Normalkraft

Eine Kraft, die der Gewichtskraft entgegenwirkt, um zu verhindern, dass ein Körper bis zum Erdmittelpunkt fällt. Sie ist unabhängig von der Bewegung des Körpers und wird mit FN abgekürzt. Ursprung: geometrischer Mittelpunkt der Kontaktfläche Richtung: senkrecht zur Kontaktfläche Orientierung: nach oben Stärke: unbekannt - Eine von der Bewegung des Körpers abhängige Kraft, die mit der Reibung des Körper auf der Kontaktfläche zusammenhängt. Sie wird durch einen Kraftvektor FR modelliert und Hangabtriebskraft genannt. Ursprung: geometrisches Zentrum der Kontaktfläche Richtung: parallel zur Bewegung des Körpers Orientierung: mit der Bewegung Stärke: unbekannt Die aus diesen beiden Kräfte resultierende Kraft F wird als Gewichtskraft bezeichnet, so dass F = FN + FR Andere Kräfte: Antriebskraft, Windreibung Als signifikante Stellen bezeichnet man die Anzahl der Ziffern eines Ergebnisses, die durch Messung oder Berechnung tatsächlich zugänglich sind. Man zählt sie von links nach rechts, beginnend mit der ersten Zahl ungleich 0. Eine ionische Bindung ist ein elektrisch neutrales chemisches Gebilde, das durch die Verbindung einer sehr großen Anzahl von Anionen und Kationen gebildet wird. Gegeben sei eine Lösung mit einem Volumen gleich V Liter. Die Stoffmengenkonzentration einer chemischen Spezies in Lösung ist die Stoffmenge des gelösten Stoffes, die in einem Liter einer äquivalenten Lösung vorhanden wäre. Ihr Formelzeichen ist c, eine Einheit wird in mol pro Liter ausgedrückt. Gegeben sei eine Lösung mit dem Volumen V Liter und einer darin enthaltenen Stoffmenge n an gelöstem Stoff. Die Masse des gelösten Stoffes, die in einem Liter einer äquivalenten Lösung vorhanden wäre, wird als Massenkonzentration einer chemischen Spezies in Lösung bezeichnet. Sie wird mit β bezeichnet und in der Einheit g.L-1 ausgedrückt. Der Winkel, unter dem man ein Objekt vom eigenen Standort aus sehen kann, wird als scheinbare Größe eines Objekts bezeichnet. Sie wird gewöhnlich mit α bezeichnet. Als absoluten Fehler ∆x bezeichnet man den den Unterschied zwischen gemessenem Wert und dem exakten Wert. Bei x als Messgröße und xW als wahren Wert der Messgröße gilt dann: xW = x ± ∆x oder x - ∆X ≤ xW ≤ x + ∆x Als relativen Fehler rX, meistens in Prozent angegeben, versteht man das Verhältnis aus dem absoluten Fehler und der Messgröße.

Der Verdünnungsfaktor DF ist das ohne Einheit angegebene Verhältnis zwischen dem Endvolumen und dem Anfangsvolumen einer Lösung. Zwei physikalische Körper mit den Massen m1 und m2 üben wechselseitig eine Gravitationskraft FG aufeinander aus, so dass FG = G* (m1*s m2 / r2) gilt, wobei r der Abstand zwischen den Mittelpunkten der beiden Körper und G die Gravitationskonstante bezeichnet. Zusammenhang zwischen Gewicht und Gravitationskraft: - Die Gravitationskraft, die von der Erde auf einen sich auf ihrer Oberfläche befindenden Körper ausgeübt wird, ist nichts anderes als dessen Gewicht. - Da die Erde keine perfekte Kugel ist, hängt das Gewicht eines Körpers auf der Oberfläche vom Ort ab, an dem er sich befindet. - In erster Näherung kann man die Erde jedoch als kugelförmig betrachten, ohne dass die Werte dadurch allzu stark verändert werden würden. - Bei extrem unterschiedlichen Massen können kleine Massen und deren störende Gravitation vernachlässigt werde. Komplexe Strukturformeln wie die n zeigen die chemische Struktur eines Moleküls inklusive die freien Elektronenpaare an. Die Konstitutionsformel zeigt nur die chemischen Bindungen zwischen Atomen an. Ein Ion ist ein Atom oder Molekül, das mindestens ein Elektron mehr als Protonen oder umgekehrt hat. Der Kern bleibt intakt. Ein mehratomiges oder auch polyatomares Ion ist ein positiv oder negativ geladenes Teilchen, das aus mehreren Atomen zusammengesetzt ist.

