Mechanical engineering and materials Books

Book SynopsisDas Deluxe-Set aus dem Halliday-Lehrbuch und passendem Übungsbuch für natur- und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge ist der ideale Begleiter für alle, die im Studium Physik lernen und Physik-Klausuren und -Prüfungen bestehen müssen. Es bietet einen Überblick über den Stoff typischer einführender Experimentalphysik-Vorlesungen und wurde auf die Bedürfnisse dieser Studierenden zugeschnitten und gestrafft. Außerdem stellt jedes Kapitel einen ausgeprägten Praxisbezug her, um die Anwendung physikalischer Konzepte zu illustrieren. Für die dritte Auflage wurden die Kapitel nicht nur überarbeitet, sondern didaktisch neu strukturiert: die Lerninhalte sind nun in Modulen organisiert, wobei jede Einheit die Lernziele explizit aufführt und die Schlüsselkonzepte zusammenfasst. So können Studentinnen und Studenten zielgerichtet lernen und den Lernerfolg nach der Lektüre selbst überprüfen. Das Übungsbuch hilft bei der Durchdringung des Stoffs: es enthält die Aufgaben und Lösungen inklusive des ausführlichen Lösungswegs zu mehr als 750 Aufgaben unterschiedlichen Schwierigkeitsgrades aus allen Kapiteln des Lehrbuchs.Table of Contents1 Messung und Maßeinheiten 2 Geradlinige Bewegung 3 Vektoren 4 Bewegung in zwei und drei Dimensionen 5 Die Newtonschen Gesetze der Mechanik 6 Kraft und BewegungI 7 Kinetische Energie und Arbeit 8 Potenzielle Energie und Energieerhaltung 9 Systeme von Teilchen 10 Stoßprozesse 11 Die Rotation 12 Rollen, Drehmoment und Drehimpuls 13 Gleichgewicht und Elastitzität 14 Gravitation 15 Fluide 16 Schwingungen 17 Wellen 18 Schallwellen 19 Temperatur, Wärme und der erste Hauptsatz der Thermodynamik 20 Die kinetische Gastheorie 21 Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 22 Elektrische Ladung 23 Elektrische Felder 24 Der Gauß'sche Satz 25 Elektrisches Potential 26 Kapazität 27 Elektrischer Strom und Widerstand 28 Stromkreise 29 Magnetische Felder 30 Das magnetische Feld stromdurchflossener Leiter 31 Induktion und Induktivität 32 Magnetismus und Materie 33 Elektromagnetische Schwingkreise und Wechselstrom 34 Die Maxwellschen Gleichungen 35 Abbildungen 36 Interferenz 37 Beugung 38 Relativitätstheorie 39 Photonen und Materiefelder 40 Mehr zu Materiewellen 41 Atome und Radioaktivität 42 Metalle, Halbleiter und Isolatoren

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Book SynopsisFür alle, die noch mehr lernen möchten: mehr als 380 Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen zum Band 1 des unschlagbar präzisen Ansorge/Oberle-Lehrwerks zur Mathematik in den Ingenieur- und Naturwissenschaften In sämtlichen Ingenieurwissenschaften, insbesondere im Maschinenbau, im Bauingenieurwesen und in der Elektrotechnik, ist Mathematik unverzichtbar bei der Beschreibung, Modellierung und Lösung ingenieurwissenschaftlicher Probleme. Für Studierende dieser Fächer ist es daher unabdingbar, sich detailliert mit der Mathematik auseinanderzusetzen und Wissen zu erwerben, das über die reine Anwendung von "Kochrezepten" hinausgeht. Das vorliegende Übungsbuch zu Band 1 des vollständig überarbeiteten und erweiterten Lehrwerks "Mathematik in den Ingenieur- und Naturwissenschaften" enthält mehr als 380 Aufgaben und Lösungen zur Linearen Algebra und analytischen Geometrie sowie zur Differential- und Integralrechnung einer Variablen. * Zum Tiefereinsteigen: besonders geeignet für diejenigen, die eine anspruchsvolle Darstellung der höheren Mathematik in den Ingenieur- und Naturwissenschaften suchen * Bewährtes Konzept, überarbeitet und erweitert: präzise, sauber, fachlich korrekt und anwendungsnah * Dazu passend: das neue LehrbuchTable of ContentsVorwort zur fünften Gesamtauflage ix Vorwort zur vierten Auflage xi Vorwort zur dritten Auflage xiii A/L 1 Aussagen, Mengen und Funktionen 1/121 A/L 1.1 Aussagen 1/121 A/L 1.2 Mengen 2/126 A/L 1.3 Funktionen 4/130 A/L 2 Zahlenbereiche 9/137 A/L 2.1 Natürliche Zahlen 9/137 A/L 2.2 Reelle Zahlen 12/143 A/L 2.3 Komplexe Zahlen 13/144 A/L 3 Vektorrechnung, analytische Geometrie 17/149 A/L 3.1 Vektoren 17/149 A/L 3.2 Geraden und Ebenen im ℝ3 20/152 A/L 3.3 Allgemeine Vektorraume 25/160 A/L 4 Lineare Gleichungssysteme 29/163 A/L 4.1 Matrizenkalkül 29/163 A/L 4.2 Gauß-Elimination 31/165 A/L 4.3 Inverse Matrizen 36/175 A/L 4.4 Dreieckszerlegung einer Matrix 37/177 A/L 4.5 Determinanten 39/180 A/L 5 Lineare Abbildungen 43/185 A/L 5.1 Lineare Abbildungen, Basisdarstellung 43/185 A/L 5.2 Orthogonalitat 45/189 A/L 5.3 Orthogonale Transformationen 47/195 A/L 6 Lineare Ausgleichsprobleme 51/201 A/L 6.1 Problemstellung, Normalgleichungen 51/201 A/L 6.2 Die QR-Zerlegung 53/204 A/L 7 Eigenwerttheorie fürMatrizen 55/207 A/L 7.1 Eigenwerte und Eigenvektoren 55/207 A/L 7.2 Symmetrische Matrizen, Hauptachsentransformation 59/215 A/L 7.3 Numerische Berechnung von Eigenwerten und Eigenvektoren 61/222 A/L 8 Konvergenz von Folgen und Reihen 63/225 A/L 8.1 Folgen 63/225 A/L 8.2 Konvergenzkriterien für reelle Folgen 64/229 A/L 8.3 Folgen in Vektorraumen 68/240 A/L 8.4 Konvergenzkriterien für Reihen 69/242 A/L 9 Stetigkeit und Differenzierbarkeit 73/251 A/L 9.1 Stetigkeit, Grenzwerte von Funktionen 73/251 A/L 9.2 Differentialrechnung einer Variablen 76/260 A/L 10 Weiterer Ausbau der Differentialrechnung 81/273 A/L 10.1 Mittelwertsatze, Satz von Taylor 81/273 A/L 10.2 Die Regeln von de l’Hospital 86/289 A/L 10.3 Kurvendiskussion 87/291 A/L 10.4 Fehlerrechnung 89/301 A/L 10.5 Numerische Verfahren 89/303 A/L 11 Potenzreihen und elementare Funktionen 91/317 A/L 11.1 Gleichmaßige Konvergenz 91/317 A/L 11.2 Potenzreihen 92/320 A/L 11.3 Elementare Funktionen 95/329 A/L 12 Interpolation 97/331 A/L 12.1 Problemstellung 97/331 A/L 12.2 Polynom-Interpolation 97/332 A/L 12.3 Spline-Interpolation 99/338 A/L 13 Integration 101/341 A/L 13.1 Das bestimmte Integral 101/341 A/L 13.2 Kriterien für Integrierbarkeit 101/341 A/L 13.3 Der Hauptsatz und Anwendungen 102/342 A/L 13.4 Integration rationaler Funktionen 105/354 A/L 13.5 Uneigentliche Integrale 106/359 A/L 13.6 Parameterabhangige Integrale 107/365 A/L 14 Anwendungen der Integralrechnung 109/367 A/L 14.1 Rotationskörper 109/367 A/L 14.2 Kurven und Bogenlange 110/373 A/L 14.3 Kurvenintegrale 112/384 A/L 15 Numerische Quadratur 115/391 A/L 15.1 Newton-Cotes-Formeln 115/391 A/L 16 Periodische Funktionen, Fourier-Reihen 117/395 A/L 16.1 Grundlegende Begriffe 117/395 A/L 16.2 Fourier-Reihen 117/395

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Book SynopsisBrückenkurs Mathematik in den Ingenieur- und Naturwissenschaften Optimale Hilfe beim Meistern der mathematischen Herausforderungen zu Beginn des Studiums der Ingenieur- und Naturwissenschaften! In sämtlichen Ingenieurwissenschaften, insbesondere im Maschinenbau, im Bauingenieurwesen und in der Elektrotechnik, ist Mathematik unverzichtbar bei der Beschreibung, Modellierung und Lösung ingenieurwissenschaftlicher Probleme. Gerade am Anfang des Studiums dieser Fächer müssen sich Studierende schnell in die höhere Mathematik einarbeiten, um im weiteren Studienverlauf erfolgreich zu sein. Das Lehrbuch Brückenkurs Mathematik in den Ingenieur- und Naturwissenschaften ermöglicht es Studienanfängerinnen und -anfängern in MINT-Fächern, aufbauend auf den in der Oberstufe allgemeinbildender Gymnasien erworbenen Mathematikkenntnissen zur höheren Mathematik aufzuschließen, die in den ersten Semestern an Universitäten gelehrt wird. Die Themen reichen von Logik und elementarer Arithmetik über Gleichungssysteme und analytische Geometrie hin zu Grundlagen der Differential- und Integralrechnung sowie komplexer Zahlen. Dieser Brückenkurs ist angeglichen an den Mindestanforderungskatalog Mathematik der COSH (Cooperation Schule-Hochschule). Angelehnt an das bewährte Konzept der anspruchsvollen Darstellung der höheren Mathematik in den Lehrbüchern derselben Autoren werden die benötigten Kenntnisse präzise, sauber und fachlich korrekt vermittelt. Mit mehr als 120 Aufgaben und ausführlichen Musterlösungen eignet sich der Brückenkurs sowohl zur Begleitung einschlägiger Vorlesungen als auch zum Selbststudium.Table of ContentsVorwort zur fünften Gesamtauflage ix 1 Aussagenlogik, Mengen und Zahlen 1 1.1 Aussagenlogik 1 1.1.1 Aussagen 1 1.1.2 Verknüpfung von Aussagen 2 1.1.3 Aussageformen 6 1.1.4 Direkter und indirekter Beweis 8 1.2 Mengen 9 1.3 Zahlen 11 1.3.1 Natürliche Zahlen 11 1.3.2 Ganze Zahlen 16 1.3.3 Rationale Zahlen 17 1.3.4 Reelle Zahlen 20 1.4 Aufgaben 23 2 Elementare Arithmetik 27 2.1 Rechenoperationen in ℚ 27 2.1.1 Eigenschaften der Addition in ℚ 28 2.1.2 Eigenschaften der Multiplikation in ℚ 29 2.1.3 Potenzrechnung in ℚ 31 2.1.4 Binomische Formeln 31 2.1.5 Bruchrechnung 32 2.2 Proportionalität 35 2.2.1 Dreisatz 36 2.2.2 Prozentrechnung 37 2.2.3 Zinsrechnung 38 2.3 Aufgaben 39 3 Gleichungen und Ungleichungen 45 3.1 Gleichungen 45 3.1.1 Lösen von Gleichungen 46 3.1.2 Äquivalenzumformungen bei Gleichungen 48 3.2 Ungleichungen 49 3.2.1 Lösen von Ungleichungen 49 3.2.2 Äquivalenzumformungen bei Ungleichungen 50 3.3 Aufgaben 52 4 Elementare Funktionen 53 4.1 Definition einer Funktionen 53 4.2 Verkettung von Funktionen 54 4.3 Symmetrien bei Funktionen 60 4.4 Monotonie 61 4.5 Umkehrfunktionen 63 4.6 Potenzfunktionen undWurzelfunktionen 63 4.7 Rationale Funktionen 66 4.7.1 Lineare Funktionen 67 4.7.2 Quadratische Funktionen 69 4.7.3 Kubische Funktionen 72 4.7.4 Polynome 74 4.7.5 Polynomdivision 80 4.7.6 Gebrochenrationale Funktionen 82 4.8 Trigonometrische Funktionen 86 4.8.1 Winkel, Bogen- und Gradmaß 86 4.8.2 Sinus- und Kosinusfunktion 88 4.8.3 Tangens- und Kotangensfunktion 93 4.8.4 Arkusfunktionen 96 4.9 Exponential- und Logarithmusfunktionen 98 4.10 Hyperbel- und Areafunktionen 103 4.11 Aufgaben 108 5 Vektorrechnung 113 5.1 Vektoren 113 5.2 Vektoraddition und skalare Multiplikation 115 5.3 Geometrie in Dreiecken 117 5.4 Vektorlänge 121 5.5 Skalarprodukt 123 5.6 Kreuzprodukt 127 5.7 Aufgaben 129 6 Gleichungssysteme und analytische Geometrie 131 6.1 Lineare Gleichungssysteme 131 6.1.1 Matrizen 133 6.1.2 Gauß’sches Eliminationsverfahren 134 6.2 Geraden und Ebenen 141 6.2.1 Geraden im ℝ2 141 6.2.2 Geraden im ℝ3 145 6.2.3 Ebenen im ℝ3 145 6.3 Quadratische Gleichungen 149 6.3.1 Quadratische Gleichungen im ℝ2 149 6.3.2 Quadratische Gleichungen im ℝ3 155 6.4 Aufgaben 163 7 Folgen und stetige Funktionen 167 7.1 Folgen 167 7.1.1 Konvergenz 173 7.1.2 Rechenregeln für konvergente Folgen 177 7.2 Reihen 180 7.3 Grenzwerte von Funktionen 181 7.4 Stetigkeit 187 7.5 Aufgaben 192 8 Differentialrechnung 195 8.1 Ableitung einer Funktion 195 8.2 Ableitungen elementarer Funktionen 202 8.3 Differentiationsregeln 205 8.3.1 Linearität 205 8.3.2 Produktregel 206 8.3.3 Kehrwertregel 207 8.3.4 Quotientenregel 208 8.3.5 Kettenregel 208 8.3.6 Ableitung der Umkehrfunktion 210 8.4 Anwendung der Differentialrechnung 212 8.4.1 Monotonie und Extremwerte 212 8.4.2 Konvexität undWendepunkte 221 8.4.3 Kurvendiskussion 226 8.5 Aufgaben 229 9 Integralrechnung 233 9.1 Das bestimmte Integral 233 9.1.1 Konstruktion des Integrals 236 9.1.2 Integrierbarkeit und Rechenregeln 240 9.1.3 Numerische Integration 243 9.2 Das unbestimmte Integral 246 9.2.1 Stammfunktionen 246 9.2.2 Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung 248 9.3 Integrationsregeln 251 9.3.1 Linearität 251 9.3.2 Partielle Integrationsregel 253 9.3.3 Substitutionsregel 256 9.3.4 Gebrochenrationale Funktionen 262 9.4 Uneigentliche Integrale 264 9.4.1 Integrale über unbeschränkte Intervalle 264 9.4.2 Integrale bei unbeschränkten Funktionen 266 9.5 Aufgaben 267 10 Komplexe Zahlen 271 10.1 Konstruktion und Darstellung 271 10.2 Rechenregeln 277 10.3 Aufgaben 284 11 Lösungen zu den Aufgaben 287 Literaturhinweise 369 Stichwortverzeichnis 371

