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Die phänomenologische Betrachtungsweise

In der Thermodynamik oder Wärmelehre ist es üblich, zur Beschreibung der Zustände oder Vorgänge in einem thermodynamischen System unterschiedliche Betrachtungsweisen anzuwenden. Neben der kinetisch-statistischen Betrachtungsweise wird die phänomenologische Betrachtungsweise genutzt. Sie ist an Erscheinungen (Phänomenen) orientiert und dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschreibung von Sachverhalten und Vorgängen solche makroskopischen Zustands- und Prozessgrößen wie Druck, Volumen, Temperatur, Wärme und Arbeit genutzt werden.

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Phasenumwandlungen

Unter einer Phasenumwandlung versteht man den Übergang eines Stoffes von einem Zustand in einen anderen. Dabei ist zwischen verschiedenen Arten zu unterscheiden. Phasenumwandlungen 1. Art sind dadurch gekennzeichnet, dass bei den Umwandlungen Wärme erforderlich ist oder frei wird. Zu dieser Art der Phasenumwandlungen gehören alle Aggregatzustandsänderungen. Daneben gibt es auch Phasenumwandlungen 2. Art, bei denen keine Umwandlungswärmen auftreten. Zu solchen Phasenumwandlungen gehört z.B. der Übergang eines Stoffes aus dem normalleitenden in den supraleitenden Zustand.

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Plasma - der 4. Aggregatzustand

Unter einem Plasma versteht man ein ionisiertes Gas, das aus einem Gemisch von Ionen, Elektronen und neutralen Teilchen besteht. Diese Teilchen befinden sich untereinander und mit Photonen in ständiger Wechselwirkung mit verschiedenen Energie- bzw. Anregungszuständen. Das Plasma, auch Plasmazustand genannt, wird häufig neben fest, flüssig und gasförmig als 4. Aggregatzustand bezeichnet, weil es einige spezifische Eigenschaften besitzt, die Stoffe in den drei Aggregatzuständen nicht haben.
Plasma lässt sich in unterschiedlicher Weise herstellen und existiert auch in der Natur. Es wird vielfältig genutzt und spielt bei Untersuchungen zur gesteuerten Kernfusion eine wichtige Rolle.

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Räumliche Verteilung von Teilchen

Gegenstand der kinetischen Gastheorie ist die Betrachtung thermodynamischer Prozesse auf der Grundlage von Teilchengrößen, wie der Teilchenanzahl, ihrer Geschwindigkeit und ihrer Energie. Von Interesse ist auch die räumliche Verteilung von Teilchen eines Gases in verschiedenen Raumbereichen eines abgeschlossenen Systems. Bei einer hinreichend großen Anzahl von Teilchen ist für ein abgeschlossenes System die Gleichverteilung die wahrscheinlichste räumliche Anordnung. Es können aber auch statistische Schwankungen auftreten, die sich z.B. in Dichteunterschieden bemerkbar machen.

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Reale Gase und das Modell ideales Gas

Gase bestehen wie alle Stoffe aus Atomen und Molekülen. Diese Elementarteilchen nehmen einen bestimmten Raum ein. Zwischen ihnen wirken Kräfte. Die tatsächlich in Natur und Technik existierenden Gase werden in der Physik als reale Gase bezeichnet.
Um die Zusammenhänge zwischen Temperatur, Druck und Volumen von Gasen in einfacher Weise mathematisch beschreiben zu können, wird in der Physik das Modell ideales Gas genutzt. Es ist wie jedes Modell eine Vereinfachung der Wirklichkeit. Trotzdem können viele reale Gase in guter Näherung mit dem Modell ideales Gas beschrieben werden.

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René Antoine Reaumur

* 28.02.1683 La Rochelle
† 18.10.1757 Schloss Bermondière

Er war ein vielseitiger französischer Naturforscher, der sich vor allem mit physikalischen und biologischen Problemen beschäftigte. Bekannt wurde er durch die von ihm geschaffene Temperaturskala, die Reaumur-Skala. Darüber hinaus war er Herausgeber einer Enzyklopädie und führte zahlreiche tier- und pflanzenphysiologische Arbeiten durch.