Als Isomere werden Moleküle bezeichnet, die die gleiche Summenformel, aber unterschiedlicher chemischer Struktur und dadurch auch unterschiedlicher Valenzstrich-, Konstitutions- und Lewis-Formeln haben. Ein Isotop ist ein Atom mit der gleichen Anzahl an Protonen und Elektronen wie sein Gegenstück, aber mit einer anderen Anzahl an Neutronen. Licht ist die einzige Einheit im Universum, die eine Doppelnatur besitzt: - Es verhält sich einerseits wie Teilchen (Photonen) - Es hat andererseits einen Wellencharakter Monochromatisches Licht besteht nur aus einer Wellenlänge, also aus Strahlen der gleichen Farbe. Polychromatisches Licht enthält Bündel aus Strahlen unterschiedlicher Farben. Die molare Masse M eines bestimmten Stoffes gibt an, wie schwer ein Mol dieses Stoffes ist. Hierfür wird die Masse m des Stoffes durch seine Stoffmenge n geteilt. Das Ergebnis wird in Gramm pro Mol also g/mol ausgedrückt. - Die atomare Molmasse eines chemischen Elements entspricht der Masse eines Atommols desselben Elements unter Berücksichtigung von Isotopen und deren nuklearer Häufigkeit. - Da der Großteil der Masse eines Atoms in seinem Kern enthalten ist, ist die molare Masse eines Ions dieselbe wie die des ihm zugeordneten Atoms. - Die molekulare Molmasse ist die Masse eines Mols identischer Moleküle. Sie ergibt sich aus der Summe der atomaren Molmassen der Elemente, aus denen sich das Molekül zusammensetzt. Dasselbe gilt für ionische Bindungen und polyatomare Ionen.

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Los geht's

Mechanik: Die Studie von Bewegungen

Ein Tennisball in Nahaufnahme dreht sich um seine Achse. Welche Kräfte hier auf ihn wirken, wird im Fachgebiet der Bewegung untersucht.
Das Studieren von Bewegungen ist ein Teilgebiet der Mechanik, welches nicht nur dabei hilft, Phänomene zu verstehen, sondern auch sie vorherzusagen.