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Book SynopsisPhysik der Halbleiterbauelemente Das Standardwerk zur Physik der Halbleiterbauelemente – erstmals auf Deutsch! Dieses einzigartige Buch, geschrieben von Pionieren auf dem Gebiet, behandelt sämtliche Aspekte der Physik der Halbleiterbauelemente, die zu deren Verständnis, Betrieb, Weiter- und Neuentwicklung notwendig sind. Wie das englische Original ist die deutsche Ausgabe ein äußerst nützliches Nachschlagewerk in der industrieorientierten Halbleiterforschung und eignet sich ebenfalls ausgezeichnet als Einstiegsliteratur für Studierende sowie als Unterrichtsmaterial für Vortragende. Bei der deutschen Ausgabe wurde besonderer Wert auf eine gute Lesbarkeit gelegt und daher die Übersetzung, teilweise unter Rückgriff auf die von den Autoren zitierten Originalquellen, so gestaltet, dass unnötige Anglizismen vermieden werden. Das englische Fachvokabular ist ergänzend an den entsprechenden Stellen im Text eingearbeitet, um den Leserinnen und Lesern den Gebrauch der englischsprachigen Fachliteratur zu erleichtern. Gelegentliche Anmerkungen im Text und Verweise auf weitere Originalquellen tragen zusätzlich zum besseren Verständnis der Materie bei. Als das Referenzwerk schlechthin ist der „Sze“ ein Muss für alle, die sich in Forschung, Entwicklung und Lehre mit Halbleiterbauelementen beschäftigen. Die Inhalte sind kompakt und präzise beschrieben und eignen sich perfekt für den Einstieg in das jeweilige Gebiet, komplettiert durch vertiefende Übungsbeispiele zu jedem Kapitel. Physik der Halbleiterbauelemente bietet eine unerreichte Detailfülle und ausführliche Informationen über die Physik und den Betrieb aller relevanten Halbleiterbauelemente, mit 1000 Literaturangaben, 650 technischen Illustrationen sowie 25 Tabellen mit Material- und Bauelementparametern. Aus dem Inhalt: Halbleiterphysik-Grundlagen p-n Übergänge Metall-Halbleiter-Kontakte MIS-Kondensatoren Bipolartransistoren MOSFETs Nichtflüchtige Speicher JFETs MESFETs und MODFETs Tunnel-Bauelemente IMPATT-Dioden TE- und RST-Devices Thyristoren und Leistungsbauelemente Photodetektoren und Solarzellen Sensoren Table of ContentsVorwort v Vorwort des Übersetzers vii Biografien xvii Einführung xix Teil I Halbleiterphysik 1 1 Physik und Eigenschaften von Halbleitern – ein Überblick 3 1.1 Einleitung 3 1.2 Kristallstrukturen 3 1.3 Energiebänder und Bandlücken 7 1.4 Ladungsträgerkonzentrationen im thermischen Gleichgewicht 11 1.5 Ladungsträgertransportphänomene 21 1.6 Phononen, optische und thermische Eigenschaften 41 1.7 Heteroübergänge und Nanostrukturen 47 1.8 Halbleitergrundgleichungen und Anwendungsbeispiele 54 Teil II Grundstrukturen der Halbleiter-Bauelemente 71 2 p-n-Übergänge 73 2.1 Einleitung 73 2.2 Raumladungszonen 73 2.3 Strom-Spannungs-Kennlinien 83 2.4 p-n-Übergänge im Durchbruchsbereich 95 2.5 Transientes Verhalten und Rauschen 107 2.6 Der p-n-Übergang als Bauelement 110 2.7 Heteroübergänge 117 3 Metall-Halbleiter-Kontakte 127 3.1 Einleitung 127 3.2 Entstehung der Schottky-Barriere 127 3.3 Transportprozesse 144 3.4 Bestimmung der Barrierenhöhe 162 3.5 Diodenstrukturen 171 3.6 Ohmsche Kontakte 177 4 Metall-Isolator-Halbleiter-Kondensatoren 187 4.1 Einleitung 187 4.2 Idealer MIS-Kondensator 187 4.3 Der Silizium-MOS-Kondensator 200 4.4 Ladungsträgertransport inMOS-Kondensatoren 224 Teil III Transistoren 243 5 Bipolartransistoren 245 5.1 Einleitung 245 5.2 Statische Eigenschaften 246 5.3 Kompaktmodelle von Bipolartransistoren 263 5.4 Mikrowelleneigenschaften 273 5.5 Leistungstransistoren und Logikschaltungen 285 5.6 Heterobipolartransistoren 290 5.7 Selbsterhitzungseffekte 296 6 MOSFETs 305 6.1 Einleitung 305 6.2 Grundlegende Bauteilcharakteristiken 309 6.3 Bauelemente mit inhomogener Dotierung und vergrabenem Kanal 335 6.4 Bauelementeskalierung und Kurzkanaleffekte 346 6.5 MOSFET-Strukturen 363 6.6 Schaltungsanwendungen 375 6.7 NCFET und TFET 380 6.8 Der Einzelelektronentransistor 385 7 Nicht flüchtige Speicher 405 7.1 Einleitung 405 7.2 Das Konzept des Floating-Gate 406 7.3 Speicherstrukturen 411 7.4 Kompaktmodelle von Floating-Gate-Speicherzellen 417 7.5 Mehrstufige Zellen und dreidimensionale Strukturen 420 7.6 Herausforderungen bei der Skalierung 432 7.7 Alternative Speicherstrukturen 437 8 JFETs, MESFETs und MODFETs 455 8.1 Einleitung 455 8.2 JFET und MESFET 456 8.3 MODFET 479 Teil IV Bauelementemit negativemWiderstand und Leistungsbauelemente 505 9 Tunnelbauelemente 507 9.1 Einleitung 507 9.2 Tunneldioden 508 9.3 Verwandte Tunnelbauelemente 522 9.4 Resonante Tunneldioden 540 10 IMPATT-Dioden, TE- und RST-Devices 553 10.1 Einleitung 553 10.2 IMPATT-Dioden 554 10.3 Transferred Electron Devices 582 10.4 Real-Space-Transfer Devices 602 11 Thyristoren und Leistungsbauelemente 615 11.1 Einleitung 615 11.2 Thyristorkennlinien 616 11.3 Thyristorvarianten 636 11.4 Andere Leistungsbauelemente 642 Teil V Photonische Bauelemente und Sensoren 661 12 LEDs und Laser 663 12.1 Einleitung 663 12.2 Strahlende Übergänge 664 12.3 Lichtemittierende Dioden (LEDs) 668 12.4 Laserphysik 682 12.5 Laserbetrieb 691 12.6 Spezielle Laser 708 13 Photodetektoren und Solarzellen 721 13.1 Einleitung 721 13.2 Photoleiter 725 13.3 Photodioden 728 13.4 Lawinenphotodioden 738 13.5 Phototransistoren 748 13.6 Charge-Coupled Devices (CCDs) 751 13.7 Metall-Halbleiter-Metall-Photodetektoren 764 13.8 Quantum-Well-Infrarotphotodetektoren (QWIPs) 767 13.9 Solarzellen 771 14 Sensoren 799 14.1 Einleitung 799 14.2 Thermische Sensoren 801 14.3 Mechanische Sensoren 807 14.4 Magnetische Sensoren 816 14.5 Chemische Sensoren 825 14.6 Biosensoren 830 Anhang A Liste der Symbole 839 Anhang B Internationales Einheitensystem 847 Anhang C Einheitenpräfixe 849 Anhang D Das griechische Alphabet 851 Anhang E Physikalische Konstanten 853 Anhang F Eigenschaften der wichtigsten Halbleiter 855 Anhang G Das Bloch-Theoremund die Energiebänder im reziproken Gitter 857 Anhang H Eigenschaften von Si und GaAs 859 Anhang I Die Boltzmann-Transportgleichung und das hydrodynamische Modell 861 Anhang J Eigenschaften von SiO2 und Si3N4 867 Anhang K Kompaktmodelle von Bipolartransistoren 869 Anhang L Die Entdeckung des Floating-Gate-Speicher-Effekts 877 Stichwortverzeichnis 879

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Book SynopsisDas günstige Set aus Lehrbuch und Übungsbuch zur linearen Algebra, analytischen Geometrie und Differential- und Integralrechnung einer Variablen!Table of ContentsAussagen, Mengen und Funktionen Zahlbereiche Vektorrechnung, analytische Geometrie Lineare Gleichungssysteme Lineare Abbildungen Lineare Ausgleichsprobleme, lineare Programme Eigenwerttheorie für Matrizen Konvergenz von Folgen und Reihen Stetigkeit und Differenzierbarkeit Weiterer Ausbau der Differentialrechnung Potenzreihen und elementare Funktionen Interpolation Integration Anwendungen der Integralrechnung Numerische Quadratur Periodische Funktionen, Fourier-Reihen