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Georg Wilhelm Richmann

* 11.07.1711 Penau (Russland)
† 06.08.1753 St. Petersburg

Er war ein russischer Physiker deutscher Herkunft und Professor für Physik in St. Petersburg. Bekannt wurde er vor allem durch die von ihm entdeckte und nach ihm benannte richmannsche Mischungsregel zur Ermittlung der Mischungstemperatur von zwei Körpern.

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Schmelzen und Erstarren

Als Schmelzen bezeichnet man den Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatzustand, als Erstarren den umgekehrten Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatzustand. Dabei gilt:

  • Schmelztemperatur und Erstarrungstemperatur sind gleich groß. Sie hängen vom jeweiligen Stoff und vom Druck ab.
  • Schmelzwärme und Erstarrungswärme sind für einen bestimmten Stoff ebenfalls gleich groß.
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Biotechnologie

Bei der Biotechnologie handelt es sich um anwendungsorientierte Teilgebiete der Mikrobiologie und der Biochemie, die biologische Prozesse im Rahmen technischer Verfahren und industrieller Produktion nutzen und dabei auch auf Erkenntnisse der technischen Chemie und Verfahrenstechnik zurückgreifen. Alle biotechnologischen Verfahren haben das Ziel, stoffwechselphysiologische Leistungen biologischer Systeme zu optimieren und unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu nutzen.
Die Biotechnologie findet vom Prinzip her jedoch nicht erst in unseren Tagen Anwendung. Lebewesen wurden bereits vor langer Zeit zur Herstellung oder Konservierung von Nahrungsmitteln eingesetzt. Schon 3 000 Jahre v. Chr. stellte man Brot und Bier unter Verwendung von Hefezellen her.

Etwa genauso lange ist die Joghurtbereitung bekannt, wenn auch zur damaligen Zeit die zur Joghurtherstellung unbedingt erforderlichen, als solche aber noch unbekannten Milchsäurebakterien nur intuitiv eingesetzt wurden. Große Erfolge erzielte die Biotechnologie bereits bei der Herstellung von Futterhefen, Antibiotika, Steroidhormonen, Aminosäuren, Enzymen und anderen Produkten sowie bei der Abwasserreinigung. Auch die Eiweißproduktion für Futter- bzw. Ernährungszwecke aus gut zugänglichen Rohstoffen ist ein Aufgabengebiet der heutigen Biotechnologie. Die Gentechnologie schließlich erlaubt der Biotechnologie völlig neue Einsatzmöglichkeiten.

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Darstellung von Mengen

Mengen lassen sich in beschreibender oder in aufzählender Form angeben.
Ist x ein Element der Menge M, so schreibt man x ∈ M .
Ist x kein Element der Menge M, so schreibt man x ∉ M .

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Satz des Pascal

Der von BLAISE PASCAL (1623 bis 1662) gefundene und nach ihm benannte Satz besagt (im allgemeinen Fall) Folgendes:
Ein Sechseck ist genau dann Sehnensechseck eines Kegelschnittes, wenn die Schnittpunkte gegenüberliegender Seiten auf einer Geraden liegen.
Diese Gerade heißt pascalsche Gerade des Sechsecks.

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Giuseppe Peano

* 27. August 1858 Cuneo, Piemonte
† 20. April 1932 Turin

GIUSEPPE PEANO trug entscheidend zur Weiterentwicklung der mathematischen Logik und zur Herausarbeitung der axiomatischen Methode bei. Des Weiteren wirkte er auf die Symbolik der Mengenlehre.

Von PEANO stammt das (nach ihm benannte und noch heute verwendete) Axiomensystem zum Aufbau der natürlichen Zahlen.

