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  • Kamera

    Eine Kamera ist ganz allgemein ein Gerät zum Aufzeichnen von optischen Abbildungen. Die Urform ist die Lochkamera oder Camera obscura (ital. „dunkle Kammer“, daher der Name Kamera). Dabei handelt es sich um einen lichtundurchlässigen Kasten mit einer kleinen, als Blende wirkenden Öffnung auf der Vorderseite. Von einem vor der Kamera befindlichen Gegenstand wird auf der Innenseite ein umgekehrtes, seitenvertauschtes, reelles Bild erzeugt. Die Form des Lochs hat keinen Einfluss auf das Bild, wohl aber die Größe: Je kleiner die Öffnung, umso schärfer, aber auch lichtschwächer ist das Bild. Für...

  • Kapillare

    Eine Kapillare (von lat. capillus „Haar“) oder Kapillarröhre ist eine Leitung für Flüssigkeiten, die so dünn ist, dass Randeffekte und insbesondere die Oberflächenspannung eine wesentliche Rolle beim Transport von Flüssigkeiten spielen. Eine benetzende Flüssigkeit wie Wasser steigt in einer Kapillare gegen die Schwerkraft nach oben, wenn man die Kapillare senkrecht in die Flüssigkeit eintaucht. Eine nicht benetzende Flüssigkeit (z. B. Quecksilber) sinkt dagegen im Kapillarrohr ab und steht dort tiefer als in der Umgebung. Kapillaren spielen eine wichtige Rolle bei der Wasserversorgung der...

  • Kennlinie

    Eine Kennlinie ist allgemein eine grafische Darstellung des funktionalen Zusammenhangs zwischen zwei Größen, die ein bestimmtes mechanisches oder elektrischen System charakterisieren. Beispielsweise trägt man bei Motoren die Leistung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl auf (Volllastkennlinie). In Elektronik und Elektrotechnik sind Strom-Spannungs-Kennlinien besonderer Bedeutung, z. B. bei Dioden und Transistoren.

  • Kepler’sche Gesetze

    Die von Johannes Kepler aus dem Beobachtungsmaterial von Tycho Brahe abgeleiteten Gesetze der Planetenbewegung bilden die Grundlage der Himmelsmechanik. Sie lauten: Die Planeten bewegen sich auf Ellipsen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht. Die von der Sonne zu einem Planeten gezogene Verbindungsgerade, der sog. Fahrstrahl, überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen. Dieses Gesetz ist auch als Flächensatz bekannt. Dahinter verbirgt sich nichts anderes als die Anwendung des Drehimpulssatzes auf allgemeine Zentralbewegungen. Die Quadrate der Umlaufzeiten T der Planeten verhalten sich...

  • Kernenergie

    Im weiteren Sinne bezeichnet Kernenergie die in der nuklearen Bindung zwischen den Nukleonen in einem Atomkern gespeicherte potenzielle Energie. Meist ist mit dem Begriff allerdings die energietechnische Nutzung dieser Energie gemeint und noch spezieller die Nutzung der bei Kernspaltungen freigesetzten Energie – die kommerzielle Nutzung von Kernfusionsenergie ist technisch noch auf lange Zeit nicht möglich. Es gibt verschiedene Ansätze, in einem sog. Kernreaktor eine kontrollierte nukleare Kettenreaktion ablaufen zu lassen und die dabei freiwerdende Energie zunächst in Wärme und dann in...

  • Kernfusion

    Als Kernfusion (von lat. fusio „das Schmelzen“) bezeichnet man in der Physik die Verschmelzung zweier Atomkerne. Ist die Kernbindungsenergie pro Nukleon im Produktkern größer als in den beiden ursprünglichen Kernen, wird dabei Energie frei. Die Kernfusion ist die Energiequelle der Sterne, also auch der Sonne und damit der meisten biologischen und meteorologlischen Vorgänge auf der Erde. Im einzelnen sind die Kernreaktionen, über in der Sonne Atomkerne fusionieren, ziemlich kompliziert. Die beiden wesentlichen Prozesse verschmelzen, teilweise unter Beteiligung anderer Kerne, Wasserstoff zu...