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Book SynopsisAnschaulichkeit vor Formalismus - die unvergleichlich verständliche Einführung in die Mechanik und Thermodynamik für Studierende der Natur- und Ingenieurwissenschaften in neuer Auflage! Elektrotechnik, Maschinenbau, Chemie, Geophysik, Biologie: eine Einführung in die Physik gehört für alle Studierende der Natur- und Ingenieurwissenschaften unumgänglich zum Studium dazu, sei es im Rahmen der Physikvorlesungen für Hauptfachstudierende oder in Form auf spezifische Studiengänge zugeschnittener Veranstaltungen. Die vierte Auflage des Lehrbuchklassikers von Friedhelm Kuypers gibt in gewohnt anschaulicher Weise eine Einführung in die Mechanik und die Thermodynamik; neu hinzugekommen sind ein leicht verständlicher Überblick zum schwer greifbaren Thema Entropie und zu erneuerbaren Energien. Jeder Abschnitt wurde vollständig überarbeitet, um noch besser auf immer wieder vorkommende Probleme der Studierenden einzugehen. Im Aufgaben- und Lösungsteil werden die mittleren und schweren Aufgaben mit einer anschaulichen Vorstellung der behandelten Physik eingeleitet, bevor die eigentlichen Rechnungen beginnen.Table of ContentsA Mechanik 1 Einführung 1 1.1 Einleitung 1 1.2 Messung und Maßeinheit 2 1.3 Die Einheit Sekunde 4 1.4 Die Einheit Meter 4 1.5 Die Einheit Kilogramm 6 2 Kinematik der Massenpunkte 7 2.1 Idealisierungen 7 2.2 Geschwindigkeit 8 2.3 Einführung in die Integralrechnung 10 2.4 Beschleunigung 13 2.5 Kreisbewegung 17 2.6 Noch einmal in Kürze 21 2.7 Aufgaben 22 3 Die Newtonschen Axiome und Kräfte 24 3.1 Das erste Newtonsche Axiom 24 3.2 Das zweite und dritte Newtonsche Axiom 26 3.3 Lösung einfacher Bewegungsgleichungen 28 3.4 Reibungskräfte 36 3.5 Noch einmal in Kürze 42 3.6 Aufgaben 43 4 Arbeit, Leistung und Energie 49 4.1 Arbeit 49 4.2 Leistung 53 4.3 Energie 56 4.4 Erneuerbare Energien * 62 4.5 Noch einmal in Kürze 72 4.6 Aufgaben 73 5 Impulssatz und Drehimpulssatz 81 5.1 Impulssatz 81 5.2 Drehimpulsssatz für Massenpunkte 92 5.3 Noch einmal in Kürze 100 5.4 Aufgaben 101 6 Bewegungen starrer Körper 107 6.1 Schwerpunktsatz 107 6.2 Trägheitsmomente 111 6.3 Drehungen um raumfeste Achsen 117 6.4 Ebene Bewegungen starrer Körper 121 6.5 Kinetische Energie ebener Bewegungen 127 6.6 Unwuchtkräfte * 127 6.7 Noch einmal in Kürze 131 6.8 Aufgaben 133 7 Lineare Schwingungen 137 7.1 Freie Schwingungen 137 7.2 Erzwungene Schwingungen 146 7.3 Mechanische und elektrische Schwingungen * 157 7.4 Gekoppelte Pendel 158 7.5 Noch einmal in Kürze 162 7.6 Aufgaben 164 8 Strömungslehre 171 8.1 Grundlagen 171 8.2 Die Bernoulli-Gleichung 175 8.3 Laminare Strömungen 186 8.4 Turbulenzbildung und Reynolds-Zahl 194 8.5 Strömungswiderstand umströmter Körper 199 8.6 Modelltechnik * 201 8.7 Windkraftanlagen * 202 8.8 Noch einmal in Kürze 209 8.9 Aufgaben 211 B Thermodynamik 9 Einführung in die Thermodynamik 215 10 Temperatur 218 10.1 Definition der Temperaturskala 218 10.2 Thermische Ausdehnung 223 10.3 Temperaturmessung 228 10.4 Noch einmal in Kürze 229 10.5 Aufgaben 230 11 Ideale Gasgleichung 232 11.1 Die Basiseinheit Mol 232 11.2 Aufstellung der idealen Gasgleichung 235 11.3 Noch einmal in Kürze 239 11.4 Aufgaben 240 12 Kinetische Gastheorie 242 12.1 Definition des idealen Gases 242 12.2 Grundgleichung der kinetischen Gastheorie 243 12.3 Die Einheit Kelvin 249 12.4 Geschwindigkeitsverteilung 249 12.5 Noch einmal in Kürze 253 12.6 Aufgaben 254 13 Erster Hauptsatz der Thermodynamik 256 13.1 Wärme 256 13.2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik 257 13.3 Wärmeübergang 259 13.4 Volumenänderungsarbeit 262 13.5 Gleichverteilungssatz und Wärmekapazität 266 13.6 Adiabatische Zustandsänderungen 272 13.7 Noch einmal in Kürze 276 13.8 Aufgaben 278 14 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 282 14.1 Formulierungen von Clausius und Kelvin 282 14.2 Reversible und irreversible Prozesse 285 14.3 Wirkungsgrad reversibler und irreversibler Prozesse 292 14.4 Der Carnot-Prozess 294 14.5 Entropie * 302 14.6 Dritter Hauptsatz der Thermodynamik 312 14.7 Noch einmal in Kürze 312 14.8 Aufgaben 313 15 Phasenumwandlungen 319 15.1 Umwandlungswärmen und -temperaturen 319 15.2 Verdampfung und Kondensation 324 15.3 p,T-Diagramme 332 15.4 Zustandsgleichung realer Gase * 337 15.5 Verflüssigung von Gasen * 340 15.6 Kältemaschinen 342 15.7 Noch einmal in Kürze 347 15.8 Aufgaben 350 16 Wärmeübertragung 354 16.1 Wärmeleitung 354 16.2 Konvektion 362 16.3 Wärmestrahlung 364 16.4 Strahlungsaustausch * 377 16.5 Noch einmal in Kürze 379 16.6 Aufgaben 381 Lösungen Lösungen: 2 Kinematik der Massenpunkte 387 Lösungen: 3 Die Newtonschen Axiome und Kräfte 391 Lösungen: 4 Arbeit, Energie und Leistung 399 Lösungen: 5 Impuls- und Drehimpulssatz 412 Lösungen: 6 Starrer Körper 421 Lösungen: 7 Lineare Schwingungen 431 Lösungen: 8 Strömungslehre 443 Lösungen: 10 Temperatur 451 Lösungen: 11 Ideale Gasgleichung 453 Lösungen: 12 Kinetische Gastheorie 457 Lösungen: 13 Erster Hauptsatz 458 Lösungen: 14 Zweiter Hauptsatz 464 Lösungen: 15 Phasenumwandlungen 475 Lösungen: 16 Wärmeübertragung 481 Stichwortverzeichnis 497 Periodensystem 512

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Book SynopsisPyrometrie und Thermografie Die Thermografie ist ein bildgebendes Verfahren, um Oberflächentemperaturen von Objekten anzuzeigen. Dies erfolgt, indem man die Intensität der Infrarotstrahlung, die von einem bestimmten Punkt ausgeht, misst und daraus die dort herrschende Temperatur berechnet. Als Messgeräte dazu werden Thermografie-Kameras verwendet. Wird die Temperatur nur an einem Punkt gemessen, spricht man von Pyrometrie, die entsprechenden Geräte werden als Pyrometer bezeichnet. Die berührungslose Temperaturmessung ist überall dort von großem Interesse, wo hohe Temperaturen auftreten, harsche Bedingungen herrschen oder der Messort nicht erreicht werden kann. Das ist zum Beispiel in der Prozessmesstechnik, in Gießereien und Stahlwerken oder der Überwachung von brandanfälligen Umgebungen (Wälder, Müllplätze) der Fall. Das Buch wendet sich an alle, die Pyrometer und Thermografie-Kameras nutzen und typischerweise mit den zu überwachenden Prozessen vertraut sind, aber oft nicht mit der einzusetzenden Messtechnik. Deshalb fokussiert es auf die Anwendung von Pyrometern und Thermografie-Kameras und macht auf übersichtliche Weise mit den Grundlagen, den Fehlereinflüssen, den Grenzen hinsichtlich der thermischen, zeitlichen und räumlichen Auflösung und der erreichbaren Messgenauigkeit vertraut.Table of ContentsVorwort ix Symbolverzeichnis xi Abkürzungsverzeichnis xv 1 Einführung 1 1.1 Infrarotstrahlung 1 1.2 Technische Anwendungen 4 1.3 Vorteile der berührungslosen Temperaturmessung 6 1.4 Historische Entwicklung 7 Literatur 12 2 Radiometrische Grundlagen 13 2.1 Strahlungsphysik 13 2.1.1 Ausbreitung von Strahlung 13 2.1.2 Ausbreitung in verlustfreien Medien 16 2.2 Strahlungsgrößen 22 2.2.1 Strahlungsfeldbezogene Größen 22 2.2.2 Senderseitige Größen 23 2.2.3 Empfängerseitige Größen 24 2.2.4 Spektrale Größen 24 2.2.5 Absorption, Reflexion und Transmission 26 2.3 Strahlungsgesetze 27 2.3.1 Planck’sches Strahlungsgesetz 27 2.3.2 Wien’sches Verschiebungsgesetz 31 2.3.3 Stefan-Boltzmann-Gesetz 34 2.3.4 Kirchhoff’sches Strahlungsgesetz 36 2.3.5 Fotometrisches Grundgesetz 37 2.4 Emission 46 2.4.1 Emissionsgrad 46 2.4.2 Schwarze Strahler 48 2.4.3 Emission realer Körper 56 2.4.4 Bestimmung des Emissionsgrades 61 2.5 Reflexion 64 2.5.1 Reflexionsgrad 64 2.5.2 Reflexion an Grenzflächen 65 2.5.3 ReflexionandünnendielektrischenSchichten 66 2.6 Transmission 70 2.6.1 Transmissionsgrad 70 2.6.2 Transmission von Körpern 71 2.6.3 Transmission der Atmosphäre 75 2.6.4 Abhängigkeit von der CO 2 -Konzentration 81 Literatur 82 3 Sensor- und Gerätekennwerte 85 3.1 Thermische Auflösung 85 3.1.1 Empfindlichkeit 85 3.1.2 Rauschen 89 3.1.3 Rauschäquivalente Leistung NEP 106 3.1.4 Detektivität 108 3.1.5 Rauschäquivalente Temperaturdifferenz NETD 110 3.1.6 Inhomogenitätsäquivalente Temperaturdifferenz IEDT 113 3.2 Räumliche Auflösung 115 3.2.1 Optisch-geometrische Beziehungen einer scharfen Abbildung 115 3.2.2 Begrenzung der Ortsauflösung 117 3.2.3 Spaltbildfunktion und Messfleckgröße 119 3.2.4 Modulationsübertragungsfunktion MTF 121 3.3 Zeitliche Auflösung 132 3.3.1 Zeitkonstante 133 3.3.2 Einstellzeit 135 3.3.3 Erfassungszeit 137 3.4 Zusammenfassung 137 Literatur 137 4 Infrarotsensoren 139 4.1 Thermische Infrarotsensoren 140 4.1.1 Wirkprinzipien 140 4.1.2 Thermoelektrische Strahlungssensoren 145 4.1.3 Pyroelektrische Sensoren 147 4.1.4 Mikrobolometer 149 4.2 Photonensensoren 153 4.2.1 Wirkprinzipien 154 4.2.2 Fotowiderstände 162 4.2.3 Fotodioden 166 4.2.4 Bildgebene Photonensensoren 168 4.3 Vergleich von thermischen und photonischen Sensoren 170 4.3.1 Thermische Auflösung 172 4.3.2 Zeitliche Auflösung 173 4.3.3 Kosten 173 4.3.4 Energieverbrauch 174 4.4 Kühlung von Sensoren 174 4.4.1 Thermoelektrische Kühler 175 4.4.2 Direktkontaktkühlung 176 4.4.3 Joule-Thomson-Kühler 177 4.4.4 Kleinkältemaschinen 178 4.4.5 Vergleich der Kühlverfahren 180 Literatur 182 5 Pyrometer 187 5.1 Aufbau und Funktionsweise 187 5.1.1 Grundaufbau 187 5.1.2 Funktionsweise 188 5.1.3 Berücksichtigung parasitärer Strahlungsanteile 191 5.1.4 Pyrometergleichung 192 5.2 Grundtypen 193 5.2.1 Gleichlichtpyrometer 194 5.2.2 Wechsellichtpyrometer 194 5.3 Messverfahren 196 5.3.1 Gesamtstrahlungspyrometer 198 5.3.2 Spektralpyrometer 202 5.3.3 Bandstrahlungspyrometer 206 5.3.4 Verhältnispyrometer 212 5.3.5 Mehrkanalpyrometer 218 5.4 Messunsicherheit 220 5.4.1 Kalibrierung 220 5.4.2 Absolute und relative Messunsicherheit 221 5.4.3 Umfeldfaktor SSE 223 5.5 Kenngrößen und Klassifizierung 226 5.5.1 Kenngrößen 226 5.5.2 Klassifizierung von Pyrometern 227 5.5.3 Spezielle Baugruppen für Pyrometer 231 5.6 Auswahl eines für eine Messaufgabe geeigneten Pyrometers 234 5.6.1 Allgemeine pyrometrische Messungen 235 5.6.2 Pyrometrische Temperaturmessungen an speziellen Materialien 238 5.6.3 Applikationen mit Quotientenpyrometern 240 Literatur 241 6 Thermografie 243 6.1 Aufbau und Funktionsweise 244 6.1.1 Aufbau 244 6.1.2 Funktionsweise 245 6.2 Bauarten 247 6.2.1 Scannende Thermobildgeräte 247 6.2.2 Zeilenkameras 248 6.2.3 Starrende Thermobildkameras 249 6.3 Messverfahren 256 6.3.1 Bandstrahlungsthermobildgeräte 257 6.3.2 Spektralkameras 258 6.3.3 Räumliche Auflösung 259 6.4 Justage 264 6.4.1 Ursachen der Ungleichförmigkeit 265 6.4.2 Arbeitspunkteinstellung 269 6.4.3 Korrektur defekter Pixel 272 6.4.4 Korrektur der Ungleichförmigkeit (NUC) 279 6.4.5 Radiometrische Justage 297 6.4.6 Zusammenfassung 299 6.5 Messunsicherheit 301 6.5.1 Ungleichförmigkeit 301 6.5.2 Umfeldeinfluss (Size-of-Source-Effekt) 302 6.5.3 Kalibrierung 304 6.6 Kenngrößen und Klassifizierung 305 6.6.1 Kenngrößen von Thermobildgeräten 305 6.6.2 Klassifikation von Thermobildgeräten 308 6.7 Auswahl einer für eine Messaufgabe geeigneten Thermobildkamera 311 6.7.1 Allgemeine Messungen mit Bandstrahlungsthermobildgeräten 313 6.7.2 Bandstrahlungsthermobildgeräte für konkrete Anwendungen 314 6.7.3 Spektralkameras 314 6.8 Anwendungen 315 6.8.1 Passive Thermografie 315 6.8.2 Aktive Thermografie 317 6.8.3 Auswertemethoden in der Thermografie 318 Literatur 319 Stichwortverzeichnis 323