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Potenzmenge

Die Potenzmenge P(A) von einer Menge A ist die Menge aller Teilmengen von A.
Die Potenzmenge einer Menge A enthält immer die leere Menge und die Menge A selbst.

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Produktmenge

Die Produktmenge A x B (gesprochen „A kreuz B“) ist die Menge aller geordneten Paare, deren erstes Element aus A und deren zweites Element aus B ist.
A × B = { ( x ;   y ) :       x ∈ A ∧ y ∈ B }
Die Produktmenge ist nicht kommutativ.

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Pythagoras von Samos

* etwa 580 v.Chr.
† etwa 500 v.Chr.

PYTHAGORAS vertrat als Philosoph die mystische Lehre von der Zahl als Urprinzip aller Dinge und von der harmonischen Ordnung als höchstes kosmologisches Gesetz. Seine Lehren sind schwer zu trennen von den Auffassungen des Geheimbundes der Pythagoreer.
Der Satz des PYTHAGORAS kann wohl als bekanntester Satz der (Schul-)Mathematik bezeichnet werden.

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Ringe

Der Begriff des Ringes baut auf dem Begriff Gruppe auf und gehört ebenso wie dieser zu den grundlegenden Strukturbegriffen der Algebra. Während bei der Gruppe nur eine zwischen den Elementen erklärte Verknüpfung betrachtet wird, werden beim Ring gleichzeitig zwei Verknüpfungen in ihrem gegenseitigen Zusammenhang betrachtet.
Die Addition und die Multiplikation sind in den Zahlenbereichen ℕ ,       ℤ ,       ℚ ,       ℝ und ℂ Operationen, die distributiv miteinander verknüpft sind.

Ein Beispiel für endliche Ringe sind Restklassenringe.

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Earl of Bertrand Arthur William Russell

* 18. Mai 1872 Ravenscroft Trellek, Monmouthshire, Wales
† 2. Februar 1970 Penrhyndeudraeth Merioneth, Wales

BERTRAND RUSSELL ist Mitbegründer der modernen mathematischen Logik. Im Jahre 1901 fand er die nach ihm benannte Antinomie der Menge aller Mengen, die sich nicht selbst enthalten.
RUSSELL veröffentlichte zudem zahlreiche philosophische Schriften und Essays.

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Berühmte mathematische Sätze und Vermutungen

Die Mathematik stellt ein vielfältig verwobenes System von mathematischen Begriffen, Aussagen, Axiomen, Regeln usw. unterschiedlicher Abstraktionshöhe dar, das in einer langen Geschichte gewachsen ist und sich ständig weiterentwickelt. Dieser Prozess hat dabei seine Ursache sowohl in inneren Bedürfnissen der Mathematik selbst als auch in Anforderungen der Praxis.
Aussagen, deren Wahrheitswert noch nicht bewiesen werden konnte, tragen den Charakter von Vermutungen. So stehen die Beweise beispielsweise für die goldbachsche Vermutung oder die Vermutung über Primzahlzwillinge noch aus.

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Schlussregeln

In der Mathematik ist es häufig erforderlich, neue Aussagen aus schon vorhandenen Aussagen zu gewinnen oder auch zu zeigen, dass sich eine bestimmte Aussage zwingend aus bereits als wahr erkannten Aussagen ergibt. Hierbei werden sogenannte Schlussregeln angewandt.
Man versteht darunter logische Strukturen, die unabhängig von ihrem Inhalt bei jeder Belegung mit den Wahrheitswerten „wahr“ oder „falsch“ stets zu einer wahren Aussagenverbindung führen. Solche Strukturen oder Aussagenverbindungen nennt man logische Identitäten oder auch Tautologien. Die Schlussregeln sind so beschaffen, dass man beim Schließen den Inhalt der Ausgangsaussgen, der Prämissen, gar nicht kennen oder berücksichtigen muss.