  • Kernphysik

    Allgemein gesprochen ist die Kernphysik der Zweig der Physik, der die Struktur und der Wechselwirkungen von Atomkernen untersucht. Sie ist damit zwischen der Atomphysik und der Hochenergie- bzw. Elementarteilchenphysik liegt. Zu den experimentellen Methoden der Kernphysik gehören v. a. die Massenspektroskopie, mit deren Hilfe die Kernbindungsenergien ermittelt werden können, die Kernspektroskopie (Spektroskopie der von Atomkernen emittierten Gammastrahlung) sowie die Kernspinresonanz (Erzeugung von angeregten Kernspinzuständen). In Streuexperimenten werden sog. Projektile (z. B. Elektronen...

  • Kernspaltung

    Bei einer Kernspaltung wird ein Atomkern in zwei Fragmente vergleichbarer Masse aufgeteilt. Die Kernspaltung kann bei schweren Kernen von selbst erfolgen (spontane Spaltung) oder durch Zufuhr einer geeigneten Anregungsenergie erzwungen werden (induzierte Spaltung). Die Massen der beiden Spaltprodukte verhalten sich in etwa wie 2:3. Bei der Spaltung werden etwa 10 % der Kernbindungsenergie, etwa 120–200 MeV, als kinetische Energie der Bruchstücke frei. Außerdem ist der Spaltvorgang mit der Emission von intensiver Gammastrahlung sowie von zwei bis drei schnellen Neutronen (Spaltneutronen)...

  • Kernwaffen

    Kernwaffen sind Sprengkörper, deren Wirkung auf der Freisetzung von Kernenergie, also der Bindungsenergie von Atomkernen, beruht. Man unterscheidet sog. Atombomben, die auf der Spaltung von schweren Kernen in Form einer unkontrollierten Kettenreaktion beruhen, und Wasserstoffbomben, denen die Fusion leichter Kerne zugrunde liegt. Wasserstoffbomben benötigen zur Zündung die Explosion einer Atombombe und sind wesentlich schwieriger zu konstruieren. Die Sprengkraft von Kernwaffen ist so groß, dass bereits mit einem kleinen Teil der auf der Erde vorhandenen Sprengköpfe die gesamte Weltbevölkerung...

  • Kinetische Energie (Bewegungsenergie)

    Die kinetische Energie oder Bewegungsenergie (veraltet: Wucht), Ekin ist die Energie, die ein Körper oder System allein aufgrund seines Bewegungszustands besitzt. Dabei geht es im engeren Sinne um lineare Bewegungen, die ein Körper als ganzes ausführt. Um einen Körper mit der (trägen) Masse m aus der Ruhe auf die Geschwindigkeit \(v\) zu beschleunigen, muss man bei einer geradlinigen Bewegung die Arbeit \(\dfrac 1 2 mv^2\) leisten. Demnach ist \(E_\text{kin} = \dfrac 1 2 mv^2\) Diese E. wird bei Abbremsen auf \(v = 0\) wieder freigesetzt, meist durch Reibung als Wärme oder als...

  • Kirchhoff’sche Regeln

    Zwei im Jahr 1845 erstmals von Gustav Robert Kirchhoff aufgestellte Regeln zur Berechnung der Strom- und Spannungsverteilung in elektrischen Stromkreisen. Knotenregel (1. Kirchhoff’sche Regel): In jedem Verzweigungspunkt (Knoten) in einem Leitersystem ist die Summe der Stromstärken der zufließenden Ströme gleich der Summe der Stromstärken der abfließenden Ströme. Physikalisch steckt dahinter einfach die Ladungserhaltung: Alle an einem Punkt einfließende Ladung muss diesen auch wieder verlassen, da elektrische Ladungen weder zerstört noch erzeugt werden können. Maschenregel (2. Kirchhoff’sche...