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Book SynopsisAusführliche Darstellung der technischen und nicht-technischen Aspekte der modernen Beleuchtungstechnik im Blick auf die Wirkung auf den Menschen! Die moderne Lichttechnik befasst sich nicht nur mit den technischen Aspekten von Beleuchtung in Innenräumen, sondern auch mit der Wirkung unterschiedlicher Arten von Beleuchtung auf den Menschen. Über die genaue Kenntnis der physikalischen Eigenschaften von Licht und der Lichterzeugung hinaus werden dazu validierte physiologische und psychologische Wahrnehmungsmodelle benötigt, auf deren Basis Hersteller von Leuchtmitteln und Anbieter von Lichttechniklösungen Design- und Entwicklungsentscheidungen treffen können. Dieses Buch gibt einen Überblick über das Forschungsgebiet des Human Centric Integrative Lighting, also der menschzentrierten Innenraumbeleuchtungstechnik. Nach einer Zusammenfassung der Grundlagen der Lichttechnik im Zusammenspiel mit der menschlichen Wahrnehmung und dem aktuellen Stand der heutigen Innenraumbeleuchtung legen die Autoren die Grundprinzipien des Human Centric Integrative Lighting dar und schildern ausführlich Aspekte wie visuelle Leistungen, Farbqualität und emotionale Wirkung sowie die Korrelation der relevanten Parameter. Im Anschluss diskutieren sie umfassende Lichtqualitätsmodelle und leiten daraus Empfehlungen für die praktische Umsetzung des Konzepts des Human Centric Integrative Lighting ab. * Geballtes Expertenwissen: das Buch ist geschrieben von Deutschlands führenden Wissenschaftlern auf dem Gebiet der Lichttechnik * Kohärente Zusammenfassung des Forschungsstands: das Buch kombiniert die relevanten Forschungsergebnisse aus Zeitschriften, Patentschriften und Normen zu einem einheitlichen Ganzen * Praxisorientierter Ansatz: die wissenschaftlichen Erkenntnisse werden zu Modellen kondensiert, die für Entwickler direkt nutzbar sindTable of ContentsVorwort und Danksagung v 1 Einleitung und Motivation 1 1.1 Einfuhrung: ein historischer Ruckblick und aktuelle Fragestellungen 1 Literatur 4 2 Grundlagen der Lichttechnik – visuelle und nicht visuelle Grundaspekte 5 2.1 Das menschliche Sehsystem: visuelle und nicht visuelle Signalverarbeitung 5 2.2 Lichttechnische und farbmetrische Kenngrosen 10 2.2.1 Lichttechnik und Farbmetrik 10 2.2.2 Farbmetrik: CIE-Normvalenzsystem und CIE-Normfarbtafel 11 2.2.3 Farberscheinung, Farbumstimmung, Farbraume, Farbdifferenzformeln 14 2.2.4 Das CIECAM02-Farberscheinungsmodell 16 2.2.5 CAM02-UCS-Farbraum 19 2.3 Grundlagen der nicht visuellen Aspekte 19 2.3.1 Melatoninunterdruckung in der Nacht 19 2.3.2 Modellierung der Melatoninunterdruckung in der Nacht mit dem zirkadianen Stimulus (CS) und dem melanopischenWirkungsfaktor 21 2.3.3 Spektrale Aktivitatsfunktionen nach der CIE 24 2.3.4 Mathematische Zusammenhange zwischen circadian stimulus (CS), melanopischer Beleuchtungsstarke und D65-aquivalenter Beleuchtungsstarke 25 Literatur 26 3 Grundprinzipien von Human Centric Lighting/integrativer Beleuchtung 29 3.1 Grundsatzliche Fragestellungen, allgemeine Aspekte 29 3.2 Eingangsgrosen – eine Systematik 31 3.3 Gehirnverarbeitung zur Bildung subjektiver und objektiver Verhaltensgrosen 34 3.3.1 Visuelle Verarbeitungssysteme 34 3.3.2 Verarbeitungszentren und Ubertragungsbahnen fur nicht visuelle Lichtwirkungen 40 3.4 Timing-System, zirkadianer Rhythmus und Schlafverhalten 44 3.4.1 Fragestellungen 44 3.4.2 Timing-System: Entrainment, Zeitgeberrolle 45 3.4.3 PRC-Funktion, Phasenverschiebung 46 3.4.4 Chronotypen, Schlafverhalten 47 3.5 Ausgangsgrosen des visuellen und des nicht visuellen Gehirnverarbeitungsapparats: eine Systematik 49 3.6 Grundaspekte von Human Centric Lighting – Integrative Lighting 49 3.7 Werkzeuge und Methoden fur die Ermittlung der subjektiv und objektiv messbaren Lichtwirkungen 53 3.7.1 Fragebogen zur umfassenden subjektiven Bestimmung der Beleuchtungsqualitat von Innenraumen 53 3.7.2 Fragebogen zum Schlafverhalten, Schlafrigkeit,Wachheit – subjektive Basis 54 3.7.3 Objektive Methoden undWerkzeuge 55 Literatur 56 4 Sehleistungen – Arbeitsleistungen 59 4.1 Stand der Normung fur Innenraumbeleuchtung am Beispiel der DIN EN 12464 59 4.2 Sehleistungen 64 4.2.1 Definition und Einflussfaktoren 64 4.2.2 Das RVP-Modell von Rea, 1991 66 4.2.3 Das Modell von Kokoschka auf der Datenbasis vonWeston 70 4.3 Arbeitsleistungen 73 4.3.1 Zuordnung der Arbeitsleistungsaspekte 73 4.3.2 Modell zur Beanspruchungsregulation bei schlechter Beleuchtung 74 4.3.3 Einfluss des Beleuchtungsniveaus auf die geistige Arbeit 76 4.3.4 Einfluss des Beleuchtungsniveaus auf die Arbeitsleistung an Industriearbeitsplatzen 81 4.3.5 Zusammenfassung der Aussagekraft der Sehleistungs- und Arbeitsleistungsergebnisse – vorlaufige Konsequenzen fur die Innenraumbeleuchtung 84 Literatur 85 5 Moderne Aspekte der Helligkeit und der visuellen Klarheit im Kontext der Lichtqualität und visuelle Leistung 87 5.1 Einfuhrung 87 5.2 Versuchsmethode der Probandenstudie 92 5.3 Modellierung der Helligkeit und der visuellen Klarheit 94 5.4 Zusammenfassung 99 Literatur 100 6 Farbqualität und psychophysisch-emotionale Aspekte, Laborexperimente 103 6.1 Einleitung 103 6.2 Bevorzugte horizontale Beleuchtungsstarken 104 6.3 Bevorzugte Leuchtdichten von derWand am Monitorarbeitsplatz 106 6.3.1 Einfuhrung 106 6.3.2 Versuchsmethode 107 6.3.3 Auswertung der Ergebnisse 112 6.3.4 Zusammenfassung 112 6.4 Bevorzugte Farbtemperaturen 114 6.4.1 Einfuhrung 114 6.4.2 Experimentelle Methode 115 6.4.3 Ergebnisse und Diskussion 120 6.5 Bevorzugte Bereiche von Farbtemperaturen und Beleuchtungsstarken 122 6.5.1 Das Wesen der Beleuchtungsstarke und der Farbtemperatur 122 6.5.2 Beleuchtungsstarke und Farbtemperatur in der Literatur 123 6.5.3 Visuelle Experimente zum kombinierten Effekt von Farbtemperatur und Beleuchtungsstarke 125 6.5.4 Ergebnisse: kombinierter Effekt von Farbtemperatur und Beleuchtungsstarke 127 6.5.5 Abhangigkeit der bevorzugten Farbtemperatur und Beleuchtungsstarke von Alter und Geschlecht fur Aktivierung und Entspannung 128 6.6 Bevorzugte Farborte (Weistone) 130 6.6.1 Einfuhrung 130 6.6.2 Versuchsmethode 132 6.6.3 Ergebnisse 132 6.7 Farbqualitat 134 6.7.1 Wahrnehmungsaspekte der Farbqualitat 134 6.7.2 Modellierung der Farbpraferenz, der Naturlichkeit und der Lebhaftigkeit 139 6.7.3 Berucksichtigung von roten Objektfarben im Farbpraferenzmodell 144 6.8 Farbpraferenz fur die Beleuchtung des Hauttons 147 6.8.1 Einfuhrung 147 6.8.2 Methode des Versuchs zur Farbpraferenz fur die Beleuchtung des Hauttons 147 6.8.3 Ergebnisse der subjektiven Skalierung der Farbpraferenz fur den Hautton und optimale Sattigungsstufen 152 6.9 Farbwiedergabeindizes und deren semantische Bedeutung 155 6.9.1 Einfuhrung 155 6.9.2 Methodik des Experiments zur semantischen Bedeutung der Farbwiedergabeindizes 155 6.9.3 Ergebnisse des Experiments zur semantischen Bedeutung der Farbwiedergabeindizes 158 6.10 Zusammenfassung des Kapitels 6: Vorlaufige Konsequenzen fur die Innenraumbeleuchtung 159 Literatur 160 7 Neue Lichtqualitätsmodelle aus Laborexperimenten und Validation in Feldversuchen 163 7.1 Einfuhrung 163 7.2 Eingangs- und Ausgangsparameter der Lichtqualitatsmodelle 165 7.2.1 Eingangsparameter 165 7.2.2 Ausgangsparameter 165 7.3 Versuchsanordnungen fur die Lichtqualitatsmodelle 166 7.4 Gleichungen der Lichtqualitatsmodelle 170 7.4.1 Helligkeit 170 7.4.2 Visuelle Klarheit 171 7.4.3 Farbpraferenz 173 7.4.4 Szenenpraferenz 175 7.5 Modellierung mit dem circadian stimulus (CS) 175 7.5.1 Berechnungsmethode 178 7.5.2 Helligkeit 178 7.5.3 Visuelle Klarheit (VC) 179 7.5.4 Farbpraferenz (CP) 179 7.5.5 Szenenpraferenz (SP) 181 7.5.6 Visualisierung der VC-, CP- und SP-Modelle in Konturdiagrammen 181 7.6 Validation der Lichtqualitatsmodelle in drei Museen in Japan 183 7.7 Zusammenfassung 185 Literatur 187 8 Korrelationsanalyse der HCL-Kenngrößen und Konsequenzen für die Messtechnik nicht visueller Effekte 191 8.1 Generelle Betrachtung der Korrelation der Kenngrosen fur visuelle Leistung, Farbqualitat und nicht visuelle Wirkungen 191 8.1.1 Einfuhrung 191 8.1.2 Bewertung der Farbwiedergabeindizes 195 8.1.3 Bewertungen der Helligkeitskenngrosen 197 8.1.4 MelanopischeWirkung und Farbwiedergabe 199 8.2 Spezifische Betrachtung der Korrelation der Kenngrosen fur visuelle Leistung, Farbqualitat und nicht visuelle Wirkungen 200 8.3 Struktur und Kategorien der Eingangskenngrosen im HCL-System 202 Literatur 207 9 Psychophysisch-emotionale Aspekte – visueller Komfort und nicht visuelle Wirkungen 209 9.1 Psychologisch-emotionale Aspekte der Lichtwirkung 209 9.1.1 Einfuhrung 209 9.1.2 Psychologische Wirkung der veranderlichen Lichtsituationen, Raumwirkung 212 9.2 Raumeindruck, Raumhelligkeit und Gesichtsfeldleuchtdichte 219 9.3 Visueller Komfort – Flimmern und stroboskopische Effekte 221 9.3.1 Pulsweitenmodulation und Konstantstromregelung 221 9.3.2 Flimmern und stroboskopische Effekte 221 9.3.3 Stand der Forschung 222 9.3.4 Untersuchung 224 9.3.5 Ergebnisse 228 9.3.6 Fazit 232 9.4 Nicht visuelle Lichtwirkungen in den nachtlichen Stunden 232 9.4.1 Einfuhrung 233 9.4.2 Lichtwirkungen in nachtlichen Stunden mit polychromatischem weisem Licht 233 9.4.3 Lichtwirkungen in nachtlichen Stunden mit quasimonochromatischem Licht 238 9.4.4 Bildung einerMetrik zur Charakterisierung der zeitabhangigen Melatoninunterdruckung 241 9.4.5 Bestimmung der potenziellen Ursachen fur dieMelatoninunterdruckung in nachtlichen Stunden 244 9.4.6 Beleuchtungstechnische Aspekte fur die Schichtarbeiten 246 9.5 Psychologische und gesundheitliche Aspekte von Tageslicht 252 9.5.1 Psychologische Aspekte 253 9.5.2 Gesundheitliche Aspekte von Tageslicht 255 9.5.3 Quantitative Charakteristik von Tageslicht und elektrischem Licht – ein Vergleich 258 9.6 Einflusse von Lichtintensitat und Zeitpunkt der Lichtexposition auf das Schlafverhalten 264 9.7 Lichtwirkungen auf dieWachheit – Literaturanalyse verschiedener Publikationen 267 9.7.1 Wachheit in den abendlichen und nachtlichen Stunden 267 9.7.2 Wachheit in der Tageszeit 268 9.8 Ergebnisse der Lichtwirkung auf dieWachheit in der Fruhschicht in einem Industriebetrieb 272 9.8.1 Ergebnisse der Datenauswertung 273 9.8.2 Zusammenfassung und Diskussion 274 Literatur 275 10 Praktische HCL-Lichtmesstechnik im Innen- und Außenbereich 281 10.1 Einfuhrung 281 10.2 Arbeitsthesen und Fragestellungen fur die HCL-Lichtmesstechnik 283 10.3 Lichtmesstechnische Aspekte 286 10.3.1 Gesichtsfeldeinteilung 286 10.3.2 Derzeitige Definitionen der zirkadian wirksamen Bestrahlungsstarke 287 10.3.3 Ermittlung von circadian stimulus (CS) durch die vertikale Beleuchtungsstarke und Normfarbwertanteile z 292 10.3.4 Ermittlung von circadian stimulus (CS) durch die vertikale Beleuchtungsstarke und die ahnlichste Farbtemperatur CCT 294 10.4 Zirkadian wirksame Bestrahlung im Ausen- und Innenbereich durch integrale Feldmessungen 296 10.4.1 Die Feldmessungen im Winter 297 10.4.2 Feldmessungen an einem Sommertag 298 10.4.3 Feldmessungen am Abend eines Herbsttages 300 10.5 Tageslichtmessung – fundamentale und praktische Ansatze 304 10.5.1 Fundamentale spektrale Messung der Tageslichtspektren 304 10.6 HCL-Lichtmessungen an Buroarbeitsplatzen 310 10.6.1 BenotigteMessgrosen sowie verwendeteMesstechnik 310 10.6.2 Messaufbau 311 10.6.3 Messraume 312 10.6.4 Messergebnisse an verschiedenen Buroarbeitsplatzen 313 Literatur 316 11 Technologische Aspekte der HCL – Beleuchtung in Gebäuden 319 11.1 Einfuhrung in die Thematik Smart Lighting 319 11.2 Technische Grundlagen von Smart Lighting 323 11.3 Struktur von Cloud-Software und Applikationsfalle 331 11.4 Lichtregelung und spektrale Optimierung fur hochqualitatives und gesundes Licht 334 11.4.1 Stufen der Realisierungsmoglichkeiten der Leuchten fur die HCL-Beleuchtungstechnik 334 11.4.2 Stufen 1 und 2 mit konstanter Farbtemperatur 335 11.4.3 Entwicklungsstufen 3 und 4 mit variabler Farbtemperatur und variable Beleuchtungsstarke 343 11.4.4 Entwicklungsstufe 5 mit variabler Farbtemperatur, variabler Beleuchtungsstarke und mit einer hohen Farbqualitat 344 11.4.5 Entwicklungsstufe 6 mit variabler Farbtemperatur, variabler Beleuchtungsstarke und Tageslichtberucksichtigung 346 11.5 Farb- und Lichtsensorik 352 Literatur 356 12 HCL-Orientierte Beleuchtungsplanung – Grundaspekte und Umsetzung 359 12.1 Einordnung von HCL-Konzeption des Prozesses der Beleuchtungsqualitat 359 12.1.1 Konzeptionen und Gedankenprozesse uber die Beleuchtungsqualitat bis ins Jahr 2002 359 12.1.2 Derzeitiger Literaturstand und neue Gedanken uber die Beleuchtungsqualitat 366 12.1.3 Zusammenfassende Konzeption uber HCL und Beleuchtungsqualitat – ein Konzeptentwurf 368 12.2 Prozess und Einflussfaktoren zur Erzielung der Beleuchtungsqualitat – Lichtplanung 370 12.2.1 Ziele und Einordnung der HCL-orientierten Lichtplanung 370 12.2.2 Prozessschritte der HCL-orientierten Lichtplanung 371 12.3 Tageslicht und Tageslichtplanung 377 12.3.1 Einfuhrung 377 12.3.2 Tageslicht in lichtplanerischer Sicht – Tageslichtplanung im Rahmen der Normung 378 12.3.3 Tageslichtplanung fur nicht visuelle Effekte 380 12.3.4 Einige Daten uber Tageslichtwirkungen 381 12.4 Spezifikation der HCL-Beleuchtungsanlagen fur Tageszeit – Entwurf fur eine Empfehlung 382 12.4.1 Einfuhrung 382 12.4.2 Beleuchtungsniveau, zirkadian wirksame Beleuchtungsstarken 383 12.5 Dynamisches Licht – Steuerkurven 392 12.6 Beleuchtung fur Nutzer/-innenmit hoherem Lichtbedarf 398 12.6.1 Das Sehen im Alter – einige Aspekte 399 12.6.2 Beleuchtung fur Altenheime und an Demenz erkrankten Menschen 403 12.6.3 Vorschlag fur die Beleuchtungsplanung fur Altenheime und Pflegeheime 406 Literatur 408 13 Zusammenfassung und Ausblick 413 13.1 Zusammenfassung 413 13.2 Ausblick 417 Anhang A Einheitliche Bewertung von Lichtsituationen mit dem LiTG-Fragebogen (Deutsche Lichttechnische Gesellschaft e. V.) 419 Literatur 422 Stichwortverzeichnis 423

