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  • Schall

    Schall ist eine Sammelbezeichnung für mechanische Schwingungen und Wellen im Frequenzbereich des menschlichen Hörens (16–20.000 Hz) – d.h. „alles, was man hören kann“. Bei Frequenzen unter 16 Hz spricht man von Infraschall, über etwa 20 kHz von Ultraschall, über etwa 1 GHz von Hyperschall. Schall kann sich in jedem Medium ausbreiten, dessen Atome oder Moleküle nicht vollkommen fixiert sind, also insbesondere allen Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern. Dabei hängt seine Ausbreitungsgeschwindigkeit, die Schallgeschwindigkeit, stark vom jeweiligen Medium ab. Im engeren Sinn versteht man unter...

  • Schallgeschwindigkeit

    Die Schallgeschwindigkeit (Formelzeichen c, vS) ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen in einem festen, flüssigen oder gasförmigen Medium. Im Allgemeinen ist sie in Gasen deutlich kleiner als in Flüssigkeiten und in Flüssigkeiten kleiner als in festen Körpern. Dies liegt daran, dass der Kontakt zwischen den Atomen oder Molekülen in Festkörpern am größten ist und daher die einzelnen Teilchen ihre Bewegungen durch Stöße dort wesentlich leichter an ihre Nachbarn weitergeben können. Dementsprechend ist die Schallgeschwindigkeit in sehr harten und starren Körpern am größten. Außer vom...

  • Schaltzeichen

    Schaltzeichen sind standardisierte Symbole zur zeichnerischen Darstellung von elektronischen bzw. elektrotechnischen Bauelementen, Geräten und Leitungen.

  • Schatten

    Der Schatten ist der Bereich hinter einem beleuchteten (undurchsichtigen) Objekt, in den kein oder nur wenig Licht oder andere Strahlung gelangt. Mit Schatten kann auch das Bild gemeint sein, das durch die fehlende Beleuchtung auf einer Projektionsfläche erscheint. Schattenraum und Schattenbild sind abhängig von der Form des lichtundurchlässigen Körpers und der Art der Lichtquelle: Eine punktförmige Lichtquelle erzeugt einen scharf begrenzten Schatten. Zwei punktförmige Lichtquellen werfen i. A. zwei Schatten, die sich jedoch überlappen können. Den Raum, in den weder Lichtstrahlen von der...

  • Schiefe Ebene

    Eine schiefe bzw. geneigte Ebene ist ein klassisches Untersuchungsobjekt der Mechanik, da sich hier Bewegungen je nach Neigungswinkel \(\alpha\) der Ebene so weit verlangsamen lassen, dass man auch ohne technische Hilfsmittel quantitativ erfassen kann – Galileo Galilei nutzt sie beispielsweise, als er seine Fallgesetze herleitete (die somit in gewisser Weise eher Rutsch- bzw. Rollgesetze waren). Außerdem ist die schiefe Ebene auch ein sog. einfache Maschine, da sich mit ihr Kraft einsparen lässt, indem man den Weg verlängert. In der Abb. ist die Strecke AC die Länge l und die Strecke BC als...

  • Schrödinger-Gleichung

    Die Schrödinger-Gleichung (nach Erwin Schrödinger) ist die grundlegende Differenzialgleichung der (nicht relativistischen) Quantenmechanik, die an die Stelle der Bewegungsgleichung der Mechanik tritt. Sie ist eine Gleichung für die zunächst unbekannte Wellenfunktion \(\Psi(x,\, t)\) eines Quantenobjekts, d. h. sie stellt Forderungen an Wellenfunktionen. Die Lösungen der Gleichung sind die physikalisch möglichen Wellenfunktionen, etwa im Wasserstoffatom die die erlaubten Elektronenorbitale. Im einfachen Fall, dass die Bewegung eines Teilchens auf eine Dimension beschränkt ist und die äußeren...

  • Schrödingers Katze

    Schrödingers Katze ist ein von Erwin Schrödinger entworfenes Gedankenexperiment, das die begrifflichen Schwierigkeiten der Quantenmechanik illustrieren soll. In dem (gedachten) Versuch wird eine Katze in einen undurchsichtigen Kasten gesperrt. Dieser enthält eine Fläschen mit einem tödlichen Gas, das über einen komplizierten Mechanismus genau dann zertrümmert wird, wenn ein radioaktives Präparat zufällig ein Alphateilchen aussendet. Da der radioaktive Zerfall ein Quantenprozess ist, gibt es eine Wellenfunktion für die Wahrscheinlichkeit dieses Ereignisses. Nach der gängigen Interpretation der...

