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physikanfänger98
Anmeldungsdatum: 09.06.2018
Beiträge: 9
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 physikanfänger98 Verfasst am: 17. Jul 2018 15:08 Titel: Physikbuch, das den behandelten Stoff komplett herleitet |
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Hallo, ich habe nun Experimentalphysik I abgeschlossen. Benutzt habe ich den Halliday-Physik (der wurde auch vom Prof empfohlen und die Vorlesung hat sich nach diesem Buch gerichtet).
Mein Problem ist, dass, auch wenn ich das Buch an sich für wirklich gelungen halte und ich viel daraus gelernt habe, in diesem nicht alles streng hergeleitet wird. Ich WILL nicht einfach irgendetwas als gegeben hinnehmen, ich will es auch komplett verstehen, ich studiere Physik nicht, um dann bloß einen Schein zu erwerben ...
Oft werden Größen einfach nur eingeführt durch Sätze wie "experimentell findet man", ohne dass das Experiment überhaupt beschrieben wird.
Mathematische "Beweise", wenn man sie so nennen weill, werden zwar oft durchgeführt, aber auch hier sind schon Sätze gefallen wie "Im Rahmen dieses Buches bleibt für diesen Beweis leider keine Zeit".
In Analysis Büchern z.B. hat man die Axiome, aus denen dann wirklich alles logisch hergeleitet wird.
Mir ist klar, dass Physik nicht wie Mathematik funktioniert und man so nicht vorgehen kann, aber ich hoffe ihr versteht, was ich meine.
Wie sieht es denn z.B. mit dem Bergmann-Schäfer aus? Der soll jan nun wirklich die umfassendste Darstellung der Experimentalphysik sein, die es gibt. Auch englische Literatur würde ich mir ansehen.
Wenn ihr einen Vorschlag für mich habt, dann nur zu!
Vielen Dank schon mal im Voraus.
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18060
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| TomS Verfasst am: 17. Jul 2018 17:01 Titel: |
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Ich denke, dass du auf theoretische Physik warten solltest.
Mir ging es ähnlich wie dir, ich hatte im Rahmen der Experimentalphysik auch immer wieder das Gefühl, dass bestimmte Herkeitungen zu verkürzt oder zu skizzenhaft waren.
Andererseits muss dir klar sein, dass der Fortschritt im Studium alleine mittels exakter Methoden der theoretischen oder mathematischen Physik zu langsam wäre, um die interessant Phänomene gründlich zu studieren. Du willst sicher nicht auf die Herleitungen zur Supraleitung warten, bevor du die Experimente durchführst, oder?
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Myon
Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5864
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| Myon Verfasst am: 17. Jul 2018 17:25 Titel: |
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Für den unwahrscheinlichen Fall, dass Du sie nicht schon kennst, würde ich einmal einen Blick in die Reihe von Demtröder werfen.
Selbstverständlich wird auch darin nicht nach dem System Definition - Satz - Beweis vorgegangen, aber die Bücher haben mir -obwohl sie in diesem Forum schon von höchster Seite in Grund und Boden verdammt wurden:)- gerade deshalb gut gefallen, weil sie unter den Experimentalphysikbüchern vergleichsweise formal vorgehen und die meisten Gleichungen hergeleitet oder plausibel gemacht werden.
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jh8979
Moderator
Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8581
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| jh8979 Verfasst am: 17. Jul 2018 22:30 Titel: |
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| Myon hat Folgendes geschrieben: | Für den unwahrscheinlichen Fall, dass Du sie nicht schon kennst, würde ich einmal einen Blick in die Reihe von Demtröder werfen.
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Die Bücher sind meiner Meinung nach furchtbar und strotzen nur so von fruchtbaren "Erklärungen" ...
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3398
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| ML Verfasst am: 18. Jul 2018 01:55 Titel: |
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| jh8979 hat Folgendes geschrieben: | | Myon hat Folgendes geschrieben: | Für den unwahrscheinlichen Fall, dass Du sie nicht schon kennst, würde ich einmal einen Blick in die Reihe von Demtröder werfen.
