22 Februar 2009

Am lernen für die Physik-Klausur – Teil1

Ich bin gerade dabei für die Physik-Klausur zu lernen und stolpere die ganze Zeit über schöne Definitionen, die ich zwar schon kenne, aber die mir so bewusst noch gar nicht über den Weg gelaufen sind. So heißt es hier z.B. im Buch Physik Expresso, dass Strom eigentlich nur die fließenden Elektronen bezeichnet. Und das, wenn ein Strom von 1 Ampere fließt, dass eigentlich nur soviel bedeutet wie das 6,242 x 10¹⁸ Elektronen in einer Sekunde durch die Leitungen fließen.

Interessant ist dann auch was Coulomb eigentlich sind. Ich hatte das jetzt einfach als die Einheit für die Ladung hingenommen. Wenn man sich das aber wieder genauer anschaut, so sieht man das ein Coulomb eben diese 6,242 x 10¹⁸ Elektronen sind.

Aber auch die Ladung muss man sich ja einmal genauer anschauen. Denn es gibt ja positiv geladene Teilchen und negativ geladene. Nun wissen wir sicher das die negativ geladenen Teilchen Elektronen heißen und die Positiv geladenen Positronen. Wenn man in Physik dann noch ein wenig aufgepasst hat, dann weis man auch wie diese Ladungen zustande gekommen sind. Ein negativ geladenes Teilchen hat einen Elektronenüberschuss und eine positiv geladenes Teilchen einen Elektronenmangel.

Was Elektronen sind, dass muss man sich gesondert anschauen, denn das geht jetzt doch ein wenig weit zurück und hält mich von meiner Klausurvorbereitung ab, denn hierfür müssen wir uns den Aufbau von Atomen anschauen, wir müssen uns den Atomkern und die Außenschalen anschauen und das ganze auch verstehen.

Was aber noch wichtig ist, um nachher bei den Kondensatoren weiter zu kommen, man sollte wissen welche Eigenschaften die Elektronen und Positronen haben. Wichtig ist zu wissen das sich Teilchen mit unterschiedlicher Ladung anziehen und Teilchen mit gleicher Ladung abstoßen.

So genug dazu, dass musste jetzt erst einmal festgehalten werden, denn nun geht die Klausurvorbereitung weiter.

25 Januar 2009

Sammeln für eine Formelsammlung

Ich habe mir jetzt vorgenommen eine kleine Formelsammlung für Physik zusammen zu stellen. Sicher habe ich das Tafelwerk, aber ich hätte lieber eines, wo ich mir auch noch ein paar Erklärungen aufschreiben kann und was ich dann zum Wiederholen und lernen benutzen kann.

Nun ist mir aufgefallen, dass es gar nicht so einfach ist, sich so eine Formelsammlung zusammen zu stellen, da man doch schon eine Menge Themen durch hat. Hier mal die Themengebiete der Reihe nach:

  1. geradlinige, gleichförmige Bewegung
  2. gleichmäßig beschleunigte Bewegung
  3. senkrechter Wurf + freier Fall
  4. waagerechter Wurf
  5. Kräfte, Reibung
  6. meschanische Arbeit
  7. Leistung und Energie
  8. Kreisbahn
  9. Radialkraft
  10. Schwingungen (Fadenpendel und sowas)
  11. Wellen
  12. Brechung von Licht
  13. Impuls und Kraftstoß
  14. Rotationsenergie und Trägheitsmoment
  15. Erot und Ekin
  16. Gravitation, Erdanziehung, Umlaufbahnen und sowas
  17. Elektrizität

Und jetzt halt das Aktuelle Thema Magnetismus. Ich bin zwar schon am suchen, welche Formeln es da so alle gibt, aber wenn vielleicht einer von euch spontan eine hat, die er mir zu diesen Themen mitteilen könnte, würde ich mich natürlich sehr freuen. Vielleicht auch noch eine kleine Erklärung dazu, aber das ist nicht unbedingt notwendig.

23 Januar 2009

Magnetismus Teil 1

Unser neues Thema in Physik ist der Magnetismus. Damit haben wir Anfang dieser Woche richtig angefangen, obwohl wir am Freitag schon ein Video dazu gesehen haben. Bisher haben wir uns mit den Thema Magnet und magnetische Flussdichte beschäftigt.

Was ist ein Magnet?

Ein Magnet besteht aus einen Nord und einen Südpol. Er besteht immer daraus, es gibt keinen Magneten, welcher nur einen Pol hat. Dieser Magnet sieht ferromagnetische Stoffe an.