  • Schwache Wechselwirkung und starke Wechselwirkung

    Die schwache und die starke Wechselwirkung bzw. Fundamentalkraft sind zwei Grundkräfte, die zusammen mit Elektromagnetismus und Gravitation allen physikalischen Prozessen zugrundliegen. Beiden Kräften ist gemein, dass sie nur auf extrem kurzen Abständen zutage treten (die starke Wechselwirkung ungefähr bei Abständen in der Größenordnung des Protonendurchmessers, also etwa \(1\,\text{fm} = 10^{-15}\,\text m\), und kleiner, die schwache sogar nur bei noch kleineren Abständen \(< 10^{-16}\,\text m\)). Es gibt aber mehrere grundsätzliche Unterschiede: Die starke Wechselwirkung oder Farbkraft wirkt...

  • Schwarzer Strahler

    Ein schwarzer Strahler oder schwarzer Körper ist ein gedachter bzw. idealisierter Körper, der auftreffende Strahlung aller Wellenlängen vollständig absorbiert. Die dadurch aufgenommene Energie strahlt er dann gemäß den Strahlungsgesetzen als Wärmestrahlung wieder ab. Dabei müssen seine maßgeblichen Bestandteile alle dieselbe Temperatur aufweisen. Da er bei niedrigen Temperaturen (z. B. Zimmertemperatur) praktisch kein sichtbares Licht abstrahlt, erscheint er dann also vollkommen schwarz. Mit zunehmender Temperatur leuchtet er aber erst rötlich, dann gelblich und schließlich bläulich. Reale...

  • Schweben, Schwimmen und Fliegen

    Bei der Bewegung in einem Fluid (Gas oder Flüssigkeit) gibt es – außer „Runterfallen“ bzw. „Untergehen und Liegenbleiben“ – grundsätzlich zwei Möglichkeiten: Wenn Körper in Luft, Wasser oder anderen Fluiden schweben, befinden sie sich in einem Kräftegleichgewicht zwischen Gewichtskraft und statischem Auftrieb. Ohne weitere Kräfte und auch ohne Bewegung relativ zum Fluid ist das Gleichgewicht stabil. Wenn Körper in Wasser oder einer anderne Flüssigkeit schwimmen bzw. in Luft oder einem anderen Gas fliegen, nutzen sie den dynamischen Auftrieb, wodurch sie auch dann ihre Höhe halten können, wenn...

  • Schwebung

    Unter einer Schwebung versteht man in der Akustik bzw. der Schwingungslehre allgemein das periodische Schwanken der Amplitude einer Schwingung, die durch Überlagerung zweier gleichartiger Schwingungen mit nur geringem Frequenzunterschied entsteht. Haben die beiden sich überlagernden Teilschwingungen die Frequenzen f1 und f2, so resultiert eine Schwingung, deren Amplitude mit der Frequenz \(f = |f_2-f_1|\) periodisch schwankt. Die Frequenz f heißt Schwebungsfrequenz. Sind die Amplituden der sich überlagernden Schwingungen gleich groß, schwankt die Amplitude zwischen null und einem Maximalwert...

  • Schwerpunkt

    Der Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) eines Körpers ist derjenige Punkt, den man sich als Angriffspunkt der Schwerkraft denken kann – der Körper bewegt sich genau so durch das Schwerefeld wie eine Punktmasse am Ort des Schwerpunkts. Dabei muss der Schwerpunkt nicht unbedingt innerhalb des Körpers liegen, so liegt der Schwerpunkt einer Rings oder einer Kugelschale jeweils im Zentrum dieser Objekte. Hängt man einen festen Körper in seinem Schwerpunkt auf, so bleibt er bei jeder Orientierung im Gleichgewicht (zumindest solange nur die Schwerkraft wirkt). Ein Drehmoment, das im Schwerpunkt angreift...