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Book SynopsisPhysics and Chemistry of Interfaces Comprehensive textbook on the interdisciplinary field of interface science, fully updated with new content on wetting, spectroscopy, and coatings Physics and Chemistry of Interfaces provides a comprehensive introduction to the field of surface and interface science, focusing on essential concepts rather than specific details, and on intuitive understanding rather than convoluted math. Numerous high-end applications from surface technology, biotechnology, and microelectronics are included to illustrate and help readers easily comprehend basic concepts. The new edition contains an increased number of problems with detailed, worked solutions, making it ideal as a self-study resource. In topic coverage, the highly qualified authors take a balanced approach, discussing advanced interface phenomena in detail while remaining comprehensible. Chapter summaries with the most important equations, facts, and phenomena are included to aid the reader in information retention. A few of the sample topics included in Physics and Chemistry of Interfaces are as follows: Liquid surfaces, covering microscopic picture of a liquid surface, surface tension, the equation of Young and Laplace, and curved liquid surfaces Thermodynamics of interfaces, covering surface excess, internal energy and Helmholtz energy, equilibrium conditions, and interfacial excess energies Charged interfaces and the electric double layer, covering planar surfaces, the Grahame equation, and limitations of the Poisson-Boltzmann theory Surface forces, covering Van der Waals forces between molecules, macroscopic calculations, the Derjaguin approximation, and disjoining pressure Physics and Chemistry of Interfaces is a complete reference on the subject, aimed at advanced students (and their instructors) in physics, material science, chemistry, and engineering. Researchers requiring background knowledge on surface and interface science will also benefit from the accessible yet in-depth coverage of the text.Table of Contents1. Introduction 2. Liquid Surfaces 2.1 Microscopic Picture of a Liquid Surface 2.2 Surface Tension 2.3 Equation of Young and Laplace 2.3.1 Curved Liquid Surfaces 2.3.2 Derivation of Young?Laplace Equation 2.3.3 Applying the Young?Laplace Equation 2.4 Techniques to Measure Surface Tension 2.5 Kelvin Equation 2.6 Capillary Condensation 2.7 Nucleation Theory 2.8 Summary 2.9 Exercises 3. Thermodynamics of Interfaces 3.1 Thermodynamic Functions for Bulk Systems 3.2 Surface Excess 3.3 Thermodynamic Relations for Systems with an Interface 3.3.1 Internal Energy and Helmholtz Energy 3.3.2 Equilibrium Conditions 3.3.3 Location of Interface 3.3.4 Gibbs Energy and Enthalpy 3.3.5 Interfacial Excess Energies 3.4 Pure Liquids 3.5 Gibbs Adsorption Isotherm 3.5.1 Derivation 3.5.2 System of Two Components 3.5.3 Experimental Aspects 3.5.4 Marangoni Effect 3.6 Summary 3.7 Exercises 4. Charged Interfaces and the Electric Double Layer 4.1 Introduction 4.2 Poisson?Boltzmann Theory of Diffuse Double Layer 4.2.1 Poisson?Boltzmann Equation 4.2.2 Planar Surfaces 4.2.3 The Full One-Dimensional Case 4.2.4 The Electric Double Layer around a Sphere 4.2.5 Grahame Equation 4.2.6 Capacitance of Diffuse Electric Double Layer 4.3 Beyond Poisson?Boltzmann Theory 4.3.1 Limitations of Poisson?Boltzmann Theory 4.3.2 Stern Layer 4.4 Gibbs Energy of Electric Double Layer 4.5 Electrocapillarity 4.5.1 Theory 4.5.2 Measurement of Electrocapillarity 4.6 Examples of Charged Surfaces 4.7 Measuring Surface Charge Densities 4.7.1 Potentiometric Colloid Titration 4.7.2 Capacitances 4.8 Electrokinetic Phenomena: the Zeta Potential 4.8.1 Navier?Stokes Equation 4.8.2 Electro-Osmosis and Streaming Potential 4.8.3 Electrophoresis and Sedimentation Potential 4.9 Types of Potential 4.10 Summary 4.11 Exercises 5. Surface Forces 5.1 Van der Waals Forces between Molecules 5.2 Van der Waals Force between Macroscopic Solids 5.2.1 Microscopic Approach 5.2.2 Macroscopic Calculation ? Lifshitz Theory 5.2.3 Retarded Van der Waals Forces 5.2.4 Surface Energy and the Hamaker Constant 5.3 Concepts for the Description of Surface Forces 5.3.1 The Derjaguin Approximation 5.3.2 Disjoining Pressure 5.4 Measurement of Surface Forces 5.5 Electrostatic Double-Layer Force 5.5.1 Electrostatic Interaction between Two Identical Surfaces 5.5.2 DLVO Theory 5.6 Beyond DLVO Theory 5.6.1 Solvation Force and Confined Liquids 5.6.2 Non-DLVO Forces in Aqueous Medium 5.7 Steric and Depletion Interaction 5.7.1 Properties of Polymers 5.7.2 Force between Polymer-Coated Surfaces 5.7.3 Depletion Forces 5.8 Spherical Particles in Contact 5.9 Summary 5.10 Exercises 6. Contact Angle Phenomena and Wetting 6.1 Young?s Equation 6.1.1 Contact Angle 6.1.2 Derivation 6.1.3 Line Tension 6.1.4 Complete Wetting and Wetting Transitions 6.1.5 Theoretical Aspects of Contact Angle Phenomena 6.2 Important Wetting Geometries 6.2.1 Capillary Rise 6.2.2 Particles at Interfaces 6.2.3 Network of Fibers 6.3 Measurement of Contact Angles 6.3.1 Experimental Methods 6.3.2 Hysteresis in Contact Angle Measurements 6.3.3 Surface Roughness and Heterogeneity 6.3.4 Superhydrophobic Surfaces 6.4 Dynamics of Wetting and Dewetting 6.4.1 Spontaneous Spreading 6.4.2 Dynamic Contact Angle 6.4.3 Coating and Dewetting 6.5 Applications 6.5.1 Flotation 6.5.2 Detergency 6.5.3 Microfluidics 6.5.4 Electrowetting 6.6 Thick Films: Spreading of One Liquid on Another 6.7 Summary 6.8 Exercises 7. Solid Surfaces 7.1 Introduction 7.2 Description of Crystalline Surfaces 7.2.1 Substrate Structure 7.2.2 Surface Relaxation and Reconstruction 7.2.3 Description of Adsorbate Structures 7.3 Preparation of Clean Surfaces 7.3.1 Thermal Treatment 7.3.2 Plasma or Sputter Cleaning 7.3.3 Cleavage 7.3.4 Deposition of Thin Films 7.4 Thermodynamics of Solid Surfaces 7.4.1 Surface Energy, Surface Tension, and Surface Stress 7.4.2 Determining Surface Energy 7.4.3 Surface Steps and Defects 7.5 Surface Diffusion 7.5.1 Theoretical Description of Surface Diffusion 7.5.2 Measurement of Surface Diffusion 7.6 Solid?Solid Interfaces 7.7 Microscopy of Solid Surfaces 7.7.1 Optical Microscopy 7.7.2 Electron Microscopy 7.7.3 Scanning Probe Microscopy 7.8 Diffraction Methods 7.8.1 Diffraction Patterns of Two-Dimensional Periodic Structures 7.8.2 Diffraction with Electrons, X-Rays, and Atoms 7.9 Spectroscopic Methods 7.9.1 Optical Spectroscopy of Surfaces 7.9.2 Spectroscopy Using Mainly Inner Electrons 7.9.3 Spectroscopy with Outer Electrons 7.9.4 Secondary Ion Mass Spectrometry 7.10 Summary 7.11 Exercises 8. Adsorption 8.1 Introduction 8.1.1 Definitions 8.1.2 Adsorption Time 8.1.3 Classification of Adsorption Isotherms 8.1.4 Presentation of Adsorption Isotherms 8.2 Thermodynamics of Adsorption 8.2.1 Heats of Adsorption 8.2.2 Differential Quantities of Adsorption and Experimental Results 8.3 Adsorption Models 8.3.1 Langmuir Adsorption Isotherm 8.3.2 Langmuir Constant and Gibbs Energy of Adsorption 8.3.3 Langmuir Adsorption with Lateral Interactions 8.3.4 BET Adsorption Isotherm 8.3.5 Adsorption on Heterogeneous Surfaces 8.3.6 Potential Theory of Polanyi 8.4 Experimental Aspects of Adsorption from Gas Phase 8.4.1 Measuring Adsorption to Planar Surfaces 8.4.2 Measuring Adsorption to Powders and Textured Materials 8.4.3 Adsorption to Porous Materials 8.4.4 Special Aspects of Chemisorption 8.5 Adsorption from Solution 8.6 Summary 8.7 Exercises 9. Surface Modification 9.1 Introduction 9.2 Physical and Chemical Vapor Deposition 9.2.1 Physical Vapor Deposition 9.2.2 Chemical Vapor Deposition 9.3 Soft Matter Deposition 9.3.1 Self-Assembled Monolayers 9.3.2 Physisorption of Polymers 9.3.3 Polymerization on Surfaces 9.3.4 Plasma Polymerization 9.4 Etching Techniques 9.5 Lithography 9.6 Summary 9.7 Exercises 10. Friction, Lubrication, and Wear 10.1 Friction 10.1.1 Introduction 10.1.2 Amontons? and Coulomb?s Law 10.1.3 Static, Kinetic, and Stick-Slip Friction 10.1.4 Rolling Friction 10.1.5 Friction and Adhesion 10.1.6 Techniques to Measure Friction 10.1.7 Macroscopic Friction 10.1.8 Microscopic Friction 10.2 Lubrication 10.2.1 Hydrodynamic Lubrication 10.2.2 Boundary Lubrication 10.2.3 Thin-Film Lubrication 10.2.4 Superlubricity 10.2.5 Lubricants 10.3 Wear 10.4 Summary 10.5 Exercises 11. Surfactants, Micelles, Emulsions, and Foams 11.1 Surfactants 11.2 Spherical Micelles, Cylinders, and Bilayers 11.2.1 Critical Micelle Concentration 11.2.2 Influence of Temperature 11.2.3 Thermodynamics of Micellization 11.2.4 Structure of Surfactant Aggregates 11.2.5 Biological Membranes 11.3 Macroemulsions 11.3.1 General Properties 11.3.2 Formation 11.3.3 Stabilization 11.3.4 Evolution and Aging 11.3.5 Coalescence and Demulsification 11.4 Microemulsions 11.4.1 Size of Droplets 11.4.2 Elastic Properties of Surfactant Films 11.4.3 Factors Influencing the Structure of Microemulsions 11.5 Foams 11.5.1 Classification, Application, and Formation 11.5.2 Structure of Foams 11.5.3 Soap Films 11.5.4 Evolution of Foams 11.6 Summary 11.7 Exercises 12. Thin Films on Surfaces of Liquids 12.1 Introduction 12.2 Phases of Monomolecular Films 12.3 Experimental Techniques to Study Monolayers 12.3.1 Optical Microscopy 12.3.2 Infrared and Sum Frequency Generation Spectroscopy 12.3.3 X-Ray Reflection and Diffraction 12.3.4 Surface Potential 12.3.5 Rheologic Properties of Liquid Surfaces 12.4 Langmuir?Blodgett Transfer 12.5 Summary 12.6 Exercises 13. Solutions to Exercises 14. Analysis of Diffraction Patterns 14.1 Diffraction at Three-Dimensional Crystals 14.1.1 Bragg Condition 14.1.2 Laue Condition 14.1.3 Reciprocal Lattice 14.1.4 Ewald Construction 14.2 Diffraction at Surfaces 14.3 Intensity of Diffraction Peaks Appendix A Symbols and Abbreviations References Index