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Die Bücher sind meiner Meinung nach furchtbar und strotzen nur so von fruchtbaren "Erklärungen" ... |
Fruchtbar oder furchtbar? ' '
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Myon
Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5864
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| Myon Verfasst am: 18. Jul 2018 11:13 Titel: |
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@jh8979: Über Bücher lässt sich natürlich immer streiten. Da ich über die Demtröder-Reihe doch sehr anderer Auffassung bin, würde mich interessieren, wie Du zu einem solch vernichtenden Urteil kommst. Kannst Du das anhand eines konkreten Beispiels begründen? Es nimmt mich wirklich wunder.
Thema der Bücher ist die Experimentalphysik, und ich hoffe, dass Du sie auch als solche bewertest. Der Zugang ist nun einmal ein völlig anderer als in der theoretischen Physik.
Ich kann nur wiederholen, dass mir die Bücher gut gefallen (Band 4 kenne ich weniger und kann ich weniger gut beurteilen). Die Bücher decken einen Grossteil der Experimentalphysik ab. Sie gehen weit mehr in die Details als z.B. ein Tipler und können einen z.T auch in höheren Semestern in der Festkörperphysik, Kern- und Teilchenphysik und den Praktikumsversuchen begleiten. Gerade die Kritik über die „furchtbaren Erklärungen“ teile ich nicht. Die Bücher zeichnet m.E. gegenüber anderen Experimentalphysikbüchern aus, dass die meisten Gesetze so gut wie möglich „hergeleitet“ und begründet werden.
Der Autor, obwohl bereits im höheren Alter, kümmert sich übrigens immer noch um die Reihe. Habe ihm vor weniger als 3 Wochen wegen eines kleinen Fehlers geschrieben, auf den ich per Zufall gestossen war, und nach kürzester Zeit kam eine sehr freundliche Antwort.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3398
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| ML Verfasst am: 18. Jul 2018 12:59 Titel: |
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Hallo,
| Myon hat Folgendes geschrieben: | | @jh8979: Über Bücher lässt sich natürlich immer streiten. Da ich über die Demtröder-Reihe doch sehr anderer Auffassung bin, würde mich interessieren, wie Du zu einem solch vernichtenden Urteil kommst. Kannst Du das anhand eines konkreten Beispiels begründen? Es nimmt mich wirklich wunder. |
Ich bin zwar nicht jh8979, kann aber gerne ein konkretes Beispiel liefern.
Es geht um den unbelasteten Transformator. Ich unterteile das Beispiel in das Bild sowie die Abschnitte orange, rot und blau.
Bild
Der Hinweis auf den Wicklungssinn ist richtig.
Das Vorzeichen der Spannung ist falsch.
Abschnitt orange
Falsch ist, dass es in dem Stromkreis eine der Klemmenspannung entgegengesetzt gleiche Gegenspannung gibt. Wo sollte sich diese manifestieren? Zwischen den Klemmen liegt die Klemmenspannnung an, und im Draht selbst ist das E-Feld näherungsweise gleich null.
Ich erkenne in diesem Abschnitt, dass der Autor das Induktionsgesetz nicht verstanden hat. Das Induktionsgesetz beschreibt gerade den Fall, dass es eine Art "Spannungsungleichgewicht" (genauer: elektrische Felder mit einem Wirbelanteil) gibt. Dieses Ungleichgewicht ist die Ursache für den ansteigenden/schwächer werdenden Stromfluss.
Auch die Denkweise ist unökonomisch. Um von der (Ring-)spannung auf den magnetischen Fluss zu schließen, benötigt man ausschließlich das Induktionsgesetz. Denn im Induktionsgesetz stehen links die E-Felder bzw. Spannungen und rechts der magnetische Fluss.