Eigenschaften von Magneten:

  • es existieren nur Dipole (Magnete mit Nord und Südpol)
  • ungleichnamige Pole ziehen sich an, gleichnamige Pole stoßen sich ab
  • Magnete reagieren mit ferromagnetischen Elementen
  • um Magneten herrscht ein Magnetfeld
  • Feldlinien sind vom Nordpol zum Südpol gerichtet
  • Feldlinien beginnen und enden an den Polen
  • ein frei beweglicher Magnet richtet sich immer nach Nord-Süd-Richtung aus
  • Magnetkraft ist an den Polen immer am stärksten

Soviel zu den Eigenschaften. Im Zusammenhang mit dem Magnetismus wird man aber auch auf die Begriffe magnetische Influenz, Deklination und Inklination stoßen. Die magnetische Influenz bedeutet, dass sich in ferromagnetischen Stoffen, sobald diese in einen Magnetfeld sind, die Elementarmagneten so ausrichten, dass der ganze ferromagnetische Stoff dann magnetisch ist.

Deklination ist die Abweichung der Magnetnadel(z.B. im Kompass)  vom geografischen Nordpol, da dieser nicht mit dem magnetischen Südpol überein stimmt. Das bedeutet, wenn man zum geographischen Nordpol möchte, muss man beim Kompass eine bestimmte Abweichung mit einberechnen. Wenn ihr euch wundert, warum ich, wenn ich vom geographischen Nordpol rede, den magnetischen Südpol mit ins Spiel bringe, so ist auch dies einfach zu erklären. Der Nordpol der Kompassnadel richtet sich immer in Richtung Norden aus. Nun haben wir aber gelernt, dass sich gleichnamige Pole abstoßen. Somit ergibt sich, dass am geographischen Nordpol, ein magnetischer Südpol sein muss, andernfalls würde sich der Südpol der Kompassnadel zum Nordpol ausrichten.

Inklination ist dann der Winkel der Abweichung unserer beliebten Magnetnadel aus der horizontalen Lage. Dies geschieht, weil die Feldlinien unserer Erde zum Teil in die Erde zeigen und die Magnetnadel dies natürlich auch machen will, denn sie wird ja vom magnetischen Südpol unserer Erde angezogen.

Bleibt noch zu klären, was die magnetische Flussdichte ist. Bei der Flussdichte handelt es sich um eine physikalische Größe. Sie drückt die Stärke eines Magnetfeldes und hat die Einheit Tesla. Wie man diese Größe berechnet und welche Bedingungen erfüllt sein müssen, werde ich in einen späteren Eintrag erklären. Ich würde es gerne heute schon tun, aber das ist für mich auch noch Neuland, da wir heute erst damit begonnen haben.

21 Januar 2009

Kondensatoren

In Physik haben wir gerade das Thema Kondensatoren mit einen Test abgeschlossen. Da ich aber zu wenig weiß, möchte ich mich hier jetzt noch einmal mit diesem Thema näher auseinander setzen.

Was sind Kondensatoren eigentlich?

Im Buch „Physik“ von Metzler wird der Kondensator wie folgt Definiert:

Ein Kondensator ist eine Anordnung zur Speicherung elektrischer Energie. Sie besteht aus zwei Leitern, die durch einen Isolator getrennt sind.

In einer anderen Quelle heißt es :

Kondensatoren sind Bauelemente, die elektrische Ladungen bzw. elektrische Energie speichern können.

Man kann also sagen, dass etwas gespeichert wird was später wieder abrufbar ist. In diesen Fall wird elektrische Energie gespeichert.

Welche Bauformen gibt es?

Die Frage würde ich wohl nicht stellen, wenn es nicht unterschiedliche Formen geben würde. Zu nennen sind hier die Leidener Flasche, der Drehkondensator, der Blockkondensator, der Keramikkondensator, der Elektrolytkondensator und die so genannten super Kondensatoren. Die Kondensatoren unterscheiden sich nicht nur in ihrer Bauform, sondern auch in ihrer Kapazität und in ihrem Einsatz-Gebiet. Finden tut man sie z.B. in verschiedenen Multimedia-Geräten, in Fahrradlampen in zwischen auch, hier werden sie dazu genutzt, um den Fahrradfahrer  ein Stand-Licht zur Verfügung zu stellen wenn sie ihre Lampen noch mit einem Dynamo betreiben.

Und warum wird das ganze nun in Physik behandelt?