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Book SynopsisAsymptotic Perturbation Methods Cohesive overview of powerful mathematical methods to solve differential equations in physics Asymptotic Perturbation Methods for Nonlinear Differential Equations in Physics addresses nonlinearity in various fields of physics from the vantage point of its mathematical description in the form of nonlinear partial differential equations and presents a unified view on nonlinear systems in physics by providing a common framework to obtain approximate solutions to the respective nonlinear partial differential equations based on the asymptotic perturbation method. Aside from its complete coverage of a complicated topic, a noteworthy feature of the book is the emphasis on applications. There are several examples included throughout the text, and, crucially, the scientific background is explained at an elementary level and closely integrated with the mathematical theory to enable seamless reader comprehension. To fully understand the concepts within this book, the prerequisites are multivariable calculus and introductory physics. Written by a highly qualified author with significant accomplishments in the field, Asymptotic Perturbation Methods for Nonlinear Differential Equations in Physics covers sample topics such as: Application of the various flavors of the asymptotic perturbation method, such as the Maccari method to the governing equations of nonlinear system Nonlinear oscillators, limit cycles, and their bifurcations, iterated nonlinear maps, continuous systems, and nonlinear partial differential equations (NPDEs) Nonlinear systems, such as the van der Pol oscillator, with advanced coverage of plasma physics, quantum mechanics, elementary particle physics, cosmology, and chaotic systems Infinite-period bifurcation in the nonlinear Schrodinger equation and fractal and chaotic solutions in NPDEs Asymptotic Perturbation Methods for Nonlinear Differential Equations in Physics is ideal for an introductory course at the senior or first year graduate level. It is also a highly valuable reference for any professional scientist who does not possess deep knowledge about nonlinear physics.Table of Contents1 THE ASYMPTOTIC PERTURBATION METHOD FOR NONLINEAR OSCILLATORS 1.1 Introduction 1.2 Nonlinear Dynamical Systems 1.3 The Approximate Solution 1.4 Comparison with the Results of the Numerical Integration 1.5 External Excitation in Resonance with the Oscillator 1.6 Conclusion 2 THE ASYMPTOTIC PERTURBATION METHOD FOR REMARKABLE NONLINEAR OSCILLATORS 2.1 Introduction 2.2 Periodic Solutions and their Stability 2.3 Global Analysis of the Model System 2.4 Infinite-Period Symmetric Homoclinic Bifurcation 2.5 A Few Considerations 2.6 A Peculiar Quasiperiodic Attractor 2.7 Building an Approximate Solution 2.8 Results from Numerical Simulation 2.9 Conclusion 3 THE ASYMPTOTIC PERTURBATION METHOD FOR VIBRATION CONTROL WITH TIME DELAY STATE FEEDBACK 3.1 Introduction 3.2 Time Delay State Feedback 3.3 The AP Method 3.4 Stability Analysis and Parametric Resonance Control 3.5 Suppression of the Two-Period Quasiperiodic Motion 3.6 Vibration Control for Other Nonlinear Systems 4 THE ASYMPTOTIC PERTURBATION METHOD FOR VIBRATION CONTROL WITH NONLOCAL DYNAMICS 4.1 Introduction 4.2 Vibration Control for the van der Pol Equation 4.3 Stability Analysis and Parametric Resonance Control 4.4 Suppression of the Two-Period Quasiperiodic Motion 4.5 Conclusion 5 THE ASYMPTOTIC PERTURBATION METHOD FOR NONLINEAR CONTINUOUS SYSTEMS 5.1 Introduction 5.2 The Approximate Solution for the Primary Resonance of the nth Mode 5.3 The Approximate Solution for the Subharmonic Resonance of Order One-Half of the nth Mode 5.4 Conclusion 6 THE ASYMPTOTIC PERTURBATION METHOD FOR DISPERSIVE NONLINEAR PARTIAL DIFFERENTIAL EQUATIONS 6.1 Introduction 6.2 Model Nonlinear PDEs Obtained from the Kadomtsev-Petviashvili Equation 6.3 The Lax Pair for the Model Nonlinear PDE 6.4 A Few Considerations 6.5 A Generalized Hirota Equation in 2+1 dimensions 6.6 Model Nonlinear PDEs Obtained from the KP equation 6.7 The Lax Pair for the Hirota-Maccari Equation 6.8 Conclusion 7 THE ASYMPTOTIC PERTURBATION METHOD FOR PHYSICS PROBLEMS 7.1 Introduction 7.2 Derivation of the Model System 7.3 Integrability of the Model System of Equations 7.4 Exact Solutions for the C-Integrable Model Equation 7.5 Conclusion 8 THE ASYMPTOTIC PERTURBATION METHOD FOR ELEMENTARY PARTICLE PHYSICS 8.1 Introduction 8.2 Derivation of the Model System 8.3 Integrability of the Model System of Equations 8.4 Exact solutions for the C-Integrable Model Equation 8.5 A Few Considerations 8.6 Hidden Symmetry Models 8.7 Derivation of the Model System 8.8 Coherent Solutions 8.9 Chaotic and Fractal Solutions 8.10 Conclusion 9 THE ASYMPTOTIC PERTURBATION METHOD FOR ROGUE WAVES IN NONLINEAR SYSTEMS 9.1 Introduction 9.2 The Mathematical Framework 9.3 The Maccari System 9.4 Rogue Waves Physical Explanation according to Maccari System and Blowing Solutions 9.5 Conclusion 10 THE ASYMPTOTIC PERTURBATION METHOD FOR FRACTAL AND CHAOTIC SOLUTIONS IN NONLINEAR PARTIAL DIFFERENTIAL EQUATIONS 10.1 Introduction 10.2 A new Integrable System from the Dispersive Long Wave Equation 10.3 Nonlinear Coherent Solutions 10.4 Chaotic and Fractal Solutions 10.5 Conclusion 11 THE ASYMPTOTIC PERTURBATION METHOD FOR NONLINEAR QUANTUM MECHANICS 11.1 Introduction 11.2 The NLS equation for a1>0 11.3 The NLS equation for a1<0 11.4 A Possible Extension 11.5 The Nonrelativistic Case 11.6 The Relativistic Case 11.7 Conclusion 12 COSMOLOGY 12.1 Introduction 12.2 A New Field Equation 12.3 Exact solution in the Robertson-Walker Metrics 12.4 Entropy Production 12.5 Conclusion 13 CONFINEMENT AND ASYMPTOTIC FREEDOM IN A PURELY GEOMETRIC FRAMEWORK 13.1 Introduction 13.2 The Uncertainty Principle 13.3 Confinement and Asymptotic Freedom for the Strong Interaction 13.4 The Motion of a Light Ray into a Hadron 13.5 Conclusion 14 THE ASYMPTOTIC PERTURBATION METHOD FOR A REVERSE INFINITE-PERIOD BIFURCATION IN THE NONLINEAR SCHRÖDINGER EQUATION 14.1 Introduction 14.2 Building an Approximate Solution 14.3 A Reverse Infinite-Period Bifurcation 14.4 Conclusion Conclusion Bibliography

