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In den Hauptsätzen der Thermodynamik sind grundlegende Zusammenhänge aus diesem Teilbereich der Physik erfasst. Der 1. Hauptsatz enthält den Zusammenhang zwischen der Änderung der inneren Energie, der Wärme und der Arbeit. Er ist Grundlage für die Wirkungsweise von Wärmekraftmaschinen. Die Vorgänge bei einer solchen Maschine lassen sich als Kreisprozess beschreiben. Der zweite Hauptsatz beinhaltet eine Aussage über in der Natur mögliche Prozesse.

Im Test können zu prüfen, ob Sie wichtige Zusammenhänge verstanden haben.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Hauptsätze der Thermodynamik".

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In der kinetischen Theorie der Wärme erfolgt die Beschreibung des Verhaltens von Gasen mit solchen Größen wie Teilchenzahl, mittlere Geschwindigkeit und mittlere kinetische Energie. Diese Teilchengrößen sind unmittelbar mit makroskopisch messbaren Größen wie dem Druck und der Temperatur verbunden. Der Test zeigt Ihnen, ob sie Grundaussagen und Zusammenhänge dieses Gegenstandsbereichs der Physik verstanden haben.

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Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Kinetische Theorie der Wärmer".

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Temperaturstrahlung und Strahlungsgesetze spielen nicht nur in der Beleuchtungstechnik eine wichtige Rolle. Auch die Strahlung der Sonne und die anderer Sterne kann damit beschrieben werden. In dem Test können Sie prüfen, ob Sie das Wesen der Temperaturstrahlung verstanden haben und wichtige Zusammenhänge kennen.

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Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Temperaturstrahlung und Strahlungsgesetze".

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Zum thermischen Verhalten von Körpern und Stoffen gehören die Längen- und Volumenänderung bei Temperaturänderung, die verschiedenen Aggregatzustandsänderungen sowie das Verhalten von Gasen, das unter Nutzung des Modells ideales Gas beschrieben wird. Im Test wird geprüft, inwieweit Grundkenntnisse über die genannten Inhalte vorhanden sind.

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Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Thermisches Verhalten von Körpern und Stoffen".

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Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, auch 2. Hauptsatz der Wärmelehre genannt, macht eine Aussage über die Richtung der Energieübertragung bei Vorgängen in Natur und Technik: Wärme geht niemals von selbst von einem Körper niederer Temperatur zu einem Körper höherer Temperatur über. Dieses Gesetz wurde von dem deutschen Physiker ROBERT CLAUSIUS (1822-1888) entdeckt. Für den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik gibt es eine Reihe von gleichwertigen Formulierungen. In einer sehr kurzen Form lautet er:
Ein Perpetuum mobile 2. Art ist unmöglich.

* 22.01.1775 in Lyon
† 10.06.1836 in Marseille

Er war französischer Physiker und Mathematiker und viele Jahre als Professor in Bourg bei Lyon und Paris tätig.
Er begründete die Elektrodynamik und erklärte als Erster den Magnetismus durch molekulare Kreisströme. Nach ihm wurde die Einheit der elektrischen Stromstärke, das Ampere, benannt.

Sowohl Dauermagnete als auch Elektromagnete werden in vielfältiger Weise genutzt. Mit einem Kompass, dessen Nadel sich im Erdmagnetfeld ausrichtet, kann man die Himmelsrichtung bestimmen. Lasthebemagnete werden zum Transport von Blechen oder Schrott eingesetzt. Lautsprecher, Relais, Klingeln, Türgongs oder Sicherungsautomaten besitzen als wichtiges Bauteil einen Elektromagneten. Die elektrische Telegrafie wurde erst möglich, als man Elektromagnete nutzte. Das gilt auch für die Telefonie. Einige der genannten Beispiele sind in dem Beitrag ausführlich dargestellt.

Die elektromagnetische Induktion wird in vielfältiger Weise genutzt. Die Wirkungsweise von Generatoren zur Erzeugung von Elektroenergie und von Transformatoren zur Umformung dieser Energie basieren auf dem Induktionsgesetz. Weitere Beispiele für die Anwendung der elektromagnetischen Induktion sind Induktionsspulen zur Schaltung von Ampeln, Metalldetektoren, Induktionsherde und das Induktionshärten, Fehlerstromschutzschalter oder dynamische Mikrofone. Ausgewählte Beispiele werden in diesem Beitrag erläutert.

Die elektrische Arbeit gibt an, wie viel elektrische Energie in andere Energieformen umgewandelt wird.

Elektrische Arbeit muss man verrichten, um einen geladenen Körper in einem elektrischen Feld zu verschieben.

Befinden sich elektrisch geladene Körper oder Teilchen im elektrischen Feld und sind sie frei beweglich, so wirkt auf sie eine Feldkraft, die Arbeit an diesen Körpern bzw. Teilchen verrichtet. Will man umgekehrt geladene Körper oder Teilchen im Feld bewegen, so muss Arbeit verrichtet werden, wenn die Bewegung entgegen der Feldkraft erfolgen soll. Die erforderliche Feldkraft kann bei einfachen Feldformen berechnet werden.
Wird an geladenen Körpern oder Teilchen mechanische Arbeit verrichtet, so ändert sich ihre Energie. Dabei gilt für den Zusammenhang zwischen Arbeit und Energie der allgemeine Zusammenhang $W=\Delta E$.