Nun eigentlich ganz einfach, man kann mit Hilfe des Kondensators einige Berechnungen durchführen, neue Größen einführen und den Schüler halt auch mit einem Test ärgern. Als Physikalische Größen in Verbindung mit Kondensatoren sind z.B. die Kapazität (C), die Ladung (Q) und die Spannung(U), aber auch das elektrische Feld kann man mit Hilfe des Kondensators aufbauen und berechnen.

Das war jetzt die Einführung zu Kondensatoren, in den nächsten Posts zu diesen Thema, beschäftige ich mich dann mit der Berechnung von Kapazität, Ladung, Spannung, der elektrischen Energie und so weiter und so fort. Es kommt noch eine ganze Menge zu dem Thema, und wenn ich alles zusammen habe, vielleicht auch wieder ein gesprochener Vortrag.

4 Januar 2009

Hach ich bin schon aufgeregt…

Morgen geht es nun wieder los mit Mathe und Physik. Das vierte Semester beginnt und somit das letzte vor der 13.Klasse. Jetzt lege ich den Grundstein für ein gutes oder schlechtes Abiturzeugnis, wobei ich natürlich hoffe, dass es ein gutes ist.

In Mathe wird es wohl weitergehen mit Exponential- und Logarithmusfunktionen. Wobei ich mal denke, dass es nicht mehr nur um die Grundeigenschaften gehen wird, sondern dann auch Verknüpfungen und Verkettungen dran kommen. Grundeigenschaften, hach, wie waren die eigentlich gleich noch einmal?

Exponentialfunktion :

Wie war z.B. die erste Ableitung dieser Funktion?

Die Funktion selber ist f(x) = e^x

Die erste Ableitung ist, und dass ist sehr überraschend, auch f'(x) = e^x und die Zweite? Welch eine Überraschung, auch diese ist f“(x) = e^x

^ bedeutet übrigens „hoch“ in diesen Fall. Gesprochen also e hoch x. Eine weitere Eigenschaft ist, dass die Exponentialfunktion keine Nullstellen hat.

Kommen wir jetzt zur Logarithmusfunktion.

Die Logarithmusfunktion:

Die Funktion f(x)= ln(x) hat als erste Ableitung die Funktion f'(x) = 1/x und als zweite Ableitung die Funktion f“(x) = -1/x² .

Die Nullstelle dieser Funktion liegt bei x0=1

Wichtig ist noch zu wissen das die Logarithmusfunktionen die Umkehrfunktion der Exponentialfunktion und umgekehrt.

Und in Physik, was war eigentlich in Physik das Thema vor den Ferien? So genau weiß ich es eigentlich gar nicht. Wichtig waren auf jeden Fall das elektrische Feld, die Spannung, die elektrische Arbeit, die Ladung von verschiedenen Teilchen. Das gesamte Thema muss ich mir bis Morgen noch einmal anschauen und zusammen fassen. Bericht und Zusammenfassung folgen hier.

8 Dezember 2008

PhysLab

Heute war ich von der Abendschule aus im einen Schülerlabor an der FU Berlin. Hier konnten wir uns zwei Experimente anschauen, bzw. selber durchführen. Zum einen gab es ein Experiment zum Frank-Hertz Effekt und dann noch eines zum Fotoeffekt.

Ich habe mich für das Fotoeffekt-Experiment entschieden. Grundlage ist die elektrostatische Aufladung von einen Gegenstand gewesen. Ein Gegenstand der negativ Geladen ist, verliert diese Ladung wenn eine relativ starke Lichtquelle einwirkt. Ist der selbe Gegenstand positiv Geladen und wird nun die selbe Lichtquelle darauf gerichtet, ändert sich an der Ladung des Gegenstandes nichts.

Woran liegt das? Nun Licht ist eben nicht nur eine Welle, wie ich bisher immer dachte, sondern Licht besteht auch aus Teilchen. Diese hoch energetischen Teilchen, in dem Falle wohl Protonen, ziehen die überschüssigen Elektronen auf den negativ geladenen Gegenstand an, bzw. nehmen diese auf. (An der Stelle muss ich noch einmal nachhacken, aber das ist erst im nächsten Jahr bei uns ein Thema im Unterricht. Oder jemand von euch weiß das Besser, dann immer her mit den Kommentaren.)

Bei einer positiven Ladung des Gegenstandes ist ja nun schon ein Elektronen mindermenge vorhanden, weshalb auch die Protonen keine weiteren aufnehmen können, und die positive Ladung vorhanden bleibt, da auch keine Elektronen abgeben werden vom Licht.