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Book SynopsisMathematica for Physicists and Engineers Hands-on textbook for learning how to use Mathematica to solve real-life problems in physics and engineering Mathematica for Physicists and Engineers provides the basic concepts of Mathematica for scientists and engineers, highlights Mathematica’s several built-in functions, demonstrates mathematical concepts that can be employed to solve problems in physics and engineering, and addresses problems in basic arithmetic to more advanced topics such as quantum mechanics. The text views mathematics and physics through the eye of computer programming, fulfilling the needs of students at master’s levels and researchers from a physics and engineering background and bridging the gap between the elementary books written on Mathematica and the reference books written for advanced users. Mathematica for Physicists and Engineers contains information on: Basics to Mathematica, its nomenclature and programming language, and possibilities for graphic output Vector calculus, solving real, complex and matrix equations and systems of equations, and solving quantum mechanical problems in infinite-dimensional linear vector spaces Differential and integral calculus in one and more dimensions and the powerful but elusive Dirac Delta function Fourier and Laplace transform, two integral transformations that are instrumental in many fields of physics and engineering for the solution of ordinary and partial differential equations Serving as a complete first course in Mathematica to solve problems in science and engineering, Mathematica for Physicists and Engineers is an essential learning resource for students in physics and engineering, master’s students in material sciences, geology, biological sciences theoretical chemists. Also lecturers in these and related subjects will benefit from the book.Table of ContentsPreface xiii Foreword xvii About the Authors xix 1 Preliminary Notions 1 1.1 Introduction 1 1.2 Versions of Mathematica 1 1.3 Getting Started 2 1.4 Simple Calculations 2 1.4.1 Arithmetic Operations 2 1.4.2 Approximate Numerical Results 3 1.4.3 Algebraic Calculations 3 1.4.4 Defining Variables 4 1.4.5 Using the Previous Results 5 1.4.6 Suppressing the Output 6 1.4.7 Sequences of Operations 6 1.5 Built-in Functions 7 1.6 Additional Features 9 1.6.1 Arbitrary-Precision Calculations 9 1.6.2 Value for Symbols 10 1.6.3 Defining Naming and Evaluating Functions 10 1.6.4 Composition of Functions 11 1.6.5 Conditional Assignment 12 1.6.6 Warnings and Messages 13 1.6.7 Interrupting Calculations 13 1.6.8 Using Symbols to Tag Objects 13 2 Basic Mathematical Operations 15 2.1 Introduction 15 2.2 Basic Algebraic Operations 15 2.3 Basic Trigonometric Operations 20 2.4 Basic Operations with Complex Numbers 21 3 Lists and Tables 25 3.1 Introduction 25 3.2 Lists 25 3.3 Arrays 26 3.4 Tables 26 3.5 Extracting the Elements from the Arrays/Tables 29 4 Two-Dimensional Graphics 31 4.1 Introduction 31 4.2 Plotting Functions of a Single Variable 31 4.3 Additional Commands 34 4.4 Plot Styles 44 4.5 Probability Distribution 58 4.5.1 Binomial Distribution 58 4.5.2 Poisson Distribution 58 4.5.3 Normal or Gaussian Distribution 59 4.6 Some More Useful Commands 61 5 Parametric, Polar, Contour, Density, and List Plots 65 5.1 Introduction 65 5.2 Parametric Plotting 65 5.3 Polar Plots 72 5.3.1 Polar Plots of Circles 72 5.3.2 Polar Plots of Ellipse, Parabola, and Hyperbola 72 5.4 Implicit Plot 80 5.5 Contour Plots 81 5.6 Density Plot 85 5.7 ListPlot and ListLinePlot 85 5.8 LogPlot, LogLogPlot, ErrorListPlot 88 5.9 Least Square Fit 89 5.10 Plotting of Complex Numbers 92 6 Three-Dimensional Graphics 97 6.1 Introduction 97 6.2 Plotting Function of Two Variables 97 6.3 Parametric Plots 101 6.4 3D Plots in Cylindrical and Spherical Coordinates 102 6.5 ContourPlot3D 105 6.6 ListContourPlot3D 108 6.7 ListSurfacePlot3D 110 6.8 Surface of Revolution 112 6.9 Conicoids 114 7 Matrices 123 7.1 Introduction 123 7.2 Properties of Matrices 123 7.2.1 Matrix Multiplication 123 7.3 Types of Matrices 123 7.4 The Rank of the Matrix 124 7.5 Special Matrices 124 7.6 Creation of a Matrix and Matrix Operations 125 7.6.1 Extraction of the Submatrices or the Elements of the Matrices 126 7.7 Properties of the Special Matrices 133 7.8 Direct Sum of Matrices 137 7.9 Direct Product of Matrices 137 7.10 Examples from Group Theory 138 7.10.1 SO(3) Group 138 7.10.2 SU(n)Group 139 7.10.3 SU(2) Group 140 7.10.4 SU(3) Group 141 8 Solving Algebraic and Transcendental Equations 143 8.1 Introduction 143 8.2 Solving System of Linear Equations 143 8.2.1 Number of Equations Equal to Number of Unknowns 144 8.2.2 Number of Equations Less than the Number of Unknowns 146 8.2.3 Number of Equations More than Number of Unknowns 146 8.3 Nonlinear Algebraic Equations 147 8.4 Solving Complex Equations 149 8.5 Solving Transcendental Equations 153 9 Eigenvalues and Eigenvectors of a Matrix 161 9.1 Introduction 161 9.2 Eigenvalues and Eigenvectors 161 9.2.1 Distinct Eigenvalues Having Independent Eigenvectors 162 9.2.2 Multiple Eigenvalues Having Independent Eigenvectors 163 9.2.3 Multiple Eigenvalues Not Having Independent Eigenvectors 165 9.3 Cayley–Hamilton Theorem 166 9.4 Diagonalization of a Matrix 167 9.4.1 Gram–Schmidt Orthogonalization Method 167 9.4.2 Diagonalizability of a Matrix 169 9.4.3 Case of a Non-diagonalizable Matrix 170 9.5 Some More Properties of the Special Matrices 172 9.6 Power of a Matrix 173 9.6.1 Roots of a Matrix 174 9.6.2 Exponential of a Matrix 174 9.6.3 Logarithm of a Matrix 174 9.6.4 Matrix Power Series 174 9.7 Power of a Matrix by Diagonalization 174 9.8 Bilinear, Quadratic, and Hermitian Forms 177 9.9 Principal Axes Transformation 178 10 Differential Calculus 183 10.1 Introduction 183 10.2 Limits 183 10.2.1 Evaluation of the Limits Using L’Hospital’s Rule 184 10.2.2 Application of L’Hospital’s Rule for the “Indeterminate Form” ∞ 185 ∞ 10.2.3 Evaluation of the Limit Using Taylor’s Theorem of Mean 186 10.3 Differentiation 188 10.3.1 Computation of Partial Derivatives 191 10.3.2 Total Derivative 193 10.4 Derivatives of Functions in Parametric Forms 195 10.4.1 Chain Rule for a Function of Two Independent Variables 196 10.4.2 Chain Rule for a Function of Three Independent Variables 196 10.5 Rolle’s Theorem 198 10.6 Mean Value Theorem 198 10.7 Series 200 10.8 Maxima and Minima 209 10.8.1 First Derivative Test 210 10.8.2 Second Derivative Test 211 10.8.3 Maximum and Minimum Values of a Function in a Closed Interval 213 10.8.4 Maxima and Minima of Two Variables 218 10.9 Differential Equations 222 10.9.1 Simple Harmonic Oscillator 225 10.9.2 LCR Circuit – Discharging of a Condenser Through an LR Circuit 227 11 Integral Calculus 235 11.1 Introduction 235 11.1.1 Indefinite Integral 235 11.1.2 Definite Integral 235 11.1.3 Numerical Value of the Integral 235 11.1.4 Assumptions While Evaluating the Integral 236 11.1.5 Multiple Integrals 236 11.1.6 Triple Integral 236 11.2 Evaluation of Indefinite Integrals 236 11.3 Evaluation of Definite Integrals 238 11.3.1 Numerical Value of the Integral 238 11.3.2 Options for Integration 239 11.4 Two and Three-Dimensional Integrals 240 11.5 Evaluation of the Integral in Polar Coordinates 242 11.6 Evaluation of Special Integrals 242 11.7 Orthogonal Polynomials 248 11.8 Area Between Curves 252 11.9 Application of Green’s Theorem in a Plane 256 11.10 Area of Surfaces of Revolution 257 12 Dirac Delta Function 263 12.1 Introduction 263 12.2 The Limiting Form of the Dirac Delta Function 263 12.3 Integral Representation of the Dirac Delta Function 265 12.4 Some Important Properties of the Dirac Delta Function 267 12.5 The Three-Dimensional Dirac Delta Function 270 13 Fourier Transforms 273 13.1 Introduction 273 13.2 Fourier Transforms 273 13.3 Scaling Property 280 13.4 Shifting Property 280 13.5 Fourier Sine and Cosine Transforms 281 13.6 Fourier Transform of the Derivative 282 13.7 Inverse Fourier Transform 282 13.8 Convolution 283 13.9 Convolution Theorem for Fourier Transforms 291 13.10 Parseval’s Theorem 293 14 Laplace Transforms 295 14.1 Introduction 295 14.2 Some Simple Examples 296 14.3 Properties of the Laplace Transforms 297 14.3.1 Linearity 297 14.3.2 Shifting Property 297 14.3.3 Scaling Property 297 14.4 Laplace Transform of the Derivative 298 14.5 Laplace Transform of Certain Special Functions 299 14.6 The Laplace Transform of Error and Complementary Error Functions 300 14.7 The Evaluation of a Certain Class of Definite Integrals Using Laplace Transforms 300 14.8 The Inverse Laplace Transform 302 14.8.1 Inverse Laplace Transform of Standard Functions 303 14.8.2 Shifting Properties 303 14.8.3 Inverse Laplace Transforms of Derivatives 305 14.9 Solving the Differential Equation by Laplace Transform 306 14.10 Convolution Theorem 307 14.11 Graphical Treatment of the Convolution 308 15 Vectors 315 15.1 Introduction 315 15.2 Properties 315 15.3 Vector Differentiation 319 15.4 Directional Derivative 320 15.5 Unit Vector Normal to the Surface 320 15.6 Gradient, Divergence, and Curl in the Cartesian Coordinate System 320 15.6.1 Gradient 320 15.6.2 Divergence 321 15.6.3 Curl 321 15.6.4 Laplacian Operator (∇ 2) 321 15.6.5 Examples 322 15.7 Expressing the Gradient, Divergence, and Curl in Other Coordinate Systems 326 15.7.1 Spherical Coordinate System 326 15.7.2 Cylindrical Coordinate System 330 15.8 Vector Plots 337 16 Linear Vector Spaces and Quantum Mechanics 343 16.1 Introduction 343 16.2 Linear Independence, Basis, and Dimension 343 16.3 Dimension of the Vector Space 343 16.4 Basis of the Vector Space 343 16.5 Completeness 344 16.6 Scalar Product in a Linear Vector Space 344 16.7 Norm of the Vector 344 16.8 Orthonormal Basis 344 16.9 Linear Independence of Functions 348 16.10 Hilbert Space 349 16.11 Completeness in Functional Space 350 16.12 The Dirac Ket and Bra Notation 351 16.12.1 The Scalar Product of Kets and Bras 351 16.12.2 Schwartz Inequality 352 16.12.3 The Orthonormal States 352 16.12.4 Basis 352 16.12.5 Probability Density 352 16.13 The Hermitian and Skew-Hermitian Operators in Dirac Ket and Bra Notation 352 16.14 Expectation Values 353 16.15 Matrix Representation of the Linear Operator 359 17 Application of Mathematica to Quantum Mechanics 361 17.1 Introduction 361 17.2 A Particle in a One-Dimensional Box 361 17.3 A Particle in a Two-Dimensional Box 365 17.4 The Hydrogen Atom Problem 368 17.4.1 The Orthonormal Property of the Hydrogen Atom Wave Functions 371 17.5 The One-Dimensional Linear Harmonic Oscillator Atom Problem 373 17.6 Three-Dimensional Harmonic Oscillator 377 17.7 Miscellaneous Problems 382 References 385 Index 387

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Book SynopsisMüssen Sie sich schnell ein solides Grundwissen in Thermodynamik aneignen? Dann ist dies genau das richtige Buch für Sie. Wilhelm Kulisch erklärt Ihnen die mathematischen Grundlagen, die Sie für die Thermodynamik brauchen, Zustandsgrößen,-änderungen und -gleichungen sowie die Hauptsätze der Thermodynamik und vieles mehr. Ein Eingangstest soll Ihnen dabei helfen, Ihre individuellen Schwächen aufzudecken, um sie danngezielt beheben zu können. Mit zahlreichen Beispielen und Übungsaufgaben können Sie Ihr neu erworbenes Wissen dann festigen und überprüfen. Dabei kommt der Autor schnell auf den Punkt und erklärt dieses manchmal etwas sperrige Thema so verständlich wie möglich.Table of ContentsEinleitung 21 Teil I: Grundlagen 1 Eine kurze Einführung in die Thermodynamik 27 Definition der Thermodynamik 27 Eine kurze Geschichte der Thermodynamik 28 Makroskopische Thermodynamik und statistische Thermodynamik 30 Die Rolle der Thermodynamik in der Physik und den anderen Naturwissenschaften 31 2 Ein klein wenig Mathematik 33 Absolute Größen, Differenzen und Differentiale 33 Ableitungen und partielle Ableitungen 34 VomDifferential zur Differenz: Integralrechnung 39 Teil II: Die wichtigsten Begriffe der Thermodynamik 3 Alles über Wärmephänomene 43 Wärme führt zur Ausdehnung von Körpern 43 Wärme kann gespeichert werden 46 Wärme kann transportiert werden 51 4 Den Zustand eines System beschreiben: Zustandsgrößen 59 Sie bestimmen den Zustand eines Systems: Die Zustandsgrößen 59 Der Druck wird durch die Bewegung von Teilchen verursacht 60 Auch die Temperatur wird durch Bewegung verursacht 65 Man kann sie mikroskopisch oder makroskopisch angeben: Die Stoffmenge 70 Jedes System enthält Energie: Die innere Energie 72 Eine schwer zu fassende Größe: Die Entropie 73 5 Ab jetzt wird es dynamisch: Zustandsänderungen 77 Der Behälter besitzt einen beweglichen Deckel: Isobare Änderungen 78 Der Behälter besitzt einen festen Deckel: Isochore Änderungen 80 In einem Wärmebad: Isotherme Änderungen 81 Das System ist isoliert: Adiabatische Änderungen 82 Von großer technischer Bedeutung: Isentrope und polytrope Änderungen 86 6 Abstrakt, aber hilfreich: Thermodynamische Potentiale 91 Definition des Begriffs des thermodynamischen Potentials 91 Die wichtigsten thermodynamischen Potentiale 94 Ende der theoretischen Betrachtung: Anwendungen und Beispiele 100 Teil III: Das wichtigste über Gase 7 Die Beschreibung von Gasen: Zustandsgleichungen 107 Es ist zwar eine Näherung, aber eine gute: Das ideale Gasgesetz 108 In der Realität gibt es Abweichungen: Die van-der-Waals-Gleichung 115 Jenseits des Kritischen Punkts ist alles anders 118 8 Freiheitsgrade und Bewegungen: Energetische Betrachtungen 123 Es gibt viele Möglichkeiten, sich zu bewegen: Freiheitsgrade 123 Auch bei der inneren Energie spielen die Freiheitsgrade eine Rolle 128 Nicht alle Teilchen sind gleich schnell: Geschwindigkeitsverteilungen 130 Teil IV: Die Hauptsätze der Thermodynamik 9 Es geht ums Gleichgewicht: Der nullte Hauptsatz 135 Thema des nullten Hauptsatzes: Das thermische Gleichgewicht 135 18 Inhalt Formulierungen des nullten Hauptsatzes 136 Bedeutung und Anwendungen 137 Es geht darüber hinaus: Das thermodynamische Gleichgewicht 138 10 Er beschäftigt sich mit der Energie: Der erste Hauptsatz 141 Thema und Formulierungen 141 Vergleich der Formulierungen 142 Bedeutung und Anwendungen 144 11 Die Entropie kommt ins Spiel: Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 151 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 151 Vergleich der Formulierungen 152 Die Entropie zum Zweiten 154 Die Entropie und die Ordnung 157 Ein kurzer Ausflug in die Welt der Perpetua mobilia 158 12 Der absolute Nullpunkt ist unerreichbar: Der dritte Hauptsatz 161 Zwei Themen: Der Nullpunkt und die Entropie 161 Kurz und knapp: Die Formulierungen 161 Vergleich der Formulierungen 162 Der Nullpunkt und die Entropie 163 Teil V: Thermodynamik in der Praxis 13 Besser geht es nicht: Ideale thermodynamische Prozesse 167 Alles über Prozesse 168 Der theoretisch beste Prozess: Der Carnotprozess 171 Die ideale Gasturbine: Der Joule-Kreisprozess 176 Das ideale Dampfkraftwerk: Der Clausius–Rankine-Prozess 179 Nicht die Arbeit, sondern die Temperatur ist das Ziel: Wärmepumpe und Kältemaschine 181 Inhalt 19 14 Reale Prozesse I: Wärmekraftmaschinen 189 Wärmekraftmaschinen: Eine Übersicht 189 Er bewegt uns seit mehr als 100 Jahren: Der Ottomotor 190 Eine solide Alternative: Der Dieselmotor 195 Pendeln zwischen heiß und kalt: Der Stirlingmotor 199 Ein kurzer Blick auf die Dampfmaschine 203 Vergleich der Wärmekraftmaschinen 205 15 Eher feucht: Die Thermodynamik von Dämpfen und Gasgemischen 209 Dampf ist gasförmiges Wasser 209 Es frischt auf: Die Luftfeuchtigkeit 213 Whiskey on the Rocks: Zweistoffgemische 217 Teil VI: Statistische Thermodynamik 16 Grundlagen der statistischen Thermodynamik 225 Zur Problemstellung 226 Kopf oder Zahl: Zufallsexperimente 227 Je mehr Möglichkeiten es gibt, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit 228 Erwartungswert und Standardabweichung 231 Die Krönung der Statistik: Wahrscheinlichkeitsverteilungen 233 17 Eine statistische Betrachtung der Thermodynamik 239 Mikrozustände und Makrozustände 239 Unvorstellbar viele Möglichkeiten: Der Phasenraum 242 Glossar 251 Lösungen 261 Index 281

