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  • Bahn

    Die Bahn (Bahnkurve, Trajektorie) eines Massenpunkts ist die Gesamtheit aller Raumpunkte, die er bei seiner Bewegung durchläuft. Die Bahn legt den Weg des Teilchens (die Bahnkurve) im Raum fest. Mathematisch lässt sich sich bei geradliniger Bewegung durch eine Funktion x(t) bzw. bei dreidimensionaler Bewegung durch eine Vektorfunktion \(\vec x(t)\) modellieren.

  • Bändermodell

    Das Bändermodell ist ein physikalisches Modell für die Energiezustände der Elektronen in einem Festkörper. Das Zusammenwirken vieler Atome führt hier dazu, dass keine scharfen Energiezustände wie bei einzelnen Atomen, sondern breite Energiebereiche – sog. Bänder – auftreten, in denen sich die Elektronenzustände befinden können. Das oberste, energiereichste noch vollständig mit Elektronen besetzte Band heißt Valenzband (analog zum Valenzelektron in der Chemie), das nächsthöhere leere oder nur teilweise mit Elektronen besetzte Band ist das Leitungsband. Beide sind durch eine Energielücke...

  • Barometer

    Ein Barometer ist ein Messgerät zu Bestimmung des Luftdrucks, also ein spezielles Manometer. Nach der Funktionsweise unterscheidet man Flüssigkeitsbarometer und Aneroidbarometer. Das Flüssigkeitsbarometer (meist als Quecksilberbarometer) geht in seiner Grundform auf den Evangelista Torricelli zurück. Es besteht aus einer flüssigkeitsgefüllten U-förmigen Glasröhre mit verschieden langen Schenkeln; der längere Schenkel ist oben geschlossen, der kürzere ist oben offen und endet in einer Schale. Der äußere Luftdruck übt auf die Flüssigkeitsoberfläche am offenen Ende eine Kraft aus, die Flüssigkeit...

  • Barometrische Höhenformel

    Die barometrische Höhenformel gibt den Zusammenhang zwischen Luftdruck p und Höhe h über dem Erdboden. Bei konstanter Temperatur gilt \(p(h) = p_0 \cdot \text e^{-(\rho_0\cdot g \cdot h)/p_0}\) (p0: Luftdruck bei h = 0, \(\rho_0\): Luftdichte bei h = 0, g: Fallbeschleunigung). Der Luftdruck nimmt also exponentiell mit der Höhe ab. Dann ergibt sich für h: \(h = \dfrac{h_0}{\rho_0 \cdot g} \cdot \left[ \ln p_0 - \ln p(h) \right]\) Damit kann man aus dem gemessenen Luftdruck die Höhe berechnen. Auf diesem Zusammenhang beruht die Wirkungsweise verschiedener Höhenmessgeräte. In der Luftfahrt wird...

  • Baryonen

    Baryonen (von griech. barys „schwer“) sind Elementarteilchen, die aus drei Quarks bestehen. Die wichtigsten (und einzigen stabilen) Baryonen sind die beiden Nukleonen Proton und Neutron. Da Baryonen aus drei Spin-1/2-Teilchen bestehen, beträgt ihr Spin entweder 1/2 oder 3/2, sie sind also immer Fermionen. Wie alle frei beobachtbaren Teilchen sind sie nach außen farbneutral, ihre elektrische Ladung beträgt 0, 1 oder 2 Elementarladungen. Die Massen bzw. Ruheenergien der bekannten Baryonen liegen zwischen knapp 1 GeV bei den Nukleonen und etwa 6 GeV.

  • Basiseinheiten

    Die Basiseinheiten eines Einheitensystems bilden einen Satz von aus sich heraus definierten physikalischen Einheiten, aus dem sich alle übrigen Einheiten als Potenzprodukte ableiten lassen. Die Basiseinheiten des gesetzlich vorgeschriebenen Internationalen Einheitensystems (SI) sind Meter, Kilogramm, Sekunde, Ampere, Kelvin, Mol und Candela (die nur für Fachleute wichtige Einheit der Lichtstärke).

  • Berührungselektrizität

    Die Erscheinung, dass zwei Körper aus unterschiedlichen Substanzen elektrisch entgegengesetzt aufgeladen sind, wenn man sie sich zunächst berühren lässt und dann trennt. Ursache dafür ist ein Elektronenübertritt von der Substanz mit der höheren zu der mit der niedrigeren Dielektrizitätskonstante (bei Isolatoren) bzw. von der Substanz mit der kleineren zu der mit der größeren Austrittsarbeit (bei Leitern). Die dabei auftretende elektrische Spannung heißt Berührungs- oder Kontaktspannung. Sie liegt typischerweise in der Größenordnung 1 V. Wenn man die Kontaktspannungen unterschiedlicher Metalle...