Demtröder baut aber in die Überlegung das Durchflutungsgesetz ein, was daran erkennbar ist, dass er mit Strömen argumentiert. Das Durchflutungsgesetz tut hier aber nichts zur Sache. Es gilt zwar, hilft aber nicht dabei, den Zusammenhang zwischen Spannnungen und Flüssen zu beschreiben. (Tatsächlich würden wir bei einem Auseinanderdröseln der Argumentationskette erkennen, dass er das Durchflutungsgesetz zweimal angwendet, so dass es sich in seiner Wirkung mit sich selbst aufhebt.)
roter Bereich
Der Autor treibt den Unfug des orangenen Bereiches auf die Spitze. Die Kirchhoff'sche Maschenregel ist ein Spezialfall des Induktionsgesetzes, der dann gilt, wenn keine Flussänderungen auftreten.
Er wird aber hier für eine Situation angewendet, bei der explizit Flussänderungen auftreten.
blauer Bereich
Das Vorzeichen für die Sekundärspannung ist falsch. Gerade als Experimentalphysiker lässt sich sowas leicht nachprüfen.
Bei gleichem Wicklungssinn von Primär- und Sekundärwicklung sowie gleicher Einbaurichtung der Messgeräte gilt bei einem idealen Transformator:
a) die Spannungen haben das gleiche Vorzeichen und
b) die Ströme haben ein entgegengesetztes Vorzeichen.
Physikalischer Hintergrund bei a) ist das Induktionsgesetz, das bei gleichem Fluss und gleichem Wicklungssinn der Wicklungen natürlich an den Klemmen auch gleiche Vorzeichen für die Spannung erzeugt.
Physikalischer Hintergrun für b) ist das Durchflutungsgesetz und die durch das Kernmaterial näherungsweise erzwungene Bedingung H=0 für den Kern.
Viele Grüße
Michael
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18060
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| TomS Verfasst am: 18. Jul 2018 14:13 Titel: |
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Danke für diese Analyse!
Ich habe die Bücher nie selbst gelesen. Meine Indizien sind schlichtweg die, dass es hier immer wieder Fragen gibt, die sich auf genau derartige Verwirrungen in diesen Büchern zurückführen lassen.
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Myon
Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5864
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| Myon Verfasst am: 18. Jul 2018 14:55 Titel: |
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Zuerst einmal vielen Dank ML für Deinen ausführlichen Beitrag! Du bist hier sicher kompetenter als ich.
Was die Spannungsvorzeichen und Stromrichtungen betrifft: wenn ich jetzt nur die Abbildungen betrachte, erscheinen mir diese aber zumindest nach einer ersten Betrachtung korrekt(?). Das vom Strom I2 induzierte B-Feld muss der Flussänderung durch I1 entgegengesetzt sein (Lenzsches Gesetz), und das ist hier doch der Fall?
Auch beim Text hätte ich jetzt nichts erkannt, was mir falsch erschienen wäre - aber wie gesagt, ich bin da wirklich nicht sehr kompetent.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3398
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| ML Verfasst am: 18. Jul 2018 21:29 Titel: |
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Hallo,
| Myon hat Folgendes geschrieben: |
Was die Spannungsvorzeichen und Stromrichtungen betrifft: wenn ich jetzt nur die Abbildungen betrachte, erscheinen mir diese aber zumindest nach einer ersten Betrachtung korrekt(?). Das vom Strom I2 induzierte B-Feld muss der Flussänderung durch I1 entgegengesetzt sein (Lenzsches Gesetz), und das ist hier doch der Fall?
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Die Pfeile, die neben U bzw. I stehen, sind ja nur die halbe Information bzgl. der Vorzeichen. Die Pfeile geben nämlich nur an, in welche Richtung die Messgeräte eingebaut werden: Pfeilbasis = rote Klemme, Pfeilspitze = schwarze Klemme (Masse).
Entscheidend für die Vorzeichen ist, was die Kombination aus Pfeilen und Variablen für die gegebene Anordnung ergibt.
