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- Herausgeber: Wiley-VCH GmbH
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
Anschaulichkeit vor Formalismus - die unvergleichlich verständliche Einführung in die Mechanik und Thermodynamik für Studierende der Natur- und Ingenieurwissenschaften in neuer Auflage!
Elektrotechnik, Maschinenbau, Chemie, Geophysik, Biologie: eine Einführung in die Physik gehört für alle Studierende der Natur- und Ingenieurwissenschaften unumgänglich zum Studium dazu, sei es im Rahmen der Physikvorlesungen für Hauptfachstudierende oder in Form auf spezifische Studiengänge zugeschnittener Veranstaltungen.
Die vierte Auflage des Lehrbuchklassikers von Friedhelm Kuypers gibt in gewohnt anschaulicher Weise eine Einführung in die Mechanik und die Thermodynamik; neu hinzugekommen sind ein leicht verständlicher Überblick zum schwer greifbaren Thema Entropie und zu erneuerbaren Energien. Jeder Abschnitt wurde vollständig überarbeitet, um noch besser auf immer wieder vorkommende Probleme der Studierenden einzugehen. Im Aufgaben- und Lösungsteil werden die mittleren und schweren Aufgaben mit einer anschaulichen Vorstellung der behandelten Physik eingeleitet, bevor die eigentlichen Rechnungen beginnen.
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Seitenzahl: 744
Veröffentlichungsjahr: 2022
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Inhaltsverzeichnis
Abdeckung
Titelblatt
Copyright-Seite
Vorwort
A Mechanik
1 Einführung
1.1 Einleitung
1.2 Messung und Maßeinheit
1.3 Die Einheit Sekunde
1.4 Die Einheit Meter
1.5 Die Einheit Kilogramm
2 Kinematik der Massenpunkte
2.1 Idealisierungen
2.2 Geschwindigkeit
2.3 Einführung in die Integralrechnung
2.4 Beschleunigung
2.5 Kreisbewegung
2.6 Noch einmal in Kürze
2.7 Aufgaben
3 Die Newtonschen Axiome und Kräfte
3.1 Das erste Newtonsche Axiom
3.2 Das zweite und dritte Newtonsche Axiom
3.3 Lösung einfacher Bewegungsgleichungen
3.4 Reibungskräfte
3.5 Noch einmal in Kürze
3.6 Aufgaben
4 Arbeit, Leistung und Energie
4.1 Arbeit
4.2 Leistung
4.3 Energie
4.4 Erneuerbare Energien *
4.5 Noch einmal in Kürze
4.6 Aufgaben
5 Impulssatz und Drehimpulssatz
5.1 Impulssatz
5.2 Drehimpulsssatz für Massenpunkte
5.3 Noch einmal in Kürze
5.4 Aufgaben
6 Bewegungen starrer Körper
6.1 Schwerpunktsatz
6.2 Trägheitsmomente
6.3 Drehungen um raumfeste Achsen
6.4 Ebene Bewegungen starrer Körper
6.5 Kinetische Energie ebener Bewegungen
6.6 Unwuchtkräfte *
6.7 Noch einmal in Kürze
6.8 Aufgaben
7 Lineare Schwingungen
7.1 Freie Schwingungen
7.2 Erzwungene Schwingungen
7.3 Mechanische und elektrische Schwingungen *
7.4 Gekoppelte Pendel
7.5 Noch einmal in Kürze
7.6 Aufgaben
8 Strömungslehre
8.1 Grundlagen
8.2 Die Bernoulli-Gleichung
8.3 Laminare Strömungen
8.4 Turbulenzbildung und Reynolds-Zahl
8.5 Strömungswiderstand umströmter Körper
8.6 Modelltechnik *
8.7 Windkraftanlagen *
8.8 Noch einmal in Kürze
8.9 Aufgaben
B Thermodynamik
9 Einführung in die Thermodynamik
10 Temperatur
10.1 Definition der Temperaturskala
10.2 Thermische Ausdehnung
10.3 Temperaturmessung
10.4 Noch einmal in Kürze
10.5 Aufgaben
11 Ideale Gasgleichung
11.1 Die Basiseinheit Mol
11.2 Aufstellung der idealen Gasgleichung
11.3 Noch einmal in Kürze
11.4 Aufgaben
12 Kinetische Gastheorie
12.1 Definition des idealen Gases
12.2 Grundgleichung der kinetischen Gastheorie
12.3 Die Einheit Kelvin
12.4 Geschwindigkeitsverteilung
12.5 Noch einmal in Kürze