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Book SynopsisGanz gleich, was Sie konstruieren, Sie werden dabei mit Werkstoffen arbeiten müssen und da hat jeder so seine Eigenschaften. Deshalb kommen Sie in den Ingenieurwissenschaften an der Werkstoffkunde nicht vorbei. Martin Bonnet erklärt Ihnen zu Beginn die Grundlagen wie Bindungstypen, Gitterarten und Gitterfehler. Danach erläutert er was es mit Legierungen, dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm und Stählen auf sich hat, warum Korrosion mehr als einfach nur Rost ist und vieles mehr. Gegen Ende des Buches erfahren Sie dann noch mehr über Nichteisenmetalle und Nichtmetalle. Zahlreiche Übungsaufgaben mit Lösungen helfen Ihnen, Ihr Wissen zu überprüfen und zu festigen. So können Sie sich einen schnellen Überblick über dieses spannende Thema verschaffen.Table of ContentsEinleitung 17 1 Hinter Gittern 23 Einteilung derWerkstoffe 23 Atomaufbau 24 Oktettregel 27 Metall oder Nichtmetall, das ist hier die Frage 28 Bindungsarten 30 Gittertypen 35 Gitterfehler 41 ZerstörendeWerkstoffprüfung 51 Übungsaufgaben 59 2 Bezeichnung der Stähle 63 Was ist Stahl überhaupt? 63 Darf es ein bisschen mehr sein? 64 Von Grund-, Qualitäts- und Edelstählen 65 Bezeichnung der Stähle mittels Kennbuchstaben und -zahlen 66 Übungsaufgaben 84 3 Zustandsschaubilder, Zweistoffsysteme 87 Metallgefüge 87 Die Ausnahme – Völlige Unlöslichkeit im flüssigen und festen Zustand 90 Völlige Löslichkeit imflüssigen und festen Zustand 92 Völlige Löslichkeit imflüssigen, aber vollständige Unlöslichkeit imfesten Zustand 104 Legierung mit begrenzter Löslichkeit imfesten Zustand 109 Legierung mit begrenzter abnehmender Löslichkeit im festen Zustand 111 Übungsaufgaben 114 4 Die Mona Lisa derWerkstoffkunde – Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm 119 Ein besonderes Zweistoffsytem 119 Reineisen 120 Das vollständige Eisen-Kohlenstoff-Diagramm 123 Teilschaubild – Stabiles System 123 Teilschaubild –Metastabiles System 124 Umwandlung bei der Erstarrung 128 Umwandlung im festen Zustand 131 Einfluss des Kohlenstoffgehaltes auf die Stahleigenschaften 135 Gefügebestandteile 138 Übungsaufgaben 140 5 Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Schaubilder 143 Zusammenhang zwischen Eisen-Kohlenstoff-Diagramm und ZTU-Schaubild 143 Das kontinuierliche ZTU-Schaubild 147 Das isotherme ZTU-Schaubild 152 Abkühlparameter 153 Statische Härteprüfung 155 Stirnabschreckversuch 159 Übungsaufgaben 164 6 Wärmebehandlung der Stähle 167 Übersicht 167 Ein Überblick über gängige Verfahren 168 Zeit-Temperatur-Verlauf 170 Glühverfahren 172 Härten und Vergüten 184 Randschichthärten 193 Thermochemische Diffusionsbehandlung 196 Übungsaufgaben 201 7 Einteilung der Stähle und hochlegierte Stähle 203 Ziele des Legierens 203 Wirkung der Legierungselemente 204 Einteilung der Stähle 207 Inhalt 15 Hochlegierte Stähle 216 Übungsaufgaben 229 8 Korrosion 233 Korrosion – mehr als nur Rost 233 Klassifizierung 236 Chemische Korrosionsarten 239 Elektrochemische Korrosionsreaktion 239 Korrosionssysteme 256 Übungsaufgaben 257 9 Nichteisenmetalle 261 Leichtmetalle 261 Schwermetalle 276 Übungsaufgaben 298 10 Nichtmetalle 301 Kunststoffe 301 Verbundwerkstoffe 322 Glas 329 Keramik 332 Übungsaufgaben 340 Glossar 345 Stichwortverzeichnis 357

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Book SynopsisSie suchen einen schnellen Überblick über die Strömungsmechanik? Dann ist dies genau das richtige Buch für Sie. Die Autoren erklären zuerst die wichtigen Grundlagen und Eigenschaften von Fluiden. Dann erläutern sie, was es zu ruhenden und sich bewegenden Fluiden zu wissen gibt und führen Sie in die Anwendung für ideale und reibungsbehaftete Strömungen ein. Anschließend lernen Sie das Wesentliche über Impulssatz, kompressiblen Strömungen und Strömungen mit Arbeitsaustausch. Übungsaufgaben mit Lösungen helfen Ihnen, Ihr Wissen zu festigen und zu prüfen.

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Book SynopsisDaniel Düsentrieb hat es leicht: Sein Genie gibt ihm die Erfindungen ein, über Finanzierung und Patentrecht muss er sich keine Gedanken machen. Das ist schön, die Wirklichkeit ist leider etwas komplizierter: Alexander Rapp zeigt Ihnen, wie Sie als Erfinder systematisch arbeiten, wie Sie Ideen bewerten, diese dann umsetzen und schließlich Ihr Werk auf Herz und Nieren prüfen. Er erklärt Ihnen außerdem, was der Unterschied zwischen Patent und Gebrauchsmuster ist und wie Sie Ihre Erfindung am besten schützen. Schließlich gibt er Ihnen noch Anregungen, wie Sie mit Investitionen und Lizenzen Ihres Geistes Kind zu Geld machen können.Table of ContentsVorwort 7 Einleitung 25 Teil I Erfolgreich erfinden 29 Kapitel 1 Erfinder und andere Genies 31 Kapitel 2 Mit Erfolg erfinden 37 Kapitel 3 Vom Umgang mit Ideen 43 Kapitel 4 Produkte und Innovation 47 Teil II Kreativität und der Umgang mit Ideen 53 Kapitel 5 Heureka, ich hab's gefunden! 55 Kapitel 6 Modernes Erfinden 69 Kapitel 7 Recherche 83 Kapitel 8 Ideenbewertung 99 Teil III Vom Prototyp zum fertigen Produkt 113 Kapitel 9 Ein erster Prototyp 115 Kapitel 10 Produktdesign 127 Kapitel 11 Vom Prototyp zum Produkt 139 Kapitel 12 Produktion 153 Teil IV Erfindungen schützen 161 Kapitel 13 Patente und mehr 163 Kapitel 14 Grundkurs Patentchinesisch (oder ‐japanisch): Wie man ein Patent liest 179 Kapitel 15 Schreibwerkstatt 191 Kapitel 16 Die Patentsysteme 211 Kapitel 17 Der Weg zum Patent – Von der Anmeldung zur Erteilung 221 Kapitel 18 Patentmanagement 235 Teil V Erfindungen verwerten oder Geld verdienen mit Ihrer Erfindung 243 Kapitel 19 Mit Patenten handeln 245 Kapitel 20 Existenzgründung 259 Kapitel 21 Finanzierung, Auszeichnungen und Förderung 269 Teil VI Zehnerlisten 279 Kapitel 22 10 Bereiche des Erfindens, über die Sie mehr erfahren sollten 281 Kapitel 23 Zehn Erfindungen ganz normaler Leute 289 Kapitel 24 Zehn große Erfindungen 295 Anhange 301 Kapitel A TRIZ‐Listen 303 Kapitel B Patentprüfungsverfahren 321 Stichwortverzeichnis 353

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Book SynopsisStrömungsmechanik Hier strömt das Wissen Von Archimedes bis Überschall die Strömungsmechanik begreifen Ob es Ihnen gefällt oder nicht, für einen Ingenieur gehört die Strömungsmechanik einfach dazu. Peter Hakenesch erklärt Ihnen von der Pike auf, was Sie zu diesem Thema wissen müssen. Er beginnt mit den Begriffsdefinitionen und Klassifizierungen, erläutert Hydrostatik, Aerostatik und vieles mehr. Sie erfahren das Wichtigste zur Strömung von Fluiden und zum Einfluss der Reibung. Zum Schluss widmet sich der Autor noch Impuls und Drall wie auch den kompressiblen Strömungen. So ist dieses Buch Ihr freundlicher Begleiter bei Ihren ersten Schritten in den Fluss der Strömungsmechanik.Table of ContentsEinleitung 21 Über dieses Buch 21 Konventionen in diesem Buch 21 Wie dieses Buch strukturiert ist 21 Teil I: Methodik, Werkzeuge und Klassifizierung von Strömungen 21 Teil II: Hydrostatik 21 Teil III: Aerostatik 22 Teil IV: Strömung von Fluiden – es kommtBewegung ins System 22 Teil V: Impuls und Drall in Strömungen 22 Teil VI: Kompressible Strömungen – vergessen Sie (fast) alles bis dato Gelernte 22 Teil VII: Top-Ten-Teil 23 Anhang 23 Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 23 Wie es weitergeht 23 Teil I Methodik, Werkzeuge und Klassifizierung von Strömungen 25 Kapitel 1 Charakteristische Merkmale der Strömungsmechanik 27 Um was gehtesdenn bei der Strömungsmechanik? 27 Was die Strömungsmechanik von anderen Wissensgebieten unterscheidet 28 Veränderung der Arbeitsweise von Strömungsmechanikern im Verlauf der Geschichte 30 Kapitel 2 So arbeiten Strömungsmechaniker 33 Strömungssimulation in Windkanälen 34 Wozu werden Windkanäle benötigt? 34 Konstruktionsprinzipien von Windkanälen 36 Strömungssimulation mit numerischen Methoden: CFD 39 Historische Entwicklung von CFD 39 Wie die CFD eingesetzt wird 39 Kapitel 3 Gliederung und Begriffsdefinitionen – Ordnung muss sein 41 Fluid oder Festkörper 41 Gliederung der Strömungsmechanik 41 Bahnlinie und Stromlinie 43 Stromfaden und Stromröhre 47 Kapitel 4 Klassifizierung von Strömungen oder wie man sich das Leben einfach gestalten kann 49 Reibung – reale und ideale Fluide 49 Zeitverhalten – stationäre, instationäre und quasistationäre Strömungen 52 Dimensionen – ein-, zwei- oder dreidimensionale Strömