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  • Dampfdruck und Sättigungsdampfdruck

    Der Dampfdruck eines Stoffes ist der von der Temperatur abhängige Druck der Dampfphase über der flüssigen Phase dieses Stoffes. Beispielsweise befindet sich in der Luft über einer Wasseroberfläche immer eine gewisse Menge Wasserdampf, deren Konzentration bzw. Partialdruck den Dampfdruck darstellt. Befinden sich Dampf und Flüssigkeit im thermodynamischen Gleichgewicht, so spricht man vom Sättigungsdampfdruck. Wird im Gleichgewicht die Temperatur leicht erhöht (oder der Druck erniedrigt), so beginnt die Flüssigkeit zu sieden (Verdampfen). Die Dampfdruckerniedrigung bei Zugabe einer löslichen...

  • Dämpfung

    Bei einer Schwingung oder Welle bezeichnet man als Dämpfung die Abnahme der Amplitude A durch Umwandlung der Schwingungsenergie in andere Energieformen aufgrund von Reibungseffekten. Man spricht dann von einer gedämpften Schwingung (Abb. links). Ein Maß für die Dämpfung ist der Quotient zweier aufeinanderfolgender Amplituden, das Dämpfungsverhältnis \(k = \dfrac {A_n}{A_{n+1}}\) Bei sehr hoher Dämpfung findet überhaupt keine periodische Schwingung mehr statt, sondern der Pendelkörper „kriecht“ in seine Ruhelage (aperiodische Dämpfung, Abb. rechts).

  • Dauermagnet (Permanentmagnet)

    Ein Dauer- oder Permanentmagnet ist ein Magnet, der im Gegensatz zum Elektromagneten sein magnetisches Moment und damit sein magnetisches Feld ohne äußere Einwirkung beliebig lange beibehält. Nur bei starker Erschütterung oder bei Erhitzen über die Curie-Temperatur (Ferromagnetismus) hinaus geht der Magnetismus verloren. Dauermagnetische Materialien sind alle Ferromagnetika, z. B. Eisen und Nickel, oder hartmagnetische Legierungen wie Cobalt-Samarium. Magnetische Werkstoffe kommen auch in der Natur vor, z. B. das Magnetit („Magneteisenstein“).

  • De-Broglie-Wellen (Materiewellen)

    Jedes Teilchen mit nicht verschwindender Ruhemasse (allgemein jeder bewegten Masse) besitzt Welleneigenschaften, man spricht dabei von De-Broglie-Wellen (nach Louis de Broglie) bzw. Materiewellen. Diese Wellen wurden zunächst 1924 von de Broglie in seiner Doktorarbeit theoretisch hergeleitet, indem er die vom Photon bereits bekannten Beziehungen \(E = h \cdot f\) und p = E/c (E: Energie, h: Planck’sches Wirkungsquantum, f: Frequenz, c: Lichtgeschwindigkeit) formal auf eine mit der Geschwindigkeit \(v\) bewegte Masse m mit dem Impuls \(p = m \cdot v = \sqrt{2mE}\) übertrug. Durch Auflösen nach...

  • Dehnungsmessstreifen

    Ein Dehnungsmessstreifen (DMS) ist ein einfacher Messfühler für mechanische Größen, bestehend aus einem zickzackförmigen Draht auf einem Kunststoffstreifen als Träger, der auf die Messstelle aufgeklebt wird. Bei einer Bewegung (z. B. einer Dehnung oder Biegung) ändert sich die Länge des Drahts und damit sein Widerstand, sodass man ein elektrisches Signal erhält.

  • Dewar-Gefäß

    Ein Dewar-Gefäß (nach James Dewar) dient zur wärmeisolierten Aufbewahrung insbesondere von sehr kalten Flüssigkeiten wie flüssigem Stickstoff, Sauerstoff oder Helium in normal temperierten Räumen. Dazu wird die Außenwand doppelt ausgeführt, der Raum zwischen den beiden Wänden ist evakuiert, wodurch Wärmeleitung und Konvektion unterbunden wird. Zur Vermeidung von Verlusten durch Wärmestrahlung sind die Wände verspiegelt, sodass alle drei Wege des Wärmetransports blockiert sind. Die Abb. zeigt ein zweistufiges Dewar-Gefäß, in dem flüssgies Helium innerhalb eines Behälters mit flüssigem...

  • Diamagnetismus

    Die Erscheinung, dass ein Stoff magnetisiert wird, wenn man ein äußeres magnetisches Feld an ihn anlegt, wobei die Magnetisierung klein und dem äußeren Feld entgegengerichtet ist. Die Magnetisierung erfolgt während des Anwachsens des äußeren Magnetfelds durch Induktion. Gemäß der Lenz’schen Regel ist das induzierte Magnetfeld dem äußeren Feld entgegengerichtet, das äußere Magnetfeld wird also abgeschwächt. Bei diamagnetischen Stoffen ist damit die relative Permeabilität \(\mu_\text r\) kleiner als 1 und die magnetische Suszeptibilität \(\chi_\text m\) ist kleiner als null. Auf...

  • Dichte

    Unter der Dichte \(\rho\) versteht man einerseits das Verhältnis aus Masse m und Volumen V eines Körpers: \(\rho = \dfrac m V\) SI-Einheit der Dichte ist \(\dfrac{\text{kg} }{\text m^3}\), es gilt \(1000\, \dfrac{\text{kg} }{\text m^3} = 1\,\dfrac{\text g }{\text{cm}^3}\) Allgemein ist eine Dichte der auf ein Einheitsvolumen bezogene Werte einer gegebenen physikalischen Größe, so spricht man von der Ladungsdichte, Impulsdichte, Energiedichte usw. Übrigens: Urpsrünglich waren die Einheiten Kilogramm und Meter so definiert, dass ein Liter (ein Tausendstel Kubikmeter) Wasser genau 1 kg wiegt. Als...

  • Dielektrikum

    Als Dielektrikum bezeichnet man einen elektrisch isolierenden Stoff (Isolator), der in einem äußeren elektrischen Feld aufgrund von Polarisationseffekten ein elektrisches Gegenfeld aufbaut. Bringt man ein Dielektrikum zwischen die Platten eines Kondensators, so vergrößert sich dessen Kapazität um einen Faktor \(\epsilon_\text r\), die Dielektrizitätszahl.

  • Dielektrizitätskonstante und Dielektrizitätszahl

    Die Dielektrizitätskonstante (Permittivität) \(\epsilon\) ist eine Materialkonstante, die beschreibt, wie der betreffende Stoff auf elektrische Felder reagiert. Sie wird aus historischen Gründen als das Produkt aus der elektrischen Feldkonstante bzw. Dielektrizitätskonstanten des Vakuums, \(\epsilon_0\), und der materialspezifischen dimensionslosen Dielektrizitätszahl (relative Dielektrizitätskonstante/Permittivität) \(\epsilon_\text r\) geschrieben: \(\epsilon = \epsilon_0 \cdot \epsilon_\text r; \\ \epsilon_0 = \dfrac{1}{\mu_0c^2} = \dfrac{1}{4\pi\cdot 10^{-7}\,\frac{\text{Vs}}{\text{Am}}...

  • Diffusion

    Die Diffusion (von lat. diffusus „ausgebreitet, verstreut“) ist ein statistischer Ausgleichsprozess, in dessen Verlauf durch die zufälligen Wärmebewegungen von Teilchen (Atome, Moleküle) Konzentrationsunterschiede ausgeglichen werden – einfach weil dies wahrscheinlicher ist. Die der Diffusion zugrundeliegende Wärmebewegung der Teilchen lässt sich über die Brown’sche Bewegung sichtbar machen. Zwei Gase (oder allgemeiner Stoffe) diffundieren ineinander, bis die Teilchen beider Sorten gleichmäßig im Raum verteilt sind (Abb.). Diffusion tritt auch an der Grenzfläche zweier Phasen auf...

  • Diode

    Eine Diode (von griech. di- „zwei“ und hodos „Weg“) ist ein elektronisches Bauelement mit zwei Anschlüssen (genannt Anode und Kathode). Der elektrische Widerstand einer Diode hängt wesentlich davon ab welcher Pol der Stromquelle an welchem Anschluss liegt: In Durchlassrichtung ist der elektrische Widerstand gering, in Sperrrichtung ist er rd. 106-mal so hoch. Daher lässt eine Diode elektrischen Strom im wesentlichen nur in einer Richtung passieren (Gleichrichter). Früher wurden Dioden als Vakuumröhren gebaut (Röhrendiode), heute benutzt man fast ausschließlich Halbleiterdioden. Diese bestehen...

  • Dispersion

    Die Dispersion (von lat. dispergere „zerstreuen“) ist in der Optik die Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts (und damit der Brechzahl eines optischen Mediums) von der Wellenlänge, also der Farbe des Lichts. Nur im Vakuum tritt keine Dispersion auf, in ihm ist die Lichtgeschwindigkeit für alle Wellenlängen gleich. In allen anderen Ausbreitungsmedien hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit dagegen mehr oder weniger stark von der Wellenlänge ab. Man spricht von normaler Dispersion, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit mit zunehmender Wellenlänge wächst, wenn also der...

  • Doppelbrechung

    Doppelbrechung ist die Erscheinung, dass in anisotropen Körpern wie z. B. Kalkspatkristallen einfallende Lichtstrahlen in zwei Teilstrahlen zerlegt werden. Trifft der Strahl senkrecht auf die Kristallfläche, so spaltet er sich beim Eindringen in zwei Strahlen auf. Der eine behält die ursprüngliche Strahlrichtung bei und heißt deshalb ordentlicher Strahl (o-Strahl). Der zweite, der außerordentliche Strahl (e-Strahl oder ao-Strahl) wird entgegen dem Brechungsgesetz beim Eintritt in den Kristall gebrochen. Beim Austritt wird er ein zweites Mal gebrochen und verläuft dann parallel zum ordentlichen...

  • Doppler-Effekt

    Diese nach Christian Doppler benannte Erscheinung tritt im Alltag vor allem bei Schallwellen auf, kann aber prinzipiell bei allen Arten von Wellen beobachtet werden. Sie äußert sich darin, dass die Frequenz einer Welle sich ändert, wenn sich die Quelle und der Beobachter gegeneinander bewegen. Beispiel: Wenn ein Feuerwehrwagen mit Sirene (Quelle) auf einen ruhenden Beobachter (Spaziergänger am Straßenrand) zufährt, so hört der einen höheren Ton, als wenn er neben einem ebenfalls ruhenden Wagen stehen würde. Entfernt sich der Feuerwehrwagen, nimmt er dagegen einen tieferen Ton war. Bei...

  • Dosimeter

    Ein Dosimeter ist ein Gerät zur Bestimmung der Strahlendosis. Dies ist insbesondere wichtig, um die Strahlenbelastung von Personen zu überwachen, die im Beruf mit Röntgenstrahlung, radioaktiven Präparaten oder an Reaktoren und Teilchenbeschleunigern arbeiten. Die meisten Dosimeter nutzen die ionisierende Wirkung der Strahlung aus (z. B. Ionisationskammer) oder beruhen auf durch die Strahlung ausgelösten chemischen Reaktionen (z. B. Filmdosimeter, bei dem eine Fotoschicht geschwärzt wird).

  • Dosisgrößen

    Als Dosis (griech. „Schenkung, Gabe“) oder Strahlendosis bezeichnet man verschiedene Maße für die einem Körper zugeführte Strahlungsmenge, insbesondere bei ionisierender oder radioaktiver Strahlung. In allen Fällen unterscheidet man im Strahlenschutz zwischen der vom ganzen Körper aufgenommene Ganzkörperdosis und der von einzelnen Körperteilen aufgenommene Teilkörperdosis. Die einzelnen Dosisgrößen sind: Die Energiedosis oder absorbierte Dosis D ist das Verhältnis von aufgenommener Energie \(\Delta E\) zu bestrahlter Masse \(\Delta m\): \(D = \dfrac{\Delta E}{\Delta m}\). SI-Einheit ist das...

  • Dotierung

    Dotierung (von lat. dotare „ausstatten“) ist die kontrollierte Zugabe von Fremdatomen zu einem Halbleiter, um so Bereiche verschiedener elektrischer Leitfähigkeit zu erzeugen und dazu die geringe elektrische Leitfähigkeit eines kristallinen Halbleiters wie Silicium zu steigern. Typischerweise kommt dabei auf eine Million Halbleiteratome ein Fremdatom, entsprechend rein muss der Halbleiter zuvor sein. Wenn z. B. ein Element der V. Hauptgruppe wie z. B. Arsen (As) als Fremdatom den Platz eines Siliciumatoms einnimmt, so können von seinen fünf Valenzelektronen nur vier die Elektronenpaarbindungen...

  • Drehimpuls

    Der Drehimpuls \(\vec L\) gibt bei einer Rotationsbewegung Stärke, Drehsinn und Richtung der Rotationsachse an. Er entspricht in vielem dem „normalen“ Impuls \(\vec p\) bei der geradlinigen Bewegung. entspricht. Ein Massenpunkt der Masse m, der sich mit der Geschwindigkeit \(\vec v\) auf einer Kreisbahn mit dem Radius r bewegt, hat den Drehimpulsbetrag \(L = r \cdot m \cdot v = r \cdot p\) L ist umso größer, je größer der Impuls des Körpers und je weiter entfernt er sich von der Drehachse befindet. Für ein System aus mehreren Massen, die um eine Drehachse kreisen (z. B. ein sich drehender...

  • Drehmoment

    Das Drehmoment \(\vec M\) gibt bei einer Rotationsbewegung die zeitliche Änderung des Drehimpulses \(\vec L\) an, d. h., ein Drehmoment bewirkt, dass sich Tempo und/oder Orientierung und Richtung der Drehachse ändern (noch anders gesagt: ein Drehmoment beschleunigt oder bremst eine Drehung): \(\vec M = \dfrac{\text d \vec L}{\text d t} = \dot{\vec L}\) Damit spielen Drehmoment und Drehimpuls bei Rotationen dieselbe Rolle wie Kraft und Impuls bei linearen Bewegungen. Vektoriell berechnet man das Drehmoment als Kreuzprodukt aus der angreifenden Kraft \(\vec F\) und dem Abstandsvektor \(\vec r\)...

  • Drehstrom (Dreiphasenstrom)

    Drehstrom oder Dreiphasenstrom ist das in der öffentlichen Stromversorgung übliche System aus drei Wechselströmen (den sog. Phasen), die um 120° gegeneinander verschoben über dasselbe Kabelsystem transportiert werden. Drehstrom kann bei gleichem Leitungsquerschnitt \(\sqrt 3\)-mal so viel Leistung übertragen wie Einphasenwechselstrom. Dafür sind dann allerdings drei Leitungen nötig statt ansonsten zwei. Starke Verbraucher im Haushalt wie z. B. Elektroherde werden an alle drei Phasen angeschlossen (sowie an den geerdeten Schutzleiter), da sie die Spannung \(\sqrt 3 \cdot 230\,\text V \approx...

  • Druck

    Der Druck p ist definiert als der Quotient aus dem Betrag F einer senkrecht auf eine Fläche wirkenden Kraft und der Größe A dieser Fläche: \(p = \dfrac F A\) Wirkt die Kraft nicht senkrecht auf die Fläche, so zerlegt man sie in zwei Komponenten parallel Fpar und senkrecht (Fsenkr) zur Fläche. Nur die senkrechte Komponente Fsenkr, die sog. Normalkraft, trägt dann zum Druck bei: p = Fsenkr/A. Die durch einen Druck auf eine Fläche hervorgerufene Kraft (z. B. bei einer hydraulischen Presse) bezeichnet man als Druckkraft. Die SI-Einheit des Drucks ist das Pascal (Pa). Veraltete Druckeinheiten sind...

  • Dunkle Materie und dunkle Energie

    Dunkle Materie und dunkle Energie sind zwei Konzepte aus der Kosmologie, die zu den größten Rätseln der modernen Physik zählen: Dunkle Materie ist die nicht leuchtende und daher unsichtbare Materie im Universum, die sich nur durch ihre Gravitationswirkung bemerkbar macht. Gäbe es keine dunkle Materie, wäre die Masse der bekannten Galaxien zu klein, um die enthaltenen Sterne per Schwerkraft an sich zu binden. Verschiedene, von einander unabhängige Messungen deuten darauf hin, dass es etwa dreimal so viel dunkle wie sichtbare Materie im Kosmos gibt. Woraus sie besteht, ist allerdings noch...