* 20.01.1907 in Hamburg
† 26.05.1997 in Dresden

Er war ein deutscher Erfinder, Physiker, Techniker und Krebsforscher, leistete wichtige Beiträfe zur Entwicklung des Fernsehens und der Elektronenmikroskopie, arbeitete auf dem Gebiet der Isotopentrennung und war Inhaber zahlreicher Patente auf physikalisch-technischem Gebiet.

Das Bändermodell zur Beschreibung elektrischer Leitungsvorgänge hat seine Grundlagen in einer quantenmechanischen Beschreibung der energetischen Zustände fester Stoffe, in denen eine große Zahl von Atomen periodisch angeordnet sind. Es ist ein Modell für die Energiezustände von Elektronen in einem Festkörper und geeignet, die Leitfähigkeit unterschiedlicher Stoffe anschaulich zu beschreiben.
Die für die elektrische Leitung verantwortlichen freien Ladungen verhalten sich im Kristallgitter wie ein Elektronengas. Zwischen seinen Teilchen existiert eine Wechselwirkung, die klassisch durch die elektrostatischen Kräfte verstanden werden kann. Quantenmechanisch beansprucht jedes Elektron wegen der Gültigkeit der Unschärferelation ein eigenes Impulsintervall bestimmter Größe. Im Beitrag wird eine vereinfachte Darstellung des Bändermodells für Leiter, Halbleiter und Nichtleiter gegeben.

Blitze sind elektrische Entladungen zwischen Wolken bzw. zwischen einer Wolke und der Erdoberfläche. Die mittlere Stromstärke beträgt ca. 40.000 A bei einem Durchmesser der Blitze von 10 bis 20 cm, ihre Länge meist 2 bis 3 km und ihre Dauer weniger als 1 s. Weltweit werden 70 bis 100 Blitze in jeder Sekunde registriert.
Blitze können erhebliche Schäden hervorrufen. Um sich vor solchen Schäden zu schützen, werden in gefährdeten Gebieten an Gebäuden Blitzschutzanlagen angebracht. Vor Blitzen geschützt ist auch ein von Metall umgebener Raum, etwa eine Pkw-Karosserie. Sie wirkt wie ein FARADAY-Käfig. Elektronische Geräte oder Kabel werden durch eine metallische Ummantelung vor starken elektrischen Feldern abgeschirmt.

* 06.06.1850 in Fulda
† 20.04.1918 in New York

Er war Physiker und Erfinder und gehörte zu den Pionieren der Funktechnik.
BRAUN erfand ein Elektrometer zur Messung hoher Spannungen, entwickelte die braunsche Röhre, eine Elektronenstrahlröhre, und konstruierte mit dem Kristalldetektorempfänger einen einfachen Empfänger für elektromagnetische Wellen. Er ist einer der Begründer der Hochfrequenztechnik.

* 14.06.1736 in Angouleme (Südfrankreich)
† 23.08.1806 in Paris

COULOMB war französischer Physiker, der sich große Verdienste um die Entwicklung der Elektrizitätslehre erworben hat. Er entdeckte u.a. das coulombsche Gesetz, das eine quantitative Aussage über die Kraftwirkung auf geladene Körper im elektrischen Feld gestattet. Damit und mit anderen Untersuchungen führte maßgeblich quantitative Betrachtungen in die Elektrizitätslehre ein und knüpfte damit an NEWTONs Vorgehen an.

Elektronische Schaltungen sind Zusammenfügungen von aktiven und passiven Bauelementen zu einem Gebilde, welches eine angestrebte Funktion realisieren kann. Man kann sie nach ihrer Herstellungstechnologie und nach den in ihnen verarbeiteten Signalen unterscheiden.
Werden sie aus einzelnen Bauelementen zusammengesetzt, sodass diese auch grundsätzlich wieder aus der Schaltung herausgelöst werden könnten, spricht man von diskreten Schaltungen. Werden sie dagegen so realisiert, dass das einzelne Bauelement grundsätzlich nicht herausgelöst werden kann, die Gesamtschaltung sich also wie ein einziges Bauelement verhält, nennt man sie integrierte Schaltungen.
Unterschieden wird dabei nach der Art der verarbeiteten Signale zwischen analogen und digitalen Schaltungen. Letztere werden in kombinatorische und sequenzielle Schaltungen unterteilt.

* 11.02.1847 in Milan (Ohio, USA)
† 18.10.1931 in West Orange

Er war US-amerikanischer Privatgelehrter und einer der bedeutendsten Erfinder des 19. Jahrhunderts.
EDISON verbesserte den Telegrafen, erfand den Phonographen zur Schallaufzeichnung und Schallwiedergabe, konstruierte die erste brauchbare Glühlampe, entdeckte den glühelektrischen Effekt und schuf in New York des erste öffentliche Elektrizitätsnetz der Welt.

