen 6.5 Mittelwerte periodisch sich ändernderGrößen 7.1 Wellenlänge und Phase 7.2 Schallausbreitung 7.3 Überschall-Flugzeug 7.4 Empfindlichkeitsbereich des Ohres 7.5 Akkorde 7.6 Frequenz einer gespannten Saite 8.1 Wärmekapazität eines Kalorimeters 8.2 Erwärmung eines Körpers 8.3 Widerstandsthermometer 9.1 Ausdehnung von Gasen 9.2 Adiabatische Kompression 9.3 Sauerstoffverbrauch des Menschen 10.1 Innere Energie eines Gases 10.2 Translationsenergie von Gasen 10.3 Arbeit, Wärmemenge, innere Energieeines Gases 12.1 Energieumwandlung 12.2 Carnot’scher Kreisprozess 12.3 Wärmepumpe 13.1 Energieabgabe des menschlichenKörpers 13.2 Hämolyse bei osmotischerDruckdifferenz 13.3 Osmotischer Druck 14.1 Vergleich von Coulomb- undGravitationskraft 14.2 Elektrischer Widerstand 14.3 KompensatorischeSpannungsmessung 14.4 Magnetfeld, Lorentz-Kraft 14.5 Wechselstrom 15.1 Elektrolyt 15.2 Elektroschock 15.3 Driftgeschwindigkeitund Beweglichkeitvon Elektronen in Metallen 16.1 Messung biologischer Spannungen 16.2 Messbereichserweiterungvon Ampere- und Voltmeter 16.3 Überlegungen zur Aufnahme einesEKG 16.4 EEG-Aufnahme 16.5 Wheatstone’sche Brückenschaltung 16.6 Spannungsversorgungvon Röntgengeräten 17.1 Lichtquellen 17.2 Farben 17.3 Thermische Strahlung desmenschlichen Körpers 17.4 Chemische Wirkung des Lichts 17.5 Arbeitsplatzbeleuchtung 18.1 Interferenzfarben 18.2 Brechung 18.3 Absorption 18.4 Streuung und Absorption von Licht 18.5 Polarimeter 18.6 Materiewellenund elektromagnetische Wellen 19.1 Doppler-Effekt beim Licht 19.2 Reflexion

19.3 Brechung 19.4 Linsengesetze 19.5 Brillen 19.6 Auge 19.7 Auflösungsvermögen des Auges 20.1 Auflösungsgrenze desLichtmikroskops 20.2 Zweistrahlphotometer 20.3 Wechseloptiken 21.1 Umwandlung von Masse inStrahlungsenergie 21.2 Kernbindungskräfte 21.3 Altersbestimmung durch Messungdes Gehaltes an radioaktivemKohlenstoff 21.4 Bestimmung des Kaliumgehaltes 21.5 Anzahl der Kernumwandlungenbei einem radioaktiven Präparat 21.6 Radioaktives Gleichgewicht 21.7 Radioaktive Markierung,Blutvolumenbestimmung 21.8 Energiegewinnung durch Fusion

21.9 Strahlendosis 21.10 Beschleunigung von Teilchen

24.2 Lösungen

Anhang

A.1 Mathematische Beschreibungphysikalischer Zusammenhänge A.2 Fehlerabschätzung

2.1 Größenordnungsmäßige Angabe von Messfehlern 2.2 Ursachen von Fehlern

2.2.1 Fehler durch die Messapparatur 2.2.2 Fehler durch das Messobjekt

2.3 Methoden der Fehlerabschätzung

2.3.1 Messfehler der Einzelgröße 2.3.2 Fehlerfortpflanzung 2.3.3 Fehler einer Funktion

2.4 Signifikanz-Tests

A.3 Rechnen mit Vektoren A.4 Das Exponentialgesetz A.5 Weitere mathematische Beziehungen A.6 Einige Naturkonstanten A.7 Angelsächsisches Einheitensystem

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