Ein physikalisches System ist ein Objekt, welches sich als Ganzes von seiner Umgebung abgrenzen lässt. Ein homogenes System ist ein System, das an allen Stellen stofflich gleich beschaffen ist. Ein isotropes System ist ein Medium, in dem die physikalischen Eigenschaften an jedem Punkt identisch sind, z. B. die Geschwindigkeit, mit der sich Licht ausbreiten kann. Ein transparentes System ist ein System, das das Licht, das es empfängt, an (fast) keinem Punkt absorbiert. THI-Systeme (Transparente homogene isotrope Systeme: Wasser, Luft, Glas) Ein Mol eines Stoffes besteht aus NA = 6,02214179(30)*1023 seiner Teilchen, auch bekannt als Avogadro-Zahl. Ein Mol ist die Stoffmenge n einer Gesamtmasse Xg. Ein Molekül ist ein elektrisch neutrales chemisches Gebilde, das durch die kovalente Bindung von mindestens zwei Atomen entsteht. Die Größenordnung einer beliebigen Länge ist die nächstliegende Zehnerpotenz ihres Wertes. Der Winkel zwischen zwei Geraden, die einen Zielpunkt und zwei von diesem Punkt verschiedene Beobachtungsorte verbinden, wird Parallaxe genannt und mit p bezeichnet. In der Astronomie entspricht die Parallaxe eines Sterns der Hälfte des Winkels, der entsteht, wenn man den Stern vom selben Ort auf der Erde aus im Abstand von 6 Monaten beobachtet. Parsec: Ein Parsec ist die Entfernung von der Erde zu einem Stern mit einer Parallaxe von 1 Bogensekunde Das Gewicht ist die Gravitationskraft, die vom Mittelpunkt der Erde auf einen Körper auf der Erdoberfläche ausgeübt wird. In der Praxis übt jeder physische Körper mit einer Masse ungleich Null eine anziehende Wirkung auf andere Körper aus. G: Ursprung: der Mittelpunkt des Körpers Richtung: vertikal Orientierung: zum Erdmittelpunkt Stärke: G = m*g wobei m die Masse des Systems und g die Stärke der Schwerkraft g = 9,8 N/kg ist

Trägheitsprinzip

In einem Inertialsystem verharrt ein kräftefreier Körper in Ruhe oder bewegt sich geradlinig-gleichförmig, wenn er mechanischen Einwirkungen ausgesetzt ist, deren Wirkungen sich gegenseitig ausgleichen.

  • Pauli-Prinzip: Eine Atomhülle mit der Hauptquantenzahl n enthält höchstens 2n2 Elektronen.
  • Aufbauprinzip: Atomhüllen werden von der dem Kern am nächsten liegenden Schale zu den am weitesten entfernten Schalen hin aufgefüllt. Eine Schale kann keine Elektronen aufnehmen, wenn die vorhergehende nicht gefüllt ist. Die letzte Schale, die Elektronen enthält, nennt man die äußere Schale eines Elements. Die Elektronen, die sie enthält, werden als Außenelektronen oder Valenzelektronen bezeichnet. Die anderen Schalen des Elements werden innere Schalen genannt und die Elektronen, die sie enthalten, werden als innere Elektronen bezeichnet. Möchte man die Elektronenstruktur eines Elements beschreiben, muss man die Anzahl der Elektronen angeben können, die in jeder Schale enthalten sind.

Die Stoffmenge n einer bestimmten Stoffprobe wird in NA = 6,02214179(30)*1023 identischen Einheiten angegeben. Man zählt hiermit also die Anzahl der Mole, die in der gegebenen Probe enthalten sind. n wird also in Anzahl der Mole mit dem Symbol mol ausgedrückt NA wird als Avogadro-Zahl bezeichnet und in Anzahl der Einheiten pro Mol ausgedrückt, also 6,02214179(30)*1023. Eine Strahlung wird wie folgt charakterisiert: - Durch die Farbe (ungenau) - Durch die Energie E, die der Energie der in der Strahlung enthaltenen Photonen entspricht. Sie wird in Joule mit dem Symbol J ausgedrückt - Durch die Wellenlänge mit der Bezeichnung λ, die gewissermaßen der Strecke entspricht, die die Photonen der Strahlung zurücklegen, um eine Schwingung auszuführen. Sie wird sehr häufig in μm oder im Fall von Licht in Nm ausgedrückt. Bezugssysteme unterscheidet man in: - einen Vergleichskörper, in Bezug auf den die Bewegung des Körpers untersucht werden soll - ein Raumbezugssystem, das direkt mit dem Vergleichskörper verbunden ist - einem Zeitbezugssystem oder einer Uhr, die es ermöglicht, die Position des Systems zu verschiedenen Zeitpunkten zu ermitteln.

  • Duett- und Oktettregel: Um chemische Stabilität zu erreichen, neigen Atome dazu, Elektronen zu gewinnen oder zu verlieren, um die Elektronenstruktur des ihnen am nächsten liegenden Edelgases zu erhalten.