  • Klassische Physik

    Unter der klassischen Physik versteht man das physikalische Wissen des ausgehenden 19. Jh. in Abgrenzung zur modernen Physik, zu der im Wesentlichen die Erkenntnisse der Quantentheorie und der Relativitätstheorie zählen. Die klassische Physik lässt sich grob in die Klassische Mechanik, die Klassische Elektrodynamik (Elektromagnetismus) und die Wärmelehre unterteilen.

  • Kommunizierende Röhren

    Kommunizierende Röhren (von lat. communicare „gemeinschaftlich tun“) sind oben offene und unten miteinander verbundene, mit Flüssigkeit gefüllte Röhren oder Gefäße (Abb.). Die Flüssigkeit stellt sich in allen Röhren gleich hoch ein, da der hydrostatische Druck in gleicher Wassertiefe überall gleich sein muss, unabhängig von der speziellen Form der Gefäße. Auf dieser Erscheinung beruhen Wasserstandsmesser und die technikhistorisch bedeutsamen Wassertürme sowie artesische Brunnen.

  • Kondensator

    Ein Kondensator ist ein elektronisches Bauelement zum (kurzzeitigen) Speichern von elektrischer Ladung bzw. Energie. Ein Kondensator besteht aus zwei elektrischen Leitern, die durch ein Dielektrikum (einen Isolator) voneinander getrennt sind. Die einfachste Bauform ist der Plattenkondensator mit zwei parallelen Metallplatten und Luft als Dielektrikum. Die beiden Platten (allgemeiner: Elektroden) eines Kondensators speichern entgegengesetzt gleiche Ladungen +Q bzw. –Q. Diese Ladungsmenge ist proportional zur anliegenden Spannung: \(Q=C\cdot U\) Der Proportionalitätsfaktor C ist die Kapazität...

  • Konservative Kräfte

    Konservative Kräfte (lat. conservare „bewahren“) sind Kräfte, bei denen keine Energie „verloren“ geht, wenn man einmal im Kreis läuft, ein Pendel einmal hin- und herschwingen lässt oder einen sonstigen Prozess ablaufen lässt und dann wieder rückgängig macht. Typische Beispiele sind die Schwerkraft und die elektrische Coulomb-Kraft. Alle Kräfte, die sich wie diese beiden Kräfte als räumliche Ableitung (Gradient) eines Potenzials schreiben lassen, sind konservative Kräfte. Standardbeispiel einer nichtkonservativen Kraft sind Reibungskräfte. Tatsächlich liegt es sehr oft an Reibungseffekten, wenn...

  • Konvektion

    Konvektion (von lat. convectum „zusammengebracht“) ist eine der drei möglichen Formen des Wärmetransports. Dabei wird Wärme dadurch übertragen, dass die Strömung einer Flüssigkeit oder eines Gases erwärmte Materie verfrachtet. Konvektion kann mithilfe von Gebläsen oder Pumpen erzwungen werden, etwa bei einer Warmwasserheizung oder in einem Konvektionsofen. Sie entsteht auf natürlichem Weg, wenn sich eine Flüssigkeit oder ein Gas ungleichmäßig erwärmt und ausdehnt und dadurch wegen der verringerten Dichte wärmere Portionen bevorzugt aufsteigen. Beispiele für natürlich angetriebene...

  • Körper (Physik)

    In der Physik versteht man unter einem Körper ganz allgemein eine abgegrenzte Materieansammlung, die sich als eine Einheit verhält. Ein Körper kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Bespiele: Fußball, Atomkern, Galaxie, Wasser in einem Trinkglas, Luft in einer Luftpumpe In der Mechanik bezeichnet man einen Körper mit der Masse m auch einfach als „eine Masse m“. Entsprechend nennt man in der Elektrizitätslehre einen elektrisch geladenen Körper oft einfach „eine Ladung q“.