Demtröder hat sich in seinem Bild dafür entschieden, dass
- der Wicklungssinn der Wicklungen gleich ist (zur leichteren Erkennbarkeit habe ich das Bild umgezeichnet und die Sekundärwicklung gewissermaßen über den unteren Schenkel zur Primärseite verschoben. Der gleichsinnige Wicklungssinn ist daran erkennbar, dass das obere Anschlusskabel zunächst auf der Vorderseite vor dem Kern verläuft und das untere Anschlusskabel hinter dem Kern hervorkommt)
- die Spannungsmessgeräte an Primär- und Sekundärwicklung jeweils gleichsinnig eingebaut werden (Pfeil jeweils von oben nach unten)
- die Strommessgeräte an Primär- und Sekundärwicklung entgegengesetzt eingebaut werden (Strompfeile zeigen in entgegengesetzte Richtung um den Kern)
Die Vorzeichen wären nun richtig, wenn der Autor schreiben würde:
 und
 .
Tatsächlich wählt er die Vorzeichen aber umgekehrt, wie Du an den Gleichungen (5.46) und (5.51) erkennst. Bei (5.51) setzt Du am besten für den Lastwiderstand Z=0, dann siehst Du das entgegengesetzte Vorzeichen.
Viele Grüße
Michael
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Myon
Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5864
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| Myon Verfasst am: 18. Jul 2018 22:22 Titel: |
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Ich habe es nicht so aufgefasst, dass die Pfeile die Richtung angeben würden, wie die Messgeräte eingebaut werden, sondern tatsächlich die Stromrichtungen und die Richtung/das Vorzeichen der Spannung, wie sie links angelegt wird und dann rechts auftritt.
Der Schritt mit der in der Spule 1 induzierten Spannung  kann zuerst tatsächlich etwas verwirren oder unnötig erscheinen. Anderseits wurde damit alles auf die Gleichungen für eine Spule zurückgeführt, wie sie in einem früheren Abschnitt eingeführt wurden.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3398
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| ML Verfasst am: 18. Jul 2018 22:46 Titel: |
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Hallo,
| Myon hat Folgendes geschrieben: | | Ich habe es nicht so aufgefasst, dass die Pfeile die Richtung angeben würden, wie die Messgeräte eingebaut werden, sondern tatsächlich die Stromrichtungen und die Richtung/das Vorzeichen der Spannung, wie sie links angelegt wird und dann rechts auftritt. |
Ich verstehe schon, dass die Pfeile für Dich gewissermaßen ein "Standbild" der Situation zu einem bestimmten Zeitpunkt angeben. Die Bedeutung der Pfeile ist aber so, wie ich sie Dir genannt habe.
Die Pfeile im Sinne eines Standbildes aufzufassen wäre ein unvorteilhaftes (und unübliches) Vorgehen. Der Grund ist, dass Du Dich dann hinsichtlich der Einbaurichtung der Messgeräte gar nicht festlegen würdest. Somit könntest Du auch sonst keine weiteren Aussagen über die Vorzeichen treffen, sondern bestenfalls Betragsgleichungen angeben.
| Zitat: |
Der Schritt mit der in der Spule 1 induzierten Spannung kann zuerst tatsächlich etwas verwirren oder unnötig erscheinen.
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Eine Spannung ist ein Linienintegral über ein E-Feld. Kannst Du die Linie angeben, über die man die elektrische Feldstärke integrieren muss, damit herauskommt?
Falls ja, können wir über die Formulierung "verwirren" oder "unnötig" sprechen. Falls nein, sollten wir ehrlich sein und die Aussagen zu korrekterweise als "unsinnig" oder "falsch" bezeichnen.
| Zitat: |
Anderseits wurde damit alles auf die Gleichungen für eine Spule zurückgeführt, wie sie in einem früheren Abschnitt eingeführt wurden. |
Man kann den gleichen Fehler auch mehrmals machen und konsistent fortführen.
Viele Grüße
Michael
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Myon
Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5864
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| Myon Verfasst am: 18. Jul 2018 23:44 Titel: |
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| ML hat Folgendes geschrieben: | | Kannst Du die Linie angeben, über die man die elektrische Feldstärke integrieren muss, damit herauskommt? |
Ich geb zu, das hatte ich mir bis jetzt gar nie genau überlegt, für mich war einfach  . Der Zusammenhang mit dem Induktionsgesetz ergibt sich bei der Spule aber, wenn man entlang des geschlossenen Wegs integriert, wie er in der Abbildung in diesem Abschnitt eingezeichnet ist. Wobei nur das Teilstück über die Klemmspannung einen Beitrag liefert.