  • Beschleunigung

    Die Beschleunigung \(\vec a\) (von engl. acceleration "Beschleunigung") ist die zeitliche Änderung bzw. Ableitung der Geschwindigkeit \(\vec v\) eines Körpers in Betrag und/oder Richtung. \(\vec a = \dfrac{\Delta \vec v}{\Delta t} \quad\text{bzw.} \quad \vec a = \dfrac{\text d\vec v}{\text d t} = \dot{\vec v} = \ddot{\vec s}\) Nimmt der Geschwindigkeitsbetrag ab, d. h. bei negativer Beschleunigung, spricht man auch von Bremsen. Bei einer konstanten Beschleunigung liegt eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung vor. Bei einer zeitlich variablen Beschleunigung bezeichnet man den Quotienten \(...

  • Beugung

    Allgemein gesprochen bedeutet Beugung die Abweichung einer Wellenausbreitung vom geradlinigen Strahlengang z. B. am Rand eines Hindernisses oder einer Öffnung. Die Beugung ist eines der optischen Phänomene, die nicht mit der geometrischen Optik, sondern nur im Wellenbild beschrieben werden können. Man erklärt die Beugung mithilfe des Huygens'schen Prinzips: Hinter einem Hindernis überlagern sich die Elementarwellen gerade so, dass die „gebeugten“ Wellenfronten entstehen. Beugung tritt bei allen Wellenerscheinungen auf, und zwar umso deutlicher, je größer die Wellenlänge ist. So ermöglicht die...

  • Bewegung

    Eine Bewegung ist physikalisch die Ortsveränderung eines Körpers in Bezug auf einen anderen Körper bzw. ein festzulegendes Bezugssystem. Man unterscheidet Translationsbewegungen (alle Punkte des Körpers bewegen sich gleich schnell und in dieselbe Richtung), Rotationsbewegungen (ein einzelner Punkt oder eine Gerade behalten eine feste Lage im Raum bei) und periodische Bewegungen (der Körper kehrt nach einem bestimmten Zeitabschnitt, der Periode, wieder in seine Ausgangslage zurück, z. B. bei einer Schwingung oder einer Welle). Die Lehre von den verschiedenen Bewegungsformen heißt Kinematik, die...

  • Bezugssystem

    Bezugsystem nennt man in der Kinematik, also dem Teil der Mechanik, der sich mit Bewegungen als solchen beschäftigt, das Koordinatensystem, in dem man die Bewegungen beschreibt. Je nach Wahl des Bezugs- bzw. Koordinatensystems haben alle Vektoren und insbesondere Orts- und Impulsvektor andere Komponenten. Je nach Aufgabenstellung können bestimmte Bezugssysteme besonders sinnvoll sein, z. B. bietet es sich bei einem Stoßprozess an, den Koordinatenursprung im Massenschwerpunkt aller im System vorhandenen Massen zu wählen (Schwerpunktsystem). Wählt einen vom betrachteten System unabhängigen Punkt...

  • Bimetallstreifen

    Ein Bimetallstreifen (von lat. bi- „zwei-“) ist ein flacher Körper, der aus zwei miteinander verschweißten oder verklebten Metallschichten mit verschieden starker Wärmeausdehnung besteht. Beim Erwärmen krümmt sich der Bimetallstreifen zur Seite der Metallschicht mit dem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten, beim Abkühlen in die umgekehrte Richtung. Bimetallstreifen werden in der Technik als wärmeempfindliche Schalter verwendet (z. B. zum Abschalten von Haushaltsgeräten wie Kaffeemaschinen oder Toaster oder im Bimetallthermometer, Thermometer).

  • Biot-Savart-Gesetz

    Ein von Jean-B. Biot und Felix Savart 1820 aufgestelltes Gesetz über die Stärke und Richtung eines magnetischen Felds in der Umgebung eines stromdurchflossenen Leiters. Demnach ist ein gerader stromdurchflossener Leiter von konzentrischen kreisförmigen Magnetfeldlinien umgeben, wobei die Ebene der Feldlinien senkrecht auf dem Leiter steht. Die Richtung des Magnetfelds lässt sich mit der Rechte-Hand-Regel angeben. Die Stärke des Magnetfelds ist proportional zur Stromstärke und nimmt quadratisch mit zunehmendem Abstand vom Leiter ab.

  • Blitzableiter

    Der Blitzableiter ist eine von Benjamin Franklin Mitte des 18. Jh. erfundene Vorrichtung zum Schutz eines Gebäudes vor Blitzeinschlägen. Er besteht aus einer Metallstange, die leitend mit dem Grundwasser oder im Boden verlegten Eisenbändern verbunden (geerdet) ist und so dem einschlagenden Blitz einen sicheren Entladungsweg bietet.