12.6 Aufgaben
13 Erster Hauptsatz der Thermodynamik
13.1 Wärme
13.2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik
13.3 Wärmeübergang
13.4 Volumenänderungsarbeit
13.5 Gleichverteilungssatz und Wärmekapazität
13.6 Adiabatische Zustandsänderungen
13.7 Noch einmal in Kürze
13.8 Aufgaben
14 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
14.1 Formulierungen von Clausius und Kelvin
14.2 Reversible und irreversible Prozesse
14.3 Wirkungsgrad reversibler und irreversibler Prozesse
14.4 Der Carnot-Prozess
14.5 Entropie *
14.6 Dritter Hauptsatz der Thermodynamik
14.7 Noch einmal in Kürze
14.8 Aufgaben
15 Phasenumwandlungen
15.1 Umwandlungswärmen und -temperaturen
15.2 Verdampfung und Kondensation
15.3 p,T-Diagramme
15.4 Zustandsgleichung realer Gase *
15.5 Verflüssigung von Gasen *
15.6 Kältemaschinen
15.7 Noch einmal in Kürze
15.8 Aufgaben
16 Wärmeübertragung
16.1 Wärmeleitung
16.2 Konvektion
16.3 Wärmestrahlung
16.4 Strahlungsaustausch *
16.5 Noch einmal in Kürze
16.6 Aufgaben
Lösungen
Lösungen: 2 Kinematik der Massenpunkte
Lösungen: 3 Die Newtonschen Axiome und Kräfte
Lösungen: 4 Arbeit, Energie und Leistung
Lösungen: 5 Impuls- und Drehimpulssatz
Lösungen: 6 Starrer Körper
Lösungen: 7 Lineare Schwingungen
Lösungen: 8 Strömungslehre
Lösungen: 10 Temperatur
Lösungen: 11 Ideale Gasgleichung
Lösungen: 12 Kinetische Gastheorie
Lösungen: 13 Erster Hauptsatz
Lösungen: 14 Zweiter Hauptsatz
Lösungen: 15 Phasenumwandlungen
Lösungen: 16 Wärmeübertragung
Stichwortverzeichnis
Periodensystem
Guide
Cover
Table of Contents
Title Page
Copyright Page
Preface
Begin Reading
Index
End User License Agreement
Pages
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Physik in den Ingenieur- und Naturwissenschaften
Band 1: Mechanik und Thermodynamik
Friedhelm Kuypers4. Auflage
Autor
Prof. Dr. Friedhelm Kuypers
Hedwig-Dransfeld-Weg 14
93055 Regensburg Deutschland
Titelbild
Heißluft Stirlingmotor; istock / the-lightwriter
4. Auflage
Alle Bücher von Ernst & Sohn werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung.
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
© 2023 Ernst & Sohn GmbH, Boschstr. 12, 69469 Weinheim, Germany.
Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Photokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind.
Print ISBN 978-3-527-41398-0
ePDF ISBN 978-3-527-82964-4
ePub ISBN 978-3-527-82965-1
Umschlaggestaltung SCHULZ Grafik-Design, Fußgönnheim
Satz le-tex publishing services GmbH, Leipzig
Druck und Bindung
Gedruckt auf säurefreiem Papier.
Vorwort
Dieses Buch ist der erste Band eines zweibändigen Werkes der Physik und beschäftigt sich mit Mechanik und Thermodynamik. Der zweite Band enthält die Elektrizität, Optik und Wellenlehre. Für das Verständnis werden nur elementare Grundkenntnisse der Differential- und Integralrechnung vorausgesetzt.
Das Buch wurde geschrieben sowohl für Studierende der Naturwissenschaften Physik, Chemie, Mathematik als auch für Studierende mehrerer Ingenieurwissenschaften wie Elektrotechnik, Maschinenbau, …
Die vierte Auflage wurde gründlich und vollständig überarbeitet. Die Zahl der Aufgaben mit Lösungen wurde erhöht und Fehler wurden korrigiert. Vor allem der Abschn. „4.4 Erneuerbare Energien“ wurde auf den neuesten Stand gebracht. Neu ist ein zehnseitiger, einführender Abschn. über die Entropie.
Abschn., deren Überschrift mit einem Stern * markiert sind, können beim ersten Lesen übergangen werden.