Daraus ließ sich nun ein Experiment aufbauen, da das Licht ja Elektroden aus dem Gegenstand abzieht, kann man nun mit einen relativ einfachen Aufbau die Spannung messen, die Licht erzeugt, wenn man es durch verschiedene Filter schickt. Als Grundlage für den Aufbau dient eine Fotozelle, welche aus einer Platte besteht, aus welcher das Licht die Elektronen absieht, weiterhin besteht es aus einen Metallring, welcher die Elektronen aufnimmt. So entsteht ein elektrisches Feld, von welchen man eine Spannung messen kann. Vor dieser Einheit kann man dann einen Filter einspannen, der nur bestimmte Wellen des Lichtes durchlässt.

Weiter kann ich das ganze jetzt noch nicht erklären, dass bedarf einfach noch ein wenig Klärung im Unterricht, aber wenn einer von euch schon weiter ist, immer her mit den Kommentaren.

Zur Auswertung der Testreihe konnte man dann ein wenig rechnen. Als Grundlage diente die Formel :

E = h x f – Wa

h ist in diesem Fall eine Hilfskonstante, f die Frequenz, W ist die Arbeit und E die Energie.

Ja, das zu diesen Experiment.

Beim anderen habe ich auch noch kurz reingeschaut, kann dazu aber nicht all zu viel sagen. Ich werde mir jetzt dazu einmal das Handout anschauen und im Internet noch ein wenig Googlen.

4 Dezember 2008

Das elektrische Feld

Unser neues Thema in Physik ist vorerst das elektrische Feld. Wobei das wahrscheinlich gar nicht die neue Themen-Überschrift ist, sondern nur ein Unterpunkt. Denn neben dem elektrischen Feld, haben wir auch gleichzeitig die elektrische Ladung kennen gelernt. Das Formelzeichen für diese elektrische Ladung ist Q und die Maßeinheit ist C ( C steht für Coulomb*)

Gleichzeitig wurde die elektrische Feldkonstante eingeführt, welche 8,854 x 10-¹² As/Vm beträgt. Mit dieser kann man dann, wenn man es denn unbedingt will, und wenn man die Formel zur Berechnung der Coulomb-Kraft hat, eben diese berechnen.

Die Formel für die Coulomb-Kraft war gar nicht so leicht zu finden im Internet, aber da ich da nicht so leicht aufgebe, habe ich sie am Ende doch noch herausgefunden. Sie lautet :

Fc = (1/ 4piε0) x (Q1xQ2/r²)

ε0 ist die elektrische Feldkonstante
Fc ist die Coulomb-Kraft
Q1 und Q2 sind die Ladungen
r ist der mittlere Abstand, nicht zu verwechseln mit dem Radius

Die Formel gibt es noch mit einen k als Konstante, welche den ersten Teil der Gleichung ersetzt, also Fc = k x (Q1xQ2/r²). Die Konstante k hat dabei den einen Wert von rund 9 . 10⁹ Nm²/C²

Im ersten Augenblick, wahrscheinlich ziemlich verwirrend, aber damit lässt sich schon wieder einiges Rechnen, aber wie ihr seht, ist meine Themen-Überschrift wohl nicht ganz richtig, bleibt nur die Frage, welche wäre die Richtige 😉

Bevor ich mein * bei Coulomb vergesse. Coulomb, besser gesagt Charles Augustin de Coulomb, war ein französischer Physiker, welcher zwischen 1736 und 1806 Lebte und den Physikschülern von heute einige Gesetzmäßigkeiten eingebracht hat, die es nun zu lernen gilt. Ein wenig mehr über ihn könnt ihr auf Wikipedia erfahren.

14 November 2008

Merkur

So Leute,

nach dem ich heute total verschlafen habe und meinen Vortrag in Physik nicht halten konnte, habe ich dieses jetzt als mp3 gemacht und stelle es hier zur Verfügung.

Für die Aufgabe am Ende des Vortrages sind fast alle Daten im Vortrag genannt, es fehlt aber die Masse der Sonne, welche 1,99 *10³⁰ Kg beträgt.

Viel Spaß mit dem Vortrag, Kommentare sind erwünscht und bringen mich auf jeden Fall weiter.

Hier ist der Vortrag : Merkur Vortrag

Die Quellen sind :

  1. http://de.wikipedia.org/wiki/Merkur_(Planet)
  2. http://www.neunplaneten.de/nineplanets/mercury.html
10 November 2008

Nächtliches Lernen

So langsam fängt das Lernen in der Nacht an Spaß zu machen. Habe ich doch eben erfolgreich die Formel zum errechnen der Umlaufzeit von Planeten um die Sonne nachgerechnet und kapiert. Die Formel ist :

T = Wurzel aus ( (4PI² / G(m1+m2)* a³)

T ist hierbei die Umlaufzeit, G die Gravitationskonstante, m1 die Masse der Sonne, m2 die Masse des Planeten und a der Mittlere Abstand des Planeten zur Sonne. Wenn man all diese Informationen zur Verfügung hat und mit seinen Taschenrechner klar kommt, dann sollte man das ganze errechnen können.