  • Boltzmann-Konstante

    Die Boltzmann-Konstante k (nach Ludwig Boltzmann), auch molekulare Gaskonstante genannt, ist der Umrechnungsfaktor zwischen der absoluten Temperatur in Kelvin und der Energie in Joule: \(k \approx 1,308\,65 \cdot 10^{-23}\,\dfrac{\text J}{\text K}\) Das Produkt kT, dass oft in den Gleichungen der Wärmelehre auftaucht, ist also eine Energie. Wenn man k mit der Avogadro-Zahl NA multipliziert, erhält man die allgemeine Gaskonstante R: \(k \cdot N_\text A = R\)

  • Bosonen

    Bosonen (nach Satyendranath Bose) sind Elementarteilchen, die einen ganzzahligen Spin haben, also \(s = (0,\ 1,\ 2,\ \ldots)\cdot \hbar\). Alle fundamentalen Elementarteilchen, d. h. nach heutigem Wissen wirklich elementaren Partikel, mit dieser Eigenschaft sind Austauschteilchen. Im Einzelnen sind dies das Photon \(\gamma\), die Gluonen g, die Vektorbosonen \(\text W^\pm\) und Z0 (alle mit s = 1) und das Higgs-Boson H (s = 0). Zusammengesetzte Materie-„Elementarteilchen“ wie die Mesonen oder bestimmte Atomkerne können aber durchaus Bosonen sein. So besteht das Alphateilchen, also der 4He-Kern...

  • Bragg-Gleichung

    Die Bragg-Gleichung (nach William Henry Bragg und seinem Sohn William Lawrence) gibt die Bedingung für das Zustandekommen von reflektierter Strahlung unter ganz bestimmten Winkeln bei der Beugung von Röntgen-, Elektronen- oder Neutronenstrahlen an einem Kristallgitter an. Die Bragg-Gleichung wird in der Kristallstrukturanalyse benutzt, um die Gitterkonstante des Kristalls zu bestimmen. Die Argumentation ist im Prinzip die gleiche wie bei der Beugung von Licht an einem optischen Gitter, nur dass hier die in den Ebenen des Kristallgitters angeordneten Atome die Rolle der Gitterspalte übernehmen...

  • Brechung und Brechungsindex

    Brechung (Refraktion) ist in der Optik die Änderung der Ausbreitungsrichtung von Wellen beim Durchgang durch die Grenzfläche zwischen zwei Medien, in denen sie sich verschieden schnell ausbreiten. Trifft ein Lichtstrahl schräg auf die Trennfläche zwischen Luft und Wasser, so wird ein Teil von ihm reflektiert (Reflexion), während der andere Teil unter Richtungsänderung in das Wasser übertritt. Der Winkel \(\alpha_\text I\) zwischen dem einfallenden Strahl und dem Einfallslot heißt Einfallswinkel, der Winkel zwischen gebrochenem Strahl und Einfallslot ist der Brechungswinkel \(\alpha_\text{II}\)...

  • Brennpunkt und Brennweite

    Der Brennpunkt (Fokus) F eines optischen Geräts (z. B. Linse, Spiegel) ist derjenige Punkt, in dem sich achsennahe, parallel zur optischen Achse einfallende Strahlen nach der Brechung oder Reflexion schneiden. Er liegt immer auf der optischen Achse. Bei Zerstreuungslinsen oder Wölbspiegeln heißt derjenige Punkt, von dem aus achsennahe, parallel zur optischen Achse verlaufende Strahlen nach der Brechung oder Reflexion auszugehen scheinen, virtueller Brennpunkt oder Zerstreuungspunkt. In ihm schneiden sich die gedachten Verlängerungen der gebrochenen bzw. reflektierten Strahlen. Der Abstand des...

  • Brennstoffzelle

    Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische (galvanische) Strom- bzw. Spannungsquelle, in der chemische Energie direkt in elektrische Energie umgesetzt wird. Anders als bei einer Batterie oder einem Akkumulator wird dabei beständig eine energiereiche Substanz (der „Brennstoff“) zugeführt und nach der Abgabe von elektrischer Ladung wieder ausgeleitet. Dadurch werden die Oxidation und Reduktion räumlich voneinander getrennt und man spricht auch von einer „kalten Verbrennung“. Eine typische Brennstoffzelle besteht im Wesentlichen aus zwei porösen Elektroden, zwischen denen sich ein flüssiger...

  • Brennwert und Heizwert

    Der Brennwert Hs eines (Brenn-)Stoffs wie Benzin, Erdöl oder Holzpellets ist gleich seiner spezifischen Verbrennungswärme, also der bei der Verbrennung von einer Einheitsmasse des Stoffs freigesetzten Wärme Q: \(H_\text s = \dfrac Q m\) Im Unterschied zum Brennwert enthält der Heizwert Hu nicht die latente Wärme des bei der Verbrennung gebildeten Wasserdampfs, er ist daher immer kleiner als der Brennwert.