  • Schwingkreis

    Ein Schwingkreis ist ein (geschlossener) Stromkreis, in dem eine Spule und ein Kondensator in Reihe geschaltet sind. Ein realer Schwingkreis besitzt immer auch einen Ohm’schen Widerstand, dies vernachlässigt der ideale Schwingkreis jedoch wegen der einfacheren Berechnung. Werden die Ladungen im Schwingkreis einmal in Bewegung versetzt, führen Strom und Spannung harmonische Schwingungen aus, wobei die Energie zwischen dem Kondensator (elektrische Energie) und der Spule (magnetische Energie) hin- und herschwingt. Strom und Spannung sind dabei um 90° bzw. \(\pi/2\) phasenverschoben. Ein realer...

  • Schwingungen und Wellen

    Schwingungen (Oszillationen) und Wellen sind, ganz allgemein ausgedrückt, periodische Änderungen von physikalischen Größen, wobei diese bei Schwingungen unabhängig vom Ort bzw. an einem festen Ort stattfinden und sich bei Wellen durch den Raum ausbreiten (s. u.). Bei einer mechanischen Schwingung ändert sich der Ort eines Körpers periodisch, etwa bei einem Fadenpendel, einer Geigensaite oder einer Membran. Bei einer elektromagnetischen Schwingung sind die periodisch veränderlichen Größen etwa die elektrische und magnetische Feldstärke, die elektrische Ladung oder Stromstärke bzw. Spannung...

  • Sekundärelektronenvervielfacher (Photomultiplier)

    Ein Sekundärelektronenvervielfacher (SEV) ist ein Gerät, das einen extrem schwachen Strom, der sogar nur aus einzeln eintreffenden Elektronen bestehen kann, millionenfach und mehr verstärkt. Er ist daher ein wesentlicher Bestandteil vieler Detektoren in Elementarteilchenphysik und Astronomie, insbesondere zum Nachweis sehr seltener Teilchen bzw. Ereignisse. Das Messprinzip ist die Auslösung von Sekundärelektronen durch ein Elektron oder ein anderes Teilchen mit hoher Energie. Dies kann auch ein Photon oder radioaktive Strahlung sein, in diesem Fall spricht man auch von einem Photomultiplier...

  • Selbstinduktion

    Die Induktion einer elektrischen Spannung in einem Leiter aufgrund der Änderung des von dem Leiter selbst hervorgerufenen Magnetfelds. Dieses Phänomen lässt sich besonders gut mit einer Spule untersuchen. In deren Inneren entsteht ein Magnetfeld, wenn ein Strom durch sie fließt. Ändert man den Strom, so ändert sich auch der magnetische Fluss \(\Phi\) durch den Spulenquerschnitt, was eine zusätzliche Spannung in der Schleife selbst induziert (daher der Name „Selbstinduktion“). Die Selbstinduktion spielt bei Ein- und Ausschaltvorgängen eine wesentliche Rolle. Wenn z. B. in einem Gleichstromkreis...

  • Sensor

    Ein Sensor (von lat. sensus „Sinn, Wahrnehmung“) ist allgemein ein elektronisches Bauelement, das mittels physikalischer, chemischer oder auch biologischer Effekte physikalische und chemische Größen (Beschleunigungen, Drücke, Konzentrationen etc.) misst und ein mit der Messgröße korreliertes elektrisches Signal erzeugt. Beispiele für physikalische Sensoren sind Piezoelemente, Thermoelemente oder Dehnungsmessstreifen. Sensoren können oft mit mikroskopischen Abmessungen und in großen Stückzahlen gefertigt werden und spielen daher in der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik eine große Rolle.

  • Serienschaltung

    Bei einer Serien-, Hintereinander- bzw. Reihenschaltung von elektrischen Bauteilen wird jeweils die Ausgangsklemme des vorgehenden Elements mit dem Eingang des folgenden verbunden. Stromstärke, Spannung, Widerstand, Kapazität und Induktivität verhalten sich jeweils entgegengesetzt wie bei einer Parallelschaltung: Alle in Serie geschalteten Elemente werden von dem gleichen Strom I durchflossen (Abb.), während sich die jeweils abfallenden Spannungen addieren: \(I = I_1 = I_2 = \ldots = I_n \\ U = U_1 + U_2 + \ldots + U_n\) Der Gesamtwiderstand ist die Summe aller Einzelwiderstände. Man sieht...

