Inhalt
1. Einheiten und Größen
1.1 Einführung
Die Physik ist eine exakte Wissenschaft, die versucht die Welt und die Vorgänge in der Welt zu beschreiben. Dafür werden Daten durch Messungen genommen. Bevor man allerdings Messungen vornehmen kann, muss man zwei Dinge festlegen. Erstens muss man wissen, was man mit welchen Instrumenten misst. Es gibt unterschiedliche Größen die gemessen werden. Längen misst man mit einem Lineal, Zeit mit einer Stopuhr, Volumen mit einem Messbecher. Zweitens muss man die Größen in gleichmäßige Abstände unterteilen. Diese Unterteilung nennt man Einheiten. Längeneinheiten sind Meter, Kilometer, Zentimeter usw. Zeiteinheiten sind Sekunden, Stunde, Jahre usw. Einheiten für das Volumen sind Liter, Kubikdezimeter, Kubikmeter usw.
1.2 Basiseinheiten und Basisgrößen
Die Physik hat ein einheitliches System für Größen und Einheiten definiert, das weltweit von den meisten Wissenschaftlern verwendet wird. Es sind die SI-Einheiten. Insgesamt gibt es sieben SI-Einheiten, die man auch Basiseinheiten nennt (siehe Tabelle).
| Basisgröße | Basiseinheit | Abkürzung |
|---|---|---|
| Länge | Meter | m |
| Masse | Kilogramm | kg |
| Zeit | Sekunden | s |
| Temperatur | ||
| Stromstärke | A | |
| Lichtstärke | Candela | |
| Mol | mol |
Abgeleitete Größen
Alle anderen Größen lassen sich von den SI-Basisgrößen ableiten. Sowohl Fläche als auch Raum leiten sich von Längen ab.
 |
Größe...Länge Zusammensetzung...Länge Einheit...Meter Abkürzung...m |
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Fläche LängexLänge MeterxMeter m2 |
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Raum LängexLängexLänge MeterxMeterxMeter m3 |
2. Modelle
Ein Modell ist eine Vereinfachung der Welt. Physiker verwenden Modelle, um etwas sehr Kompliziertes einfacher zu machen. Dann können sie leichter Erklärungen für das Komplizierte finden. Beim Vereinfachen werden nur die wichtigsten Informationen beachtet und alle unwichtigen Informationen werden weggelassen. Ansonsten würden Physiker den Wald vor lauter Bäumen nicht finden.
Ein Modell, das Physiker verwenden, ist das Teilchenmodell, aber das besprechen wir später.
Alltagsbeispiele für Modelle
- Stadtplan: Es ist egal, wie die Häuser genau aussehen. Wichtig sind deren Lage, die Straßennamen und wichtige Orte.
- Skizzen z.B. bei der Dreieckskonstruktion. Seitenlängen und Winkelgrößen sind egal. Wichtig ist die dreieckige Form.
- Einkaufslisten: Es ist egal, wie viele Kunden im Geschäft sind oder ob man mit Bargeld zahlt. Wichtig ist, was eingekauft werden soll.
- Mathematische Formeln z.B. für den Umfang des Quadrats u=4a. Es ist egal wie lange a ist, denn der Umfang ist immer das Vierfache.
3. Das Teilchenmodell
Das Teilchenmodell ist eine großartige Leistung von Physikern. Damit versuchen sie nicht weniger als die gesamte uns umgebende Welt zu vereinfachen. Dafür wird die gesamte Welt auf Teilchen reduziert, um uns Physikern das Erklären der Welt einfacher zu machen. Damit das gelingen kann, wurden für Teilchen bestimmte Eigenschaften festgelegt.
- Materie besteht aus Teilchen.
- Teilchen sind winzig klein.
- Teilchen sind ständig in Bewegung.
- Teilchen ziehen sich gegenseitig an.
- Zwischen den Teilchen ist nichts!
- Teilchen haben Masse.
3.1 Aggregatzustände
Wenn wir Wasser betrachten, dann kann es zu Eis erstarren oder im erhitzten Kochtopf verdampfen. Die verschiedenen Formen die Wasser einnehmen kann, nennt man Aggregatzustände. Es gibt insgesamt drei Aggregatzustände, nämlich fest, flüssig oder gasförmig. (Es gibt noch Spezialfälle wie z.B. Plasma, aber die sind im Moment unwichtig.) Ob Wasser zu Eis oder zum gasförmigen Wasserdampf wird, hängt von der Temperatur ab. Bei 0 °C gefriert Wasser zu Eis. Bei 100 °C verdampft Wasser zu Wasserdampf. 0 °C ist der Schmelz- oder Erstarrungspunkt von Wasser. 100°C ist der Siedepunkt von Wasser.
Die Zustandsänderungen haben verschiedene Namen. Ändert sich der Zustand von einem Feststoff zu einer Flüssigkeit, dann schmilzt der Feststoff. Ändert sich jedoch der Zustand von einer Flüssigkeit zu einem Feststoff, dann erstarrt die Flüssigkeit. Somit hat jede Zustandsänderung ihren Namen. Stoffe können schmelzen, erstarren, kondensieren, verdampfen, sublimieren und resublimieren. Der Wasserdampf in der Dusche kondensiert am Badezimmerspiegel zu Wasser. Sublimieren und Resublimieren kennt man aus dem Alltag eher nicht, daher empfiehlt es sich die verlinkten Videos zum Sublimieren (YouTube in Englisch) und Resublimieren (YouTube) anzusehen.
3.2 Aggregatzustände erklärt mit dem Teilchenmodell
Die Aggregatzustände hängen von der Temperatur ab, aber warum dann ein Stoff fest, flüssig oder gasförmig ist, ist damit noch nicht erklärt. Das Teilchenmodell bietet sich an, um eine Erklärung für die Festigkeit von Feststoffen oder die Verformbarkeit von Flüssigkeiten zu liefern. In der obigen Grafik hast du schon die ersten Hinweise, wenn du dir die Teilchen von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen ansiehst und miteinander vergleichst. Auf dieser Seite findest du mehr Informationen http://w3.restena.lu/ddnuc/COURS/3/330m.htm (Das ist eine Webseite eine Lehrerteams aus Luxemburg: dem DDNUC [DOCUMENTATION CENTER FOR DIDACTIC AND NEW TEACHING METHODS IN CHEMISTRY]).