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  • Zählrohr

    Ein Zählrohr ist ein Nachweisgerät für ionisierende Strahlung bzw. Teilchen. Grundsätzlich besteht ein Zählrohr aus einer zylindrischen Ionisationskammer, in deren Achse ein isolierter dünner Draht verläuft und die mit einem Gas niedrigen Drucks gefüllt ist. Zwischen Draht und Zylinderwand liegt eine Hochspannung von einigen kV an; dabei ist der Draht i. A. als Anode und die Wand als Kathode geschaltet. Die Spannung ist gerade so groß, dass keine selbstständige Gasentladung auftritt. Wenn ein ionisierendes Teilchen oder Photon in das Z. eintritt, ionisiert es die Gasatome bzw. -moleküle und es...

  • Zeeman-Effekt

    Die 1896 von Pieter Zeeman entdeckte Aufspaltung von Spektrallinien, die auftritt, wenn Atome in ein Magnetfeld gebracht werden. Grund der Aufspaltung ist die Tatsache, dass unterschiedliche Drehimpulszustände der Elektronen im äußeren Magnetfeld unterschiedliche Energien haben. Daher lässt sich mithilfe des Zeeman-Effekts der Zusammenhang zwischen den Drehimpulsquantenzahlen (Bahndrehimpuls und Spin) und dem magnetischen Moment eines Atoms untersuchen. Eine analoge Aufspaltung tritt in elektrischen Feldern auf, hier spricht man vom Stark-Effekt.

  • Zeit

    Die Zeit ist möglicherweise die am schwersten zu definierende physikalische Größe. Man könnte sie als die nicht umkehrbare Abfolge von Geschehnissen beschreiben, wodurch diese in Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft werden. Die SI-Einheit der Zeit ist die Sekunde. In der Relativitätstheorie ist die Zeit Teil der vierdimensionalen Raumzeit; dennoch unterscheidet sie sich von den drei räumlichen Dimensionen in vielerlei Hinsicht. So erhalten die Raumkoordinaten bei allen Koordinatentransformationen immer ein anderes Vorzeichen als die Zeitkoordinate. Die Unumkehrbarkeit der Zeit wird unter...

  • Zeitdilatation

    Als Zeitdilatation bezeichnet man in der Speziellen Relativitätstheorie die Tatsache, dass Uhren, die sich relativ zum Beobachter (d. h. zum gerade gewählten Bezugssystem) mit hinreichend großer Geschwindigkeit \(v\) bewegen, aus Sicht dieses Bezugssystems langsamer gehen als in ihrem eigenen Ruhesystem, kurz: „bewegte Uhren gehen langsamer“. Mit der Lichtgeschwindigkeit c gilt für die Zeitspanne T, welche ein Vorgang im sich bewegenden Bezugssystem braucht, und die Zeitspanne T0, die er in seinem Ruhesystem dauert: \(T = \beta \cdot T_0; \quad \beta = \dfrac 1 {\sqrt{1-v^2/c^2} }\) Achtung...

  • Zeitmessung

    Zum Messen von Zeitspannen wurden bis ins 20. Jh. hinein im Wesentlichen natürliche (Wasseruhr, Sanduhr, Sonnenuhr) oder mechanische (Pendel, Federschwingung) periodische Vorgänge benutzt. Bei bekannter Schwingungsperiode braucht man im Prinzip einfach nur die Zahl der Perioden zu zählen. Die Schwierigkeit besteht dabei weniger darin, die Periode eines Uhrpendels oder einer Sanduhr zu kennen, sondern vor allem darin, sie zuverlässig und permanent konstant zu halten (Pendelhalterung leiert aus, Sanduhr verliert Sand oder der Sand wird wegen eindringender Luftfeuchte langsam feucht). Moderne...

  • Zentralkraft und Zentralbewegung

    Eine Zentralbewegung (von lat. centrum „Mitte“) ist eine Bewegung, die ein Massenpunkt oder Körper um einen Raumpunkt (das Bewegungszentrum) ausführt, wobei er unter dem Einfluss einer auf diesen Punkt gerichteten Kraft steht, die man Zentralkraft nennt. Beispiele für Zentralkräfte sind die Massenanziehung eines großen Planeten oder Sterns oder die Coulomb-Kraft, die jeweils nur vom Abstand zum Zentrum abhängen und immer nach innen oder (bei gleichnamigen elektrischen Ladungen) nach außen gerichtet sind. Die Bewegung der Planeten kann man in guter Näherung als Zentralbewegung um die Sonne...

  • Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft (Fliehkraft)

    Die Zentripetalkraft (von lat. petere „nach etwas streben“) ist diejenige Kraft, die bei einer Kreisbewegung den bewegten Körper auf seiner gekrümmten Bahn hält – ohne Einwirkung einer Kraft bewegt sich jeder Körper geradeaus oder gar nicht! Bei einer gleichförmigen Kreisbewegung ist die Zentripetalkraft immer auf den Kreismittelpunkt gerichtet, ihr Betrag ist \(F_\text p = m \cdot \omega^2 \cdot r = \dfrac{mv^2} r\) (m: Masse des bewegten Objekts, \(\omega = v/r\): Winkelgeschwindigkeit, r: Radius des Kreises, \(v\): Betrag der Bahngeschwindigkeit des Objekts). Vom Standpunkt eines...

  • Zerfallsreihen

    Eine Zerfallsreihe ergibt sich, wenn man der nach einem radioaktiven Zerfall entstehende Atomkern ebenfalls radioaktiv ist und weiter zerfällt – verfolgt man diesen Prozess, bis ein stabiler Kern erreicht wird, spricht man von einer Zerfallsreihe. In der Natur kommen bei den schweren Elementen heute drei verschiedene Zerfallsreihen vor, die von den Uranisotopen 238U und 235U sowie vom Thoriumisotop 232Th ausgehen (die Abb. zeigt die beiden U-Zerfallsreihen). Sie enden stets bei einem stabilen Bleiisotop. Innerhalb einer Zerfallsreihe können sowohl Alpha- als auch Betazerfälle stattfinden...

  • Zustandsgrößen

    Zustandsgrößen (thermische Zustandsgrößen) beschreiben in der Wärmelehre den Zustand eines thermodynamischen Systems. Man unterscheidet: Extensive Zustandsgrößen wie innere Energie, Volumen, Entropie und Teilchenzahl bzw. Stoffmenge ändern sich, wenn die Größe des Systems verändert wird – die doppelte Menge Flüssigkeit braucht in der Regel das doppelte Volumen. Intensive Zustandsgrößen wie Druck oder Temperatur können nicht einfach addiert werden – die doppelte Flüssigkeitsmenge ist nicht doppelt so warm, sondern möglicherweise genauso warm. Die Abhängigkeit der sog. Zustandsfunktionen Energie...

  • Zwillingsparadoxon

    Das Zwillingsparadoxon beschreibt eine scheinbar paradoxe Konsequenz der Speziellen Relativitätstheorie, genauer gesagt der relativistischen Zeitdilatation. In diesem Gedankenexperiment ist einer einer von zwei Zwillingen Astronaut und reist mit so hoher Geschwindigkeit durch das All, dass er bei seiner Rückkehr nur halb so alt wie sein Bruder ist. Dies ist zunächst nur für diejenigen paradox, die denken, dass die Zeit unabhängig vom Bewegungszustand immer gleich vergeht, was ja nach den Erkenntnissen der Relativitätstheorie nicht der Fall ist. Tatsächlich paradox dagegen ist, dass aus Sicht...