Die Keilstrichformel ist eine Strukturformel, die das Molekül dreidimensional in Bezug auf die Elementenposition entlang eines Zentralatoms darstellt. Die Lewis-Formel oder Elektronenformel ist eine Strukturformel, in der die bindenden und freien Elektronenpaare durch Punkte dargestellt sind. Die Löslichkeit einer Spezies X in einem Lösungsmittel Y ist die maximale Masse (für die Massenlöslichkeit) oder Stoffmenge (für die molare Löslichkeit) des gelösten Stoffes, die in das Lösungsmittel eingebracht werden kann und sich dabei vollständig auflöst. Sie wird als s bezeichnet und in g/l oder mol/l ausgedrückt. Wenn bei einer gegebenen Lösung die Stoffkonzentration c > sX ist, kann sich nicht der gesamte gelöste Stoff auflösen. Man spricht dann von einer gesättigten Lösung. Wenn sX = 0 g/l, dann kann der gelöste Stoff nicht im Lösungsmittel gelöst werden. Eine Lösung entsteht, wenn eine feste, flüssige oder gasförmige chemische Spezies in einer Flüssigkeit aufgelöst wird. Die gelöste Spezies wird als gelöster Stoff bezeichnet, die Flüssigkeit, in der die Spezies gelöst ist, wird als Lösungsmittel bezeichnet und die Lösung ist das Ergebnis des Vorgangs. Wenn das Lösungsmittel Wasser ist, spricht man von einer wässrigen Lösung. Lösen bedeutet nicht schmelzen: Zucker schmilzt nicht in Wasser, sondern löst sich auf. Molekulare Lösungen: Moleküle werden im Lösungsmittel aufgelöst, diese Auflösung äußert sich mikroskopisch durch die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Molekülen des gelösten Stoffes und dem des Lösungsmittels. Ionenlösungen: Sie entstehen, wenn eine ionische Bindung in einem ionischen Lösungsmittel gelöst wird. Vor der Einführung des gelösten Stoffes sorgen die ionischen Bindungen für den Zusammenhalt des Kristalls. 3 Schritte der Auflösung: - Die ionischen Bindungen brechen auf und die Ionen im Kristall bleiben allein zurück - Elektrische Kräfte ziehen die Wassermoleküle zu den Ionen und umschließen sie. Man spricht dann von der Solvatisierung der Ionen. Die Ionen werden als hydratisiert bezeichnet. - Hydratisierte Ionen verteilen sich in der Lösung. Es liegt eine homogene Ionenlösung vor. Als Spektrum eines bestimmten Lichts bezeichnet man die Gesamtheit der Strahlungen, aus denen es sich zusammensetzt. Die Seilspannung ist die Kraft, die ein Körper auf einen Stab oder einen Faden, weich, steif oder elastisch ausübt. Sie wird durch einen Vektor modelliert mit T bezeichnet: Ursprung: Kontaktpunkt zwischen dem Faden und dem Körper Richtung: die des Fadens Orientierung: vom Kontaktpunkt zum Faden Stärke: unbekannt Die Durchschnittsgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich ein bewegliches Objekt im Durchschnitt auf einer Strecke mit der Länge ∆s und der Dauer ∆t bewegt hat. Die Momentangeschwindigkeit eines beweglichen Objekts ist die Geschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt t seiner Bewegung. Jedem Zeitpunkt der Bewegung kann man einen Wert für die Momentangeschwindigkeit zuordnen. Sie wird mithilfe eines Tachometers gemessen und mit v(t) bezeichnet. Jede Momentangeschwindigkeit kann durch einen Geschwindigkeitsvektor →v(t) dargestellt werden: Ursprung: Position des Körpers zum Zeitpunkt t Richtung: Tangential zur Bahnkurve Orientierung : Diejenige der Bewegung Länge: Proportional zum Wert der momentanen Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t Das molare Volumen eines Gases entspricht dem Volumen, das von einem Mol der Einheiten eingenommen wird, die das Gas bilden. Das von einem Mol Gas eingenommene Volumen, d. h. das molare Volumen, hängt nicht von der Art des Gases ab, sondern lediglich von den Temperatur- und Druckbedingungen des Gases.