  • Sicherung

    Eine Sicherung ist ein selbsttätig wirkender Schalter, der einen Stromkreis bei Kurzschluss oder Überlastung unterbricht. Früher verwendete man im Haushalt häufig Schmelzsicherungen, bei denen ein dünner Draht mit definiertem Querschnitt oberhalb einer gewissen Stromstärke schmilzt, wodurch die Leitung unterbrochen wird. Dies hat den Nachteil, dass man sie nur einmal verwenden kann. Heutige Sicherungsautomaten (Leitungsschutzschalter) besitzen einen elektromagnetischen Auslöser und können viele Male eingesetzt werden. Ein Bimetallstreifen verzögert die Wirkung, um fälschliches Auslösen bei...

  • Siedeverzug

    Als Siedeverzug bezeichnet man die Erscheinung, dass eine Flüssigkeit weit über ihre Siedetemperatur erhitzt werden kann, ohne dass der Siedevorgang einsetzt. Man spricht sie dann eine überhitzte Flüssigkeit. Zum Siedeverzug kommt es, wenn in der Flüssigkeit oder an der Gefäßwand keine sog. Siedekeime vorhanden sind, das sind kleine Partikel, an deren Oberfläche sich winzige embryonale Gasbläschen bilden können. Je kleiner ein solches Bläschen ist, desto größer ist seine Krümmung und damit seine Oberflächenspannung; daher ist die Energie, die zur Bildung eines kleinen Bläschens –...

  • Skalare und Vektoren

    Physikalische Größen werden danach unterschieden, ob sie Skalare oder Vektoren sind. „Normale“ Größen wie Energie, Masse oder elektrische Ladung, die man zum Teil schon im Naturkundeunterricht in der Grundschule oder Unterstufe kennenlernt, sind Skalare, d. h., sie lassen sich mathematisch durch Angaben von (nur) einer Zahl darstellen. Es gibt aber auch sog. gerichtete Größen, zu denen neben einer zahlenmäßigen Angabe ihrer „Stärke“ auch noch eine Richtungsangabe gehört. Das einfachste Besipiel ist die Geschwindigkeit: Es kommt etwa bei der Fahrt in den Urlaub nicht nur darauf an, wie schnell...

  • Sonnen- und Mondfinsternisse

    In der Astronomie versteht man unter einer Finsternis die Bedeckung eines Himmelskörpers durch einen anderen: Bei einer Sonnenfinsternis steht der Mond so zwischen Sonne und Erde, dass auf einem 100–200 km breiten und einige Tausend Kilometer langen Streifen der Erdoberfläche die Sonne für einige Minuten nicht zu sehen ist (totale Sonnenfinsternis). In einem deutlich breiteren Streifen ist die Sonne teilweise abgedeckt (partielle Finsternis). Der Streifen ist, verglichen mit der Größe der Erde, so klein, weil der Mond am Himmel zufälligerweise fast genauso groß aussieht wie die Sonne (je nach...

  • Spannungsquelle

    Spannungsquelle ist eine gebräuchliche, aber nicht ganz korrekte Bezeichnung für ein Gerät, das zwischen zwei Punkten, den sog. Klemmen, eine elektrische Spannung bzw. Potenzialdifferenz aufrechterhält. Eine Spannungsquelle macht sich z. B. elektrochemische (galvanisches Element), elektromechanische (Generator), elektrothermische (Thermoelement) oder anderer physikalische Effekte (Fotozelle, Nuklidbatterie usw.) zunutze. Eine Spannungsquelle lässt sich durch eine Ersatzschaltung darstellen (Abb.), in der eine ideale, widerstandslose Urspannungsquelle mit der Quellenspannung UQ mit einem...

  • Spektrallinien

    Spektrallinien sind linienartige Struktur im Spektrum einer elektromagnetischen Strahlungsquelle. Setzt sich ein Spektrum nur aus solchen Linien zusammen, spricht man von einem Linienspektrum. Eine Spektrallinie entspricht immer einer diskreten Wellenlänge \(\lambda\) und Frequenz f und damit auch Energie der Strahlung. Man unterscheidet dunkle Absorptionslinien: eine bestimmte Frequenz wird durch Absorption aus einem einfallenden kontinuierlichen Spektrum entfernt und helle Emissionslinien: angeregte Atome oder Moleküle emittieren bei der Abregung eine bestimmte Frequenz, welche der...