Was die eingezeichneten Spannungspfeile betrifft: in der Elektrotechnik mag das schon sehr unüblich sein so. Aber ich glaube wirklich, dass es hier anders gemeint ist. Sonst ergäben ja auch die unterschiedlich eingezeichneten Pfeile in der Grafik unten und oben keinen Sinn.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3398
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| ML Verfasst am: 19. Jul 2018 00:22 Titel: |
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Hallo,
| Myon hat Folgendes geschrieben: | | ML hat Folgendes geschrieben: | | Kannst Du die Linie angeben, über die man die elektrische Feldstärke integrieren muss, damit herauskommt? |
Ich geb zu, das hatte ich mir bis jetzt gar nie genau überlegt, für mich war einfach . Der Zusammenhang mit dem Induktionsgesetz ergibt sich bei der Spule aber, wenn man entlang des geschlossenen Wegs integriert, wie er in der Abbildung in diesem Abschnitt eingezeichnet ist. Wobei nur das Teilstück über die Klemmspannung einen Beitrag liefert. |
Genau - zu diesem Zweck hatte ich das Wikipediabild erstellt ;-)
| Zitat: |
Was die eingezeichneten Spannungspfeile betrifft: in der Elektrotechnik mag das schon sehr unüblich sein so. Aber ich glaube wirklich, dass es hier anders gemeint ist.
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Mag sein, dass Demtröder mit den Pfeilen ein Standbild charakterisieren will.
Die Frage ist dann aber, woher seine Leser wissen können, was er meint, wenn er davon spricht, dass Primär- und Sekundärspannung unterschiedliche Vorzeichen hätten. Denn wenn ich die Einbaurichtung meines Messgerätes nicht kenne, kann ich auch keine sinnvollen Angaben zu Vorzeichen machen.
| Zitat: |
Sonst ergäben ja auch die unterschiedlich eingezeichneten Pfeile in der Grafik unten und oben keinen Sinn. |
Ja doch, schon! Wenn es möglich ist, setzt man die Pfeile ja schon so, dass sich für typische Anwendung positive Vorzeichen (oder auf beiden Seiten gleiche Vorzeichen) ergeben. Denn jedes eingesparte Vorzeichen ist ja eine Fehlerquelle weniger. Ich hätte die Pfeile in beiden Fällen genauso gesetzt wie Demtröder, hätte aber andere Gleichungen notiert.
Die Strategie, die Pfeile irgendwie sinnvoll zu setzen, funktioniert allerdings nur bei sehr einfachen Anordnungen noch zufriedenstellend. Schon in dem Beispiel unten geht es nicht mehr. Hier hängt die Stromrichtung davon ab, ob  oder  größer ist. Wenn man das nicht weiß (weil beispielsweise u1 und u2 einstellbar sind), kommt man nicht umhin, Zählpfeile zu verwenden und sie in dem Sinne einer "Einbaurichtung des Messgerätes" zu verwenden.
Die Gleichung lautet für das Beispiel
 ,
und liefert unabhängig von den Zahlenwerten und Vorzeichen der Spannungen immer das richtige Ergebnis.
Viele Grüße
Michael
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18060
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| TomS Verfasst am: 19. Jul 2018 01:40 Titel: |
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M.E. gewöhnt man sich am besten von Beginn an, eine konsistente Notation ausgehend von den gegebenen Größen zu verwenden und nie implizit das Vorzeichen des Ergebnisses vorauszuahnen.
Beispiel Knotenregel: immer alle Ströme als einlaufend
Beispiel Maschenregel: immer alle Spannungen gegen den Uhrzeigersinn.
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Myon
Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5864
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| Myon Verfasst am: 19. Jul 2018 23:57 Titel: |
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| ML hat Folgendes geschrieben: | Genau - zu diesem Zweck hatte ich das Wikipediabild erstellt ;-)
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Gratuliere! Und ich hab was gelernt...
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