Thermodynamik

Der erste und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik am relevantesten, aber trotzdem lohnt es sich, auch die beiden anderen zu kennen.

Ein symbolischer Querschnitt von zwei tektonischen Platten. Durch die Thermodynamik lässt sich untersuchen, wie sich die Energie hier verhält.
Die Bewegung von tektonischen Platten lässt sich auch auf thermodynamische Gründe zurückführen. So sorgen Temperaturveränderungen davor, dass die Platten sich verschieben.

Der nullte Hauptsatz der Thermodynamik

Dieser Hauptsatz beschreibt das Gesetz des thermischen Gleichgewichts. Dieses ist die Grundlage der Thermodynamik und lautet: Es steht das System A mit dem System B in thermischem Gleichgewicht. Das System B steht auch mit System C im thermischen Gleichgewicht. Daraus folgt, daß auch die beiden Systeme A und C miteinander im thermischen Gleichgewicht stehen müssen.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik

Auch als Energieerhaltungssatz bezeichnet, besagt dieser Hauptsatz, dass Energie immer erhalten bleibt und nicht verloren gehen kann. Anders formuliert bedeutet dies, dass die Gesamtenergie eines isolierten Systems konstant bleibt. Ereignisse innerhalb des isolierten Systems führen also nur zu Umwandlungen von bestimmten Energieformen in andere Energieformen. Da Energie nicht aus dem Nichts erzeugt werden kann, ist sie in der Natur in unveränderlicher Menge vorhanden. Sie kann daher nur von einem System auf ein anderes übertragen werden: Energie wird nicht geschaffen, sondern umgewandelt.

Da bis heute keine Ausnahme für dieses Gesetz gefunden wurde, gilt es als allgemeines Gesetz aller physikalischen Theorien, insbesondere in der Mechanik, dem Elektromagnetismus und der Kernphysik, wenngleich die Erkenntnisse der Untersuchung radioaktiven Zerfalls kurzzeitig Zweifel an dieser Allgemeingültigkeit aufkommen ließen.

Seit dem Noether-Theorem wissen wir außerdem, dass die Energieerhaltung eng mit der Homogenität der Zeit verbunden ist.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik stimmt mit dem von Lavoisier populär gemachten Massenerhaltungssatz ein, wonach sich die Gesamtmasse der bei einer chemischen Reaktion beteiligten Stoffe nicht verändert.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik

Auch als Entropiesatz bezeichnet, beschreibt dieses Prinzip, in welche Richtung Prozesse ablaufen. So kann Wärme nicht von selbst von einem Körper niedriger Temperatur auf einen Körper höherer Temperatur übergehen.

Dieser Hauptsatz führt auch den Begriff der Irreversibilität einer Umwandlung und eben den Begriff der Entropie ein. Hiernach nimmt die Entropie eines isolierten Systems zu oder bleibt konstant. Oft wird sie als Maß für Unordnung und als Unmöglichkeit des Übergangs von Unordnung zu Ordnung ohne äußere Einwirkung interpretiert.

Die Richtung thermodynamischer Prozesse hat übrigens nichts mit dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik zu tun. Es könnte beispielsweise Energie in die umgekehrte Richtung laufen, also von einem kalten zu einem warmen Körper, ohne dass sie dabei verloren gehen würde. Der zweite Hauptsatz beschäftigt sich also vielmehr mit dem Anfangszustand eines Systems und den darauf ausgeübten Zwang.

Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik

Der dritte Hauptsatz ist als Nernstsches Wärmetheorem bekannt und besagt, dass kein geschlossenes System nicht bis zum absoluten Nullpunkt, also 0 auf Kelvin, abgekühlt werden kann. An diesem Nullpunkt könnten die Teilchen des Systems nicht mehr schwingen, ihre Entropie wäre also gleich Null. In der Realität nähert sich die Entropie eines gekühlten Systems jedoch nur gegen Null an, erreicht sie jedoch nie. In der klassischen Thermodynamik werden auf Basis dieses Hauptsatzes die molare Entropie S eines reinen Körpers berechnet und thermodynamische Datentabellen erstellt.

Oszillatoren

Oszillatorschaltung

Eine Oszillatorschaltung ist ein elektrischer Oszillator, also ein schwingungsfähiges System, dessen Aufgabe es ist, eine sinusförmige Wechselspannung zu erzeigen. Ein elektischer Oszillator besitzt außerdem Bauteile, die seine Frequenz bestimmen. Eine wichtige Art von Oszillatoren ist der harmonische Oszillator.

In einem Keyboard sind einige elektronische Teile verbaut, darunter auch Oszillatoren.
Oszillatoren finden unter anderem Verwendung bei Musikinstrumenten.

Harmonischer Oszillator

Ein Oszillator, der ein sinusförmiges Signal erzeugen kann, wird als harmonischer Oszillator bezeichnet. Es gibt viele verschiedene Anordnungen, mit denen man einen harmonischen Oszillator bauen kann. Zu den harmonischen Oszillatoren zählen unter anderem:

  • Die Colpitts-Schaltung
  • Die Clapp-Schaltung
  • Der Phasenschieber
  • Die Pierce-Schaltung
  • Die Hartley-Schaltung
  • Der Kippschwinger

Harmonische Oszillatoren werden als ideale Oszillatoren bezeichnet. Man kann ihre zeitliche Entwicklung mit einer Sinusfunktion beschreiben, deren Frequenz nur von den Eigenschaften des Systems abhängt und deren Amplitude konstant ist. Der Vorteil dieses Modells besteht darin, dass es die zeitliche Veränderung eines beliebigen physikalischen Systems in der Nähe einer sogenannten stabilen Gleichgewichtslage beschreiben kann. Daher kann man sagen, dass es sich um ein Universalwerkzeug handelt, das in vielen Bereichen wie Mechanik, Elektrizität, Elektronik und Optik verwendet wird.

In der Realität nähern sich die meisten Oszillatoren nur selten diesem Ideal an, wenn etwa wenn nur kleine Auslenkungen aus der Ruhelage betrachtet werden. Wenn man in diesem Fall eine konstante Amplitude beibehalten möchte, muss man die Schwingungen aufrechterhalten, indem man dem System Energie zuführt.

Die Colpitts-Schaltung

Dieser Oszillator wurde von Edwin H. Colpitts erfunden und ist eine von vielen möglichen Konfigurationen eines elektronischen Oszillators. Vor allem seine einfache Einrichtung, aber auch seine Robustheit stellen seine Hauptvorteile dar.

Übrigens ist der Colpitts-Oszillator gut mit dem Hartley-Oszillator vergleichbar ist. Bei einem Colpitts-Oszillator wird die Schwingungsfrequenz durch zwei Kondensatoren und eine Induktivität bestimmt, während beim Hartley-Oszillator die Frequenz durch zwei Induktivitäten und einen Kondensator bestimmt wird.

Edwin Henry Colpitts

Edwin Henry Colpitts galt als Pionier der Kommunikation, ist mittlerweile vor allem für seine Erfindung des Colpitts-Oszillators bekannt. Als Leiter der Forschungsabteilung bei der Western Electric Company in den frühen 1900er Jahren erzielten die Wissenschaftler unter seiner Leitung und er selbst bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung von Gegentakt-Vakuumröhren-Oszillatoren und -Verstärkern. Im Jahre 1915 demonstrierte er mit seinem Team erfolgreich das erste transatlantische Funktelefon. Colpitts starb 1949 in seinem Haus in Orange, New Jersey, USA, sein Leichnam wurde in Point de Bute, New Brunswick, Kanada, beigesetzt.