  • Spektroskopie

    Die Spektroskopie ist ein oft eingesetztes Hilfsmittel in Physik und Chemie. Dabei wird aus dem Spektrum einer Größe auf die Zusammensetzung oder den Zustand einer Probe geschlossen. Am weitesten verbreitet ist die Untersuchung von elektromagnetischen Spektren, also der Zerlegung von elektromagnetischen Wellen in die enthaltenten einzelnen Wellenlängen bzw. Frequenzen. Je nach Spektralbereich spricht man z. B. von Infrarot-, optischer, UV-, Röntgen- und Gammaspektroskopie. Es gibt aber auch Ultraschallspektroskopie, Neutronenspektroskopie, Massenspektrometrie und andere Methoden. Ein Gerät...

  • Spektrum

    Ein Spektrum (von lat. spectrum „Erscheinung“) ist ganz allgemein eine Auftragung von Häufigkeiten oder Intensitäten in einer Menge von Objekten in Abhängigkeit von einer gemeinsamen Eigenschaft aller Objekte. Konkreter wird die übliche Definition: Die Häufigkeits- bzwl Intensitätsverteilung der Farben bzw. Wellenlängen, die in einem Gemisch von elektromagnetischen Wellen im sichtbaren Spektralbereich – auf Deutsch: Licht – enthalten sind. Ein natürlich entstehendes optisches Spektrum ist der Regenbogen. Künstlich kann man optische Spektren mit einem Prisma oder einem optischen Gitter erzeugen...

  • Spezielle Relativitätstheorie

    Die Spezielle Relativitätstheorie ist eine maßgeblich von Albert Einstein ausgearbeitete Erweiterung der Bewegungslehre der klassischen Mechanik auf Fälle, in denen sich der Beobachter bzw. dessen Bezugssystem sich mit einer Geschwindigkeit \(v\) am Geschehen vorbeibewegt, die vergleichbar mit der Lichtgeschwindigkeit c ist. Die aus dem Alltag vertrauten Bewegungsgesetze ergeben sich jeweils im Grenzfall \(v/c \rightarrow 0\). Dabei werden allerdings nur geradlinig-gleichmäßig bewegte Bezugssysteme betrachtet (sog. Inertialsysteme), der Fall beschleunigter Bezugssysteme wird in der Allgemeinen...

  • Spezifischer Widerstand

    Der spezifischer Widerstand – von lat. „species“ (Eigen-)Art – ist der auf die Querschnittsfläche A und die Länge l eines elektrischen Leiters bezogene elektrische Widerstand. Sein Formelzeichen ist \(\rho\), die SI-Einheit \(\Omega \text m\). Es gilt \(\rho = R \cdot \dfrac A l\) Bei zylindrischen homogenen Leitern mit homogenem Stromfluss ist \(\rho\) eine Materialkonstante, die allerdings beispielsweise von der Temperatur abhängen kann. Kupfer hat unter Normalbedingungen \(\rho = 1,55 \cdot 10^{-8} \Omega \text m\). Der Kehrwert des spezifischen Widerstands ist die elektrische Leitfähigkeit...

  • Spezifisches Gewicht

    Das spezifisches Gewicht (früher auch die Wichte) \(\gamma\) eines Körpers ist der Quotient aus seiner Gewichtskraft FG und seinem Volumen V: \(\gamma = \dfrac{F_\text G} V = \dfrac{m \cdot g} V \) (m: Masse des Körpers, g: Fallbeschleunigung). Heute charakterisiert man Körper in der Regel mit ihrer Dichte und nicht mit ihrem spezifischen Gewicht.

  • Spiegel

    Ein Spiegel ist ein optisches Bauteil, das auftreffendes Licht gemäß den Gesetzen der Reflexion zurückwirft. Man unterscheidet die folgenden Typen: Bei einem Planspiegel (ebener Spiegel) stehen die Einfallslote in allen Punkten der Oberfläche parallel. Ein Planspiegel liefert immer ein virtuelles Bild eines Gegenstands, alle von einem Punkt P ausgehenden Strahlen verlaufen nach der Reflexion so, als ob sie von einem Punkt \(P'\) hinter der Spiegelfläche ausgingen (Abb.). Gegenstand und Bild sind achsensymmetrisch zur Spiegelfläche und erscheinen gleich groß. Beim Spiegelbild sind damit vorne...