Wenn man also für m1 die Masse der Sonne mit 1,99 * 10³⁰kg nimmt, für m2 die Masse der Erde mit 5,97 * 10²⁴ kg und für a den mittleren Abstand der Erde zur Sonne (150000 *10⁶ m) kommt man am Ende auf etwa 367* Tage, was dem ganzen schon ziemlich nah kommt. Es sind natürlich ein paar Rundungsdifferenzen enthalten, aber wenn man genauere Werte nimmt, kommt man mit Sicherheit auf die 365 Tage und paar Stunden.

(*Als Ergebnis kommen Sekunden raus, dass ganze muss man dann noch in Tage umrechnen)

Hier noch die Probe der Einheiten :

[T] = Wurzel aus ( kg * s² * m³ / m³ * kg) Hierbei kürzen sich m³ und kg raus womit nur noch Wurzel aus (s²) übrig bleibt. Die Wurzel aus s² ist s, somit bleibt für [T] = s

s = Sekunden

Hier noch die Einheiten, für die Leute die die Probe nachvollziehen wollen:

Masse = kg ; mittlerer Abstand (a) = Meter und Gravitationskonstante (G) = m³ / kg * s²

24 Oktober 2008

Turmspringen und die Physik

Neulich habe ich mir mal das Turmspringen von Stefan Raab angeschaut und habe den Moderatoren mal genau zugehört. Da war doch immer die Aussage von ungleichen Paaren und dass deren Gewichtsunterschiede das Synchronspringen schon unmöglich macht. Aber halt, Wolke sagte da was von der Physik und das der Gewichtsunterschied keine Rolle spielt! Stimmt, sagte ich ganz spontan, denn die Erdanziehung ist für alle gleich! Die Moderatoren blieben weiterhin hartnäckig bei ihrer Meinung und der Einwand von Wolke ging leider unter.

Ist dieser Einwand nun Richtig? Fakt ist das es eine Konstante g gibt, welches die Erdfallbeschleunigung angibt, welche bei uns ca. 9,81 Meter/Sekunde² beträgt. Beim freien Fall ist nun noch die Höhe wichtig,  von welcher der Gegenstand fällt. Wenn man nun mit den Formeln

s= 1/2 g *t² , vobei s und g bekannt sind, nach t umstellt kommt man auf die Formel

t²= 2 *s/g von welcher wir nun die Wurzel ziehen müssen um dann auf t zu kommen. t ist die Zeit, in welcher der Freie Fall stattfindet. Dieses können wir nun benutzen um mit der einfach Formel v = g * t die Geschwindigkeit auszurechnen. Und was wäre damit jetzt bewiesen? Folgendes, in keiner dieser Formeln kommt die Masse, also das Gewicht im weitesten Sinne, zum tragen. Es ist eigentlich total egal, ob ich nun 90 oder 120 kg wiege, ich würde immer mit der selben Geschwindigkeit ankommen, allerdings nur, und hier kommt das große aber, wenn wir uns im Vakuum befinden würden und somit keine Luftreibung entstehen würde. Diese ist allerdings ziemlich gering und sollte bei geringeren Unterschieden bei der Masse nicht all zu viel ausmachen.  Wobei man sich darüber auch streiten kann, wenn man sich mal die folgende Geschichte auf gutefragen.net anschaut.

Meiner Meinung nach kommen die Unterschiede allerdings von der höheren Geschwindigkeit beim Abspringen. Wer mit einer höheren Geschwindigkeit abspringt, springt höher und kommt somit später in die Phase des Freien Falls, somit hat der, der eine niedrigere Absprunggeschwindigkeit hatte, einen „Vorsprung“ den der andere nicht mehr aufholen kann, da er ja auf dem Weg nach unten, wie oben eben schon besprochen, die selbe Geschwindigkeit entwickelt wie die Person mit der geringeren Absprunggeschwindigkeit. Wer das gerne einmal nachrechnen möchte und meine Behauptungen wiederlegen will, dem empfehle ich als Ansatz sich die Formeln für den Wurf nach oben mit anschließenden Freien Fall anzuschauen 😉