Die Clapp-Schaltung

Dieser Oszillator wurde im Jahr 1948 von James K. Clapp entwickelt und ist eine weitere mögliche Konfiguration eines elektronischen Oszillators.

Er zeichnet sich dadurch aus, dass er extrem gut für hohe Frequenzen geeignet ist, selbst bei mehreren GHz, da die eigentlichen Fähigkeiten des aktiven Bauteils nicht in die funktionalen Fähigkeiten eingebaut werden können.

Die Clapp-Schaltung wird außerdem dafür verwendet, um Quarze im Oberton, d. h. zwischen 30 MHz und 150 MHz, schwingen zu lassen. Dazu muss der Quarz zwischen dem Emitter des Transistors und dem gemeinsamen Punkt der beiden Kondensatoren angeordnet werden.

James Kilton Clapp

James Kilton Clapp war ein US-amerikanischer Elektroingenieur, der für die General Radio Corporation arbeitete. Er schloss 1923 sein Studium am Massachusetts Institute of Technology ab und erhielt dort 1926 seinen Masterabschluss. In der Folge lehrte er am MIT und ging 1928 zur General Radio Corporation, wo er bis zu seiner Pensionierung im Jahr 1957 blieb. Er wurde 1928 Mitglied des Institute of Radio Engineers und 1933 zum "Fellow" ernannt.

Viele von Clapps Erfindungen bildeten die Grundlage für die Produkte von General Radio. Beispielsweise erfand der Wissenschaftler 1930 ein Frequenznormal für Quarzoszillatoren und patentierte einen Ofen zur Temperaturkontrolle für Quarzoszillatoren. Am bekanntesten jedoch ist Clapps Name im Bereich der Elektronik, vor allem für seine Entwicklung einer verbesserten Form des Colpitts-Oszillators im Jahr 1948, die als Clapp-Schaltung bekannt ist.

Der Phasenschieber

Als Phasenschieber bezeichnet man eine elektronischen Schaltung, die die Phase einer elektrischen Schwingung verschiebt. Hierfür besteht dieser Oszillator aus einer invertierenden Verstärkerstufe (die bei den hier vorliegenden sinusförmigen Signalen wie eine Phasenverschiebung von 180° wirkt) mit einem Transistor und einem RC-Netzwerk mit phasenverschiebender Wirkung im Rückkopplungszweig. Um das Stabilitätskriterium von Barkhausen zu erfüllen, muss die Phasenverschiebung der Rückkopplungsschleife bei einer Schleifenverstärkung von 1 ein ganzzahliges Vielfaches von 360° betragen.

Die Pierce-Schaltung

Die von George Washington Pierce erfundene Pierce-Schaltung ist eine weitere Abwandlung der Colpitts-Schaltung, die in der Digitaltechnik häufig als Quarzoszillator verwendet wird.

Er eignet sich nämlich als Quarzoszillator in der Grundfrequenz, da hier keine Drossel benötigt wird. Die Kapazität C1, mit der die Frequenz genau eingestellt werden kann, beträgt ungefähr ein Drittel der Kapazität C2.

George Washington Pierce

George Washington Pierce était un physicien américain mas aussi professeur de physique à l'Université Harvard et inventeur dans le développement des télécommunications électroniques.

Fils d'un éleveur de bétail du Texas, il s'est distingué à l'école de Taylor et à l'Université du Texas avant de commencer sa relation durable avec Harvard en 1898. Il a écrit trois textes novateurs, dont plusieurs articles savants, et s'est vu attribuer 53 brevets. Le plus remarquable est le circuit oscillateur à quartz à un étage, qui est devenu la pierre de touche de l'art de la communication électronique. Süsskind dit qu'il était "un individu extrêmement chaleureux et drôle, très vénéré par ses étudiants."