  • Spin

    Der Spin (von engl. to spin „(sich) drehen“) \(\vec S\) ist das quantenphysikalische Analagon des Eigendrehimpulses, also des Drehimpulses bezüglich der eigenen Körperachse. Es gibt allerdings wesentliche Unterschiede zwischen dem Spin und einem klassischen Drehimpuls: Auch punktförmig gedachte Teilchen wie das Elektron, die definitionsgemäß kein Trägheitsmoment haben, besitzen trotzdem einen Spin, Es gibt Teilchen, die erst nach zwei Spin-„Umdrehungen“ wieder ihren Ausgangszustand erreichen. Der Spin ist auch in der Quantenmechanik ein Vektor, besitzt also einen Betrag und eine räumliche...

  • Spule

    Eine Spule ist ein elektrisches Bauelement, bei dem ein langer dünner Leiter spiralförmig um einen meist zylindrischen Körper gewickelt wird. Spulen werden in vielen Bereichen eingesetzt, u. a. sind sie die Grundbausteine von Elektromagneten und Elektromotoren. Jeder fließende elektrische Strom induziert um den Leiter ein Magnetfeld. Bei einer kreisförmigen Leiterschlaufe verläuft das senkrecht durch die Kreismitte, daher ergibt sich bei den vielen hintereinanderliegenden Schlaufen einer Spule in deren Innerem ein annähernd homogenes Magnetfeld in Längsrichtung der Spule. Die magnetische...

  • Stark-Effekt

    Der Stark-Effekt (nach Johannes Stark) besteht in der Aufspaltung von Spektrallinien unter dem Einfluss eines elektrischen Felds. Die Stärke der Aufspaltung ist i. A. proportional zum Quadrat der Feldstärke. Der Stark-Effekt beruht ähnlich wie der – magnetische – Zeeman-Effekt darauf, dass bei Anwesenheit eines äußeren Felds zwei oder mehrere Elektronenzustände, die sonst bei der gleichen Energie und damit im Spektrum an derselben Stelle liegen, unterschiedlich mit dem Feld in Wechselwirkung treten. Dadurch liegen sie nun bei verschiedenen Energiewerten, sodass bei Übergängen auf diese Niveaus...

  • Starrer Körper

    Ein starrer Körper ist ein idealisierter Körper aus Massenpunkten, deren Abstände stets gleich bleiben. Er eignet sich in der Mechanik als Modell für alle Fälle, bei denen deformierende Wirkungen der angreifenden Kräfte (d. h. Verformungen) vernachlässigt werden können. Während ein Massenpunkt nur Translationen ausführen kann, kommen beim starren Körper noch Rotationsbewegungen hinzu.

  • Statistische Physik

    Die statistische Physik ist dasjenige Teilgebiet der modernen Physik, das makroskopische Eigenschaften der Materie wie z. B. Temperatur oder Entropie auf statistische Parameter von sehr großen Mengen von Atomen oder Molekülen zurückführt – ein Gramm Wasser z. B. enthält etwa ein sechzehntel Mol, d. h. knapp \(4 \cdot 10^{22}\) Wassermoleküle! In der zweiten Hälfte des 19. Jh. wurde zunächst die statistische Mechanik entwickelt (u. a. von James Clerk Maxwell und Ludwig Boltzmann). Heute gilt die Quantenstatistik als theoretische Grundlage der Thermodynamik; u. a. begründet sie die Hauptsätze...

  • Stehende Wellen

    Als stehende Welle bezeichnet man eine Welle, bei der sich die räumliche Lage der Schwingungs- bzw. Wellenbäuche und -knoten mit der Zeit nicht ändert, im Gegensatz zu einer fortschreitenden Welle. Eine stehende Welle transportiert, anders als eine fortschreitende, keine Energie. Sie entsteht, wenn sich zwei ebene harmonische Wellen (Sinuswellen) mit gleicher Frequenz und Amplitude, aber entgegengesetzter Ausbreitungsrichtung überlagern (Interferenz). Dies geschieht z. B. , wenn eine Welle an einem Hindernis reflektiert wird und sich einfallende und reflektierte Welle überlagern (Abb.). In...