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Lurche

Nach der äußeren Gestalt werden Blindwühlen, Froschlurche und Schwanzlurche unterschieden.

Der Körper der Lurche ist in Kopf, Rumpf und zwei Paar Gliedmaßen gegliedert. Erwachsene Lurche atmen durch eine einfach gekammerte, sackförmige Lunge (Lungenatmung) und durch die Haut (Hautatmung). Lurche sind Feuchtlufttiere.

Den Körper der Lurche durchzieht eine Wirbelsäule, sie sind Wirbeltiere. Die Fortpflanzung der Lurche erfolgt meistens durch äußere Befruchtung. Sie ist an das Wasser gebunden.

Aus den befruchteten Eiern schlüpfen fischähnliche, durch Kiemen atmende Larven. Sie machen in ihrer Entwicklung zum lungenatmenden erwachsenen Tier eine Metamorphose (Gestaltwandel) durch.

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Bertrand Russell

BERTRAND RUSSELL (1872 bis 1970), englischer Mathematiker, Logiker und Philosoph
* 18. Mai 1872 Ravenscroft Trellek, Monmouthshire, Wales
† 2. Februar 1970 Penrhyndeudraeth Merioneth, Wales

BERTRAND RUSSELL ist Mitbegründer der modernen mathematischen Logik. Im Jahre 1901 fand er die nach ihm benannte Antinomie der Menge aller Mengen, die sich nicht selbst enthalten.
RUSSELL veröffentlichte zudem zahlreiche philosophische Schriften und Essays.

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Stanislaw Marcin Ulam

* 03. April 1909 Lemberg (heute: Lwow, Ukraine)
† 13. Mai 1984 Santa Fe (New, Mexico, USA)

STANISLAW ULAM trug maßgeblich zur Entwicklung der ersten Wasserstoffbombe durch die USA bei. Lange Jahre arbeitete er eng mit JOHN VON NEUMANN zusammen.
ULAM gilt als Begründer der sogenannten Monte-Carlo-Methode, einer Methode zum Simulieren von Zufallsexperimenten mithilfe von Zufallszahlen.

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John Venn

* 4. August 1834 Hull, Humberside;
† 4. April 1923 Cambridge

JOHN VENN arbeitete vor allem auf dem Gebiet der mathematischen Logik. Bekannt wurde er als Schöpfer von Diagrammen zur mathematischen Logik bzw. Mengenlehre.
Mithilfe eines Systems sich überschneidender Kreise bzw. Ellipsen brachte er Beziehungen zwischen Klassen, Mengen bzw. Begriffen zum Ausdruck. Diese Darstellungen stellen eine Weiterentwicklung von Diagrammen dar, wie sie beispielweise schon bei LEONHARD EULER (eulersche Kreise) verwendet wurden.

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Vereinigungsmenge

Die Vereinigungsmenge von A und B ( A ∪ B ) ist die Menge aller Elemente, die in A oder in B oder in beiden Mengen enthalten sind.
Man liest: „A vereinigt B“.
A ∪ B = { x :       x ∈ A ∨ x ∈ B }
Das Zeichen „ ∨ “ steht für das „oder“ mit den drei angegebenen Bedeutungen.

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Muhammad ibn Musa Al-Chwarizmi

* um 780 Bagdad (heute in Irak)
† um 850

MUHAMMAD IBN MUSA AL-CHWARIZMI (manchmal auch AL-KHWARIZMI oder AL-CHARISMI geschrieben) war ein persisch-arabischer Mathematiker, der etwa von 780 (als Geburtsjahre werden mitunter 783 bzw. 787 angegeben) bis etwa 850 lebte und insbesondere am Hofe des Kalifen AL-MANSUR (audh AL-MA'MUN) in Bagdad wirkte.

AL-CHWARIZMI Leistungen für die Mathematik sind bedeutsam. Aus seinem Namen wurde für Handlungsvorschriften der Begriff „Algorithmus“ abgeleitet.

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