Die Hartley-Schaltung

Dieser Oszillator wurde von Ralph Hartley erfunden und ist eine weitere mögliche Konfigurationen eines elektronischen Oszillators. Im Vergleich zu den behandelten Variationen wird der Hartley-Oszillator eher selten verwendet, da er einen Parallelschwingkreis aus einem Kondensator und zwei getrennten Induktivitäten erfordert und daher im Gebrauch viel teurer ist als etwa der Colpitts-Oszillator.

Ralph Hartley

Ralph Vinton Lyon Hartley war ein Forscher im Bereich der Elektronik. Er ist einerseits bekannt für seine eigene Oszillator-Variation, der Hartley-Schaltung, sowie andererseits für eine als Hartley-Transformation bekannte lineare Integraltransformation. Außerdem leistete er einen wichtigen Beitrag zur Begründung der Informationstheorie.

Der Kippschwinger

Als Kippschwinger bezeichnet man einen Oszillator, der ein Signal erzeugt, das keine Sinusform aufweist. Stattdessen wird hier ein Energiespeicher durchgehend und periodisch geladen und entladen, wodurch eine Kippschwingung erzeugt wird.

Diese auch Sägezahnschwingungen genannten Kippschwingungen basieren auf einer kontinuierlichen Erhöhung und anschließenden Lockerung der Spannung. Wenn die Spannung zu groß wird, gibt der Widerstand des Schaltkreises plötzlich nach, um einen Teil der angesammelten Energie freizusetzen. Danach steigt die Spannung wieder an, bis sie erneut nachgibt, und so weiter. Dieses Schema lässt sich mit einem Wasserstrahl veranschaulichen, der einen Behälter füllt, der auf einer horizontalen Achse befestigt ist. Wenn der Behälter also voll ist, wird das Gleichgewicht instabil, der Behälter leert sich und kehrt dann an seinen ursprünglichen Platz zurück.

Ein häufig verwendetes Beispiel zur Veranschaulichung dieser Schwingungen ist das sogenannte Pythagoreische Becher. Dieses Trinkgefäß nutzt das Saugheberprinzip, um bei ständiger Wasserzufuhr und den dadurch erhöhten Wasserdruck ab einem gewissen Punkt den Wasserspiegel auf Null zu bringen.

Radioaktivität

Betastrahlung

Betastrahlung ist eine Art der Strahlung, die bei radioaktivem Zerfall auftritt und bei der ein Betateilchen (Elektron oder Positron) emittiert wird. Man spricht von Beta+ Strahlung, wenn ein Positron emittiert wird, und von Beta- Strahlung, wenn ein Elektron emittiert wird.

Eine Karikatur einer Forscherin, die eine radioaktive Substanz hält. Dabei ist Radioaktivität nicht ohne Risiken.
Radioaktive Substanzen können sehr gefährlich sein. So sind sie für Mutationen im Genom verantwortlich, welche tödlich enden können.

Alphastrahlung

Alphastrahlung ist eine Strahlung, die durch einen Alpha-Zerfall verursacht wird. Dabei handelt es sich um einen radioaktiven Zerfall, bei dem der zerfallende Atomkern (Mutterkern) einen Helium-4-Atomkern aussendet, der in diesem Fall Alphateilchen genannt wird, und dadurch zum Tochterkern wird. Der α-Zerfall tritt nur in Nukliden mit hoher Massenzahl auf.

Gamma-Strahlung

Gamma-Strahlung ist eine Strahlung, die durch einen Gamma-Zerfall verursacht wird. Meistens kommen Gamma-Zerfälle in Verbindung mit Alpha- oder Beta-Zerfällen vor. Wenn der Kern Alpha- oder Betastrahlen aussendet, wird er angeregt. Bei der Emission von elektromagnetischer Gammastrahlung kann der Kern wieder in einen stabileren Zustand zurückfallen.

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