  • Stern-Gerlach-Versuch

    Der erstmals 1921 durchgeführte Stern-Gerlach-Versuch (nach Otto Stern und Walther Gerlach) zeigt die Aufspaltung von atomaren Energieniveaus durch ein räumlich inhomogenes Magnetfeld. Dies beweist die Richtungsquantelung des Drehimpulses in der Quantenmechanik. Diese Aufspaltung tritt bei Elektronenzuständen auf, die über ein magnetisches Moment verfügen. Dies ist dann der Fall, wenn der aus Bahndrehimpuls und Spin zusammengesetzte Gesamtdrehimpuls des Elektrons in diesem Zustand nicht verschwindet. Der Drehimpulsvektor und damit auch das magnetische Moment des Hüllenelektrons kann sich...

  • Sterne

    Sterne sind Himmelskörper, in deren Innerem durch Kernfusion gewaltige Energiemengen freigesetzt werden, die unter anderem als elektromagnetische Wellen in den umgebenden Weltraum abgestrahlt werden. Außerdem senden Sterne einen Strom von hochenergetischen Teilchen (Sternen- bzw. Sonnenwind) und unzählige Neutrinos aus. Sterne lassen sich in guter Näherung als Schwarze Strahler beschreiben. Daher nimmt das Intensitätsmaximum ihrer Strahlung mit der Oberflächentemperatur zu. Bei der Sonne liegt es im grünen Bereich des sichtbaren Spektrums, kleine kühle Sterne strahlen rötlich, heiße...

  • Strahlenschutz

    Zum Strahlenschutz gehören die Erforschung und Durchführung von Maßnahmen zur Verhinderung von Strahlenschäden. Dabei ging es früher in erster Linie um Schäden durch ionisierende Strahlung, in den letzten zwei Jahrzehnten wurde auch niederenergetische Strahlung („Elektrosmog“) miteinbezogen. Man unterscheidet zwischen dem Strahlenschutz für Personen und dem für Material. Der Strahlenschutz muss besonders in der Kerntechnik, der Kern- und Hochenergiephysik, in der Radiochemie, der Nuklearmedizin sowie im Umgang mit Lasern beachtet werden. An erster Stelle steht immer eine hinreichende...

  • Strahlung

    Strahlung ist ganz allgemein die gerichtete räumliche und zeitliche Ausbreitung von Energie in Form von Wellen oder Teilchen. Beispiele für Wellenstrahlung (Wellen) sind Schall- und elektromagnetische Wellen, für Korpuskular- bzw. Teilchenstrahlung Alpha- oder Betastrahlen (Radioaktivität). Unter ionisierender Strahlung versteht man Strahlung, deren Energie ausreicht, um in bestrahltem Material oder Gewebe Elektronen aus Atomen oder Molekülen herauszulösen.

  • Strahlungsgesetze

    Die Strahlungsgesetze beschreiben die Emission von elektromagnetischer Wärmestrahlung durch einen im thermodynamischen Gleichgewicht stehenden Körper. Im Einzelnen zählen hierzu: Das 1859 von Gustav Kirchhoff aufgestellte Kirchhoff’sches Gesetz besagt, dass der Quotient von Emissionsvermögen E und Absorptionsvermögen A eines strahlenden Körpers nur von dessen (absoluter) Temperatur T und der Wellenlänge \(\lambda\) der von ihm emittierten Strahlung abhängt: \(\dfrac{ E(\lambda,t) }{ A(\lambda,t) } = f(\lambda,t)\) Für einen schwarzen Strahler gilt stets A = 1. Daher ist sein Emissionsvermögen...

  • Streuung

    Unter Streuung verseht man allgemein die teilweise Ablenkung eines Teilchen- bzw. Wellenstrahls in beliebige Richtungen durch Wechselwirkung mit Materie, z. B. die Streuung von Licht an Staubpartikeln oder Luftmolekülen oder von Neutronen an den Atomkernen eines Abschirmmaterials. Im weiteren Sinne lässt sich auch die Beugung als Streuung auffassen. Die Streuung erfolgt jeweils an einzelnen mikroskopischen Teilchen des streuenden Mediums, den sog. Streuzentren. Betrachtet man die Wechselwirkung eines einzelnen Strahlteilchens mit einem Zielteilchen, spricht man auch von Einzelstreuung; solche...

  • Strom- und Spannungsmessung

    Zur Strom- und Spannungsmessung bestimmt man die Stärke I des durch ihn fließenden elektrischen Stroms zwischen den Endpunkten eines Leiters mit Widerstand R bzw. die elektrische Spannung U zwischen diesen Punkten. Da Strom, Spannung und Widerstand über das Ohm’sche Gesetz \(U = R \cdot I\) verknüpft sind, kann man im Prinzip mit demselben Messgerät bei bekanntem R sowohl Strom als auch Spannung bestimmen. Dabei wird das Gerät für die Strommessung mit dem Widerstand in Reihe geschaltet; der Innenwiderstand Ri des dann Amperemeter genannten Messinstruments muss möglichst klein sein (kleiner...

  • Stromkreis

    Eine geschlossene Anordnung aus elektrischen Leitern, Schaltelementen (z. B. Lichtquelle, Kondensator oder Spule) und Spannungsquellen, durch die ein elektrischer Strom fließen kann. Je nach Art des Stroms unterscheidet man zwischen Gleichstrom- und Wechselstromkreisen. In letzteren zeigen viele Bauelemente frequenzabhängiges Verhalten. Insbesondere können sich in Wechselstromkreisen elektromagnetische Schwingungen ausbilden und als elektromagnetische Wellen abgestrahlt werden.

  • Superschwere Elemente

    Als superschwere Elemente bezeichnet man die schwersten Elemente des Periodensystems der Elemente, wobei die Defintion nicht ganz einheitlich ist: Entweder sind damit alle Elemente gemeint, die schwerer als Fermium sind und nicht durch Beschuss anderer Elemente mit Neutronen oder Alphateilchen erzeugt werden können (Transfermiumelemente), oder die Elemente jenseits der Aktinoiden (Transaktinoide) oder einfach die schwersten gerade herstellbaren Isotope. Die Synthese neuer superschwerer Elemente in Beschleunigerexperimenten ist nicht nur eine enorme technische Herausforderung und außerdem immer...

  • Supraleitung und Suprafluidität

    Supraleitung und Suprafluidität sind zwei Quanteneffekte, die bei tiefen bis extrem tiefen Temperaturen auftreten: Supraleitung bezeichnet das Verschwinden des elektrischen Widerstands unterhalb einer materialspezifischen Sprungtemperatur, die zwischen Bruchteilen von Kelvin über dem absoluten Nullpunkt und ca. –100 °C liegen kann. Dies kommt dadurch zustande, dass sich dann die Leitungselektronen zu sog. Cooper-Paaren (nach Leon Cooper) zusammenfinden. Diese Paare sind anders als einzelne Elektronen Bosonen und keine Fermionen und damit nicht dem Pauli-Prinzip unterworfen. Darum können sie...

  • Synchrotronstrahlung

    Als Synchrotronstrahlung bezeichnet man die Bremsstrahlung, welche geladene Teilchen in einem Teilchenbeschleuniger abgeben. Der Name kommt von dem Beschleunigertyp „Synchrotron“, mit dem erstmals so hohe Teilchenenergien erreicht wurden, dass diese Strahlung eine Rolle zu spielen begann. Oft wird Synchrotronstrahlung auch als Synonym für Bremsstrahlung allgemein benutzt. Bremsstrahlung wiederum sind ganz allgemein elektromagnetische Wellen, die emittiert werden, wenn bewegte elektrische Ladungen ihren Bewegungszustand ändern. Früher wurde Synchrotronstrahlung vor allem als unerwünschter...

  • Szintillationszähler

    Ein Szintillationszähler (von lat. scintillare „funkeln“) erfasst energiereiche Teilchen und Photonen (Gammaquanten) und misst gleichzeitig deren Energie. Kernstück der Apparatur ist ein sog. Szintillator oder Szintillationskristall (z. B. NaI, Anthracen oder ZnS), in dem eindringende Teilchen schwache Lichtblitze auslösen, die mit einem nachgeschalteten Sekundärelektronenvervielfacher (SEV) registriert werden. Der Aufbau eines S. gleicht daher dem eines SEV mit vorgeschaltetem Szintillator. Für die meisten Teilchenarten ist die Lichtausbeute proportional zum Energieverlust im Szintillator...