Das Buch unterscheidet sich in den inhaltlichen Schwerpunkten und vor allem im didaktischen Konzept von anderen Büchern. Ich zähle die Besonderheiten, die mir wichtig sind, kurz auf:
119 Beispiele und 207 Aufgaben mit Lösungen:
Beispiele und Aufgaben haben eine
ganz zentrale Bedeutung
in der Lehre: Sie ermöglichen ein besseres, vertieftes Verständnis und zeigen, wie sich die
Theorie umsetzen und auf die Praxis anwenden
lässt. Daher habe ich die Beispiele und Lösungen der Aufgaben mit gleicher Sorgfalt und gleicher Ausführlichkeit ausgearbeitet wie den Haupttext. In vielen Aufgaben werden parallel mehrere, alternative Lösungen vorgestellt.
Bei der Auswahl waren drei Kriterien maßgebend:
1:
Entscheidend ist:
Beispiele und Aufgaben müssen die Theorie verdeutlichen und veranschaulichen. Sie sollen die Studierenden in die Lage versetzen, Probleme in der beruflichen Praxis mit den erlernten Methoden zu lösen
.
2:
Am liebsten lösen Studierende
Aufgaben aus dem Alltagsleben und aus der industriellen Praxis
. Warum können Sportler auf dem Mond zehnmal höher springen als auf der Erde? Was ist eine Resonanzkatastrophe? Wie regelt der Körper die Blutzufuhr? Warum bildet sich beim Öffnen einer Bierflasche Nebel über der Flüssigkeit? Wie groß sind die maximalen Wirkungsgrade von Windrädern, Verbrennungsmotoren und Wärmepumpen?
3:
Die meisten Beispiele und Aufgaben sind ehemalige Klausuraufgaben.
Stoffbeschränkung:
Grundsätzlich meide ich allzu schwierige Inhalte und behandele bewusst nur den Stoff, den die Studierenden in den ersten beiden Semestern
verstehen
und daher auch
in Klausuren bearbeiten
können. Themen, die zu schwierig für Klausuren sind, meide ich konsequent.
Kontrolle und Veranschaulichung:
Nicht selten übernehmen Studierende Rechnungen und Ergebnisse ungeprüft und kritiklos. Aber jeder sollte sich angewöhnen – vor allem auch in der beruflichen Praxis –, Resultate immer zu überprüfen und kritisch zu hinterfragen. In diesem Buch werden Lösungen regelmäßig kontrolliert und zugleich veranschaulicht, indem sie auf bereits bekannte
Spezialfälle
angewendet, Einheiten angeschaut,
Abhängigkeiten von Parametern und Anfangsbedingungen
untersucht und Zahlen eingesetzt werden.
Hinweise auf typische Fehler:
Fehler, die in Übungen und Klausuren immer wieder gemacht werden, Fallen und häufige Missverständnisse werden ausdrücklich genannt. So kann der Leser nicht nur aus den eigenen Fehlern, sondern auch
aus den
„
klassischen
“
Fehlern anderer Studenten lernen
.
Erneuerbare Energien:
Auf zehn Seiten werden wichtige Daten und der momentane Stand der erneuerbaren Energieproduktion besprochen. In den Unterkapiteln 8.8 und 15.6 werden Windkraftanlagen und Wärmepumpen ausführlich behandelt und ihre maximalen Wirkungsgrade berechnet.
Zusammenfassung:
Am Ende jedes Kapitels werden die wichtigsten Gleichungen, Sätze und Aussagen nochmals in Kürze zusammengefasst.
Abschließend möchte ich allen danken, die beim Schreiben dieses Buches geholfen haben. Prof. Dr. B. Braun hat mir eine ausführliche Liste mit Fehlern und Verbesserungsvorschlägen geschickt und war gerne bereit, fachliche Fragen zu diskutieren. Zudem haben wir hilfreiche Gespräche über Verbesserungsmöglichkeiten des Physikunterrichts geführt. Danken möchte ich auch Prof. Dr. A. Deutz für die Besprechung vieler physikalischer und didaktischer Probleme. Sein Interesse und seine ständige Bereitschaft, mit mir über Fragen und „Rätsel“ der Physik zu diskutieren, haben mir sehr beim Schreiben dieses Buches geholfen.
Allen Lesern, die durch Anregungen, Bemerkungen oder auch durch Fragen zur Verbesserung des Buches beitragen, bin ich auch weiterhin sehr dankbar. Meine E-MailAdresse lautet:
Regensburg, im August 2022
Friedhelm Kuypers