  • Kosmische Strahlung (Höhenstrahlung)

    Die kosmische Strahlung (Höhenstrahlung) ist eine sehr energiereiche Strahlung aus dem Weltraum, die zum großen Teil in der oberen Schichten der Erdatmosphäre absorbiert wird und daher früher nur in höheren Lagen oder mit Ballonexperimenten gemessen werden konnte. Sekundäre Folgeprodukte lassen sich jedoch auch noch in großen Tiefen im Meer sowie in der Erdkruste (in Form von Myonen und Neutrinos) nachweisbar sind. Man unterscheidet zwei Arten von kosmischer Strahlung: Die primäre kosmische Strahlung stößt aus allen Richtungen auf die Erdatmosphäre. Sie besteht zu etwa 85 % aus Protonen, zu 14...

  • Kraft

    Eine Kraft \(\vec F\) ist physikalisch gesehen die Ursache für die Beschleunigung oder die Verformung eines Körpers. Eine Kraft erkennt man immer nur an ihrer Wirkung: Umgekehrt bedeutet jede Beschleunigung oder Verformung, das eine Kraft wirken muss. Die Kraft ist ein Vektor, zu ihrer Beschreibung ist somit die Angabe ihres Betrags, ihrer Richtung und ihres Angriffspunkts erforderlich. Der Kraftvektor wird in der Mechanik oft als Pfeil dargestellt. Dabei markiert der Anfangspunkt (nicht die Spitze) des Vektors den Angriffspunkt, die Pfeillänge symbolisiert den Betrag der Kraft und die...

  • Kraft-Wärme-Kopplung

    Unter Kraft-Wärme-Kopplung versteht man in der Energietechnik die gleichzeitige Gewinnung von Elektrizität und Nutzwärme in einem Kraftwerk. Die Grundidee dahinter besteht einfach darin, beim Kraftwerksbetrieb sowieso anfallende Abwärme über ein Fernwärmenetz zur Nutzung als Heiz- oder Prozesswärme an nahe gelegene Haushalte oder Betriebe weiterzuleiten. Dadurch wird aus Energieverlusten (eigentlich Nutzenergieverlusten) Nutzenergie und der Wirkungsgrad des Kraftwerks steigt erheblich an.

  • Kraftmesser (Federwaage)

    Ein Kraftmesser bzw. eine Federwaage (auch: Dynamometer) ist ein einfaches Messgerät, bei dem die zu messende Kraft durch die Auslenkung einer Feder aus der Ruhelage bestimmt wird. Diese ist nach dem Hooke’schen Gesetz direkt proportional zum Betrag der einwirkenden Kraft.

  • Kraftwerk

    Ein Kraftwerk ist allgemein gesprochen eine technische Anlage, in der durch Energieumwandlung Elektrizität erzeugt wird; kann in dieser Anlage auch Nutzwärme ausgekoppelt werden (Kraft-Wärme-Kopplung), so bezeichnet man sie als Heizkraftwerk. Wärmekraftwerke werden wie Wärmekraftmaschinen angetrieben. Man kennzeichnet sie weiter nach Art der eingesetzten Brennstoffe (z. B. Kohle-, Gas-, Biomasse- oder Kernkraftwerk).

  • Kreisel

    Ein Kreisel im physikalischen Sinn ist ein starrer Körper, der sich um einen Achse dreht, die nicht notwendigerweise räumlich fixiert ist. Spielzeugkreisel wie auch technische Kreisel (Kreiselkompass, Gyroskop) besitzen meist Rotationssymmetrie bezüglich der Drehachse. Bei der Einwirkung von Kräften bzw. Drehmomenten auf einen Kreisel treten eigentümliche Erscheinungen auf. Versucht man nämlich, die Drehachse eines Kreisels zu kippen, weicht diese seitlich aus: Der Kreisel kippt in die zur Drehachse und zur einwirkenden Kraft \(\vec F\) senkrechte Richtung (also in die Richtung des...