Neben einem magnetischen Feld besitzt die Erde auch ein elektrisches Feld. Da die Erdoberfläche negativ gegenüber der umgebenden Atmosphäre geladen ist, verlaufen die Feldlinien im Idealfall senkrecht zur Erdoberfläche und von dieser weg. Das elektrische Feld der Erde kann näherungsweise als Radialfeld angesehen werden. Die Feldstärke beträgt in Erdbodennähe im Durchschnitt 130 V/m. Durch Bebauung, Bäume und natürliche Unebenheiten treten erhebliche Deformationen des elektrischen Feldes der Erde auf, die durchaus auch von praktischer Bedeutung sind, etwa im Hinblick auf den Blitzschutz und das Auftreten weiterer luftelektrischer Erscheinungen wie Elmsfeuer.

Ähnlich wie beim Gravitationsfeld wird auch beim elektrischen Feld ein Potenzial definiert. Unter dem elektrischen Potenzial eines Punktes versteht man den Quotienten aus der potenziellen Energie in diesem Punkt und der Ladung des Körpers. Sein Betrag hängt nur vom Ort und von der felderzeugenden Ladung ab. Das Potenzial ist demzufolge geeignet, ein Feld zu beschreiben. Das kann auch grafisch mit Äquipotenziallinien in der Ebene oder Äquipotenzialflächen im Raum erfolgen.
Die elektrische Spannung zwischen zwei beliebigen Punkten eines elektrischen Feldes ist gleich der Potenzialdifferenz zwischen diesen beiden Punkten.

Elektromotoren dienen der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie, die dann zur Verrichtung von mechanischer Arbeit eingesetzt wird. Sie nutzen für diese Umwandlung das folgende physikalische Wirkprinzip: Befindet sich ein stromdurchflossener Leiter in einem Magnetfeld, dann wirkt auf ihn eine Kraft bzw. ein Drehmoment. Elektromotoren sind so konstruiert, dass dieses Drehmoment zu einer periodischen Drehbewegung führt. Nach der Betriebsstromart unterscheidet man zwischen Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren. Nach der Art der Schaltung wird zwischen Nebenschlussmotor und Hauptschlussmotor differenziert. Eine wichtige Unterteilung ist auch die in Synchronmotoren und Asynchronmotoren.

Belastungen des Menschen durch elektrische und magnetische Felder werden als Elektrosmog bezeichnet. Dabei geht es zum einen um den niederfrequenten Strahlungsbereich, der bei allen mit Netzspannung betriebenen Geräten auftritt. Zum anderen hat in den letzten Jahren auch der hochfrequente Strahlungsbereich (Rundfunk, Fernsehen, Mobilfunk) an Bedeutung gewonnen.
Entscheidend ist die Frage, welche Grenzwerte einzuhalten und wie sie zu realisieren sind, damit keine gesundheitlichen Schäden auftreten.

Bald nach FARADAYs Entdeckung der elektromagnetischen Induktion wurde 1832 der erste handgetriebene Generator von PIXII gebaut. Die ersten Generatoren waren jedoch für die praktische Nutzung unbrauchbar.
Für die praktische Anwendung war die Entdeckung des dynamo-elektrischen Prinzips durch SIEMENS 1867 von entscheidender Bedeutung. Damit konnten leistungsfähige Dynamomaschinen gebaut werden.
1881 stellte EDISON die erste brauchbare Glühlampe vor und 1882 ging in New York das erste Elektrizitätswerk der Welt ans Netz. Das erste Elektrizitätswerk Europas wurde 1884 in der Berliner Friedrichstraße gebaut.

Die spezifische Ladung eines Elektrons ist der Quotient aus der Elementarladung e und der seiner Masse m. Es ist eine wichtige Naturkonstante, die nach CODATA (Committee on Data for Science and Technology) folgenden Wert hat:
$\frac{e}{m_e}=\mathrm{1,758}820\cdot {10}^{11}\text{C}\cdot {\text{kg}}^{\text{-1}}$
Die spezifische Ladung eines Elektrons kann in unterschiedlicher Weise experimentell bestimmt werden. Das ist selbst mit schulischen Mitteln möglich.

Die elektrische Energie ist die Fähigkeit des elektrischen Stromes, mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszusenden.

Es ist eine Energieform neben solchen Energieformen, wie mechanische, chemische, thermische, magnetische oder Kernenergie.

* 22.09.1791 in Newington-Butts
† 25.08.1867 in Hampton Court bei London

FARADAY war ein englischer Chemiker und Physiker. Er war viele Jahre Mitglied der „Royal Society“. Bedeutende Entdeckungen machte er auf verschiedenen Gebieten der Elektrizitätslehre und der Chemie. Er entdeckte u.a. die elektromagnetische Induktion, baute Urformen eines Elektromotors und eines Generators, entdeckte Gesetze der Elektrolyse und des Magnetismus. Er führte viele physikalische und chemische Fachbegriffe und das Feldliniemodell in die Wissenschaft ein.