  • Kreisprozess

    Ein Kreisprozess ist eine periodische Abfolge von thermodynamischen Zustandsänderungen eines Mediums (flüssig oder gasförmig), bei der immer wieder der Ausgangszustand erreicht wird. Die Größen Volumen \(V\), Druck \(p\), Temperatur \(T\) und innere Energie \(U\) können während einzelner Zustandsänderungen fluktuieren. Nach einem kompletten Durchlauf erreichen sie aber immer wieder ihre Ausgangswerte (\(\Delta V = \Delta p=\Delta T=\Delta U=0\)). Kreisprozesse können in Zustandsdiagrammen wie dem p-V-Diagramm dargestellt werden. Kreisprozesse bilden die Grundlage von Wärmekraftmaschinen. Wenn...

  • Kristallgitter

    In der Festkörperphysik bezeichnet man die räumlich periodische Anordnung der Atome bzw. Moleküle als Kristallgitter. Insgesamt gibt es 14 verschiedene Gittertypen, die man je nach genauer Anordnung der Teilchen unterscheidet. Das Bild des Gitters ist eine ideale Vorstellung, die nur in Einkristallen realisiert ist. Bei den meisten realen Kristallen ist das Gitter durch sog. Gitterbaufehler gestört, außerdem setzen sich die meisten Körpern aus vielen kleinen Teilbereichen mit jeweils unterschiedlich orientiertem Kristallgitter zusammen.

  • Kühlschrank und Kältemaschinen

    Eine Kältemaschine ist eine Vorrichtung, mit deren Hilfe unter Arbeitsaufwand Wärme von einem kälteren Körper auf einen wärmeren Körper übertragen wird (würde sie es ohne Arbeitsaufwand tun, wäre sie ein Perpetuum mobile 2. Art und würde den 2. Hauptsatz der Wärmelehre verletzen). Eine Kältemaschine ist also im Prinzip eine Wärmekraftmaschine in umgekehrter Arbeitsrichtung. Die häufigste Form einer Kältemaschine ist der Kühlschrank. Dieser arbeitet hauptsächlich nach dem Kompressorprinzip: Ein gasförmiges Kältemittel (z. B. Isobutan) wird durch eine elektrisch betriebene Pumpe, den Kompressor...

  • Kurzschluss

    Ein Kurzschluss ist eine direkte Verbindung der Pole einer Spannungsquelle mit (nahezu) widerstandslosen Leitungen. In der Folge fließt ein Strom von großer Stärke, der Kurzschlussstrom, wodurch es zu Gefährdungen von Menschen und Geräten kommen kann. Die Stärke Ikurz des Kurzschlussstroms hängt von der Urspannung U0 der Spannungsquelle ab und wird nur durch deren Innenwiderstand Ri begrenzt: \(I_\text{kurz} = \dfrac{U_0}{R_\text i}\) Ein Kurzschluss tritt bereits auf, wenn man zwei Leiter, die zu verschiedenen Polen gehören, verbindet, z. B. die verschiedenen Leitungen in einem Lichtschalter...

  • Kurzsichtigkeit und Weitsichtigkeit

    Kurzsichtigkeit und Weitsichtigkeit sind zwei häufige Formen von Fehlsichtigkeit, die man physikalisch als Abbildungsfehler des „Kamerasystems Auge“ verstehen kann. Durch unbewusste Muskelanspannung wird eine gesunde Augelinse immer so gekrümmt, dass das Bild auf der Netzhaut immer scharf ist, dies nennt man Akkommodation. Dies bedeutet, dass der Brennpunkt der Linse genau in der (gekrümmten) Ebene der Netzhaut liegt. Wenn dies nicht der Fall ist, spricht man von Kurzsichtigkeit, wenn der Brennpunkt vor der Netzhaut liegt, und von Weitsichtigkeit, wenn er dahinter liegt. Diese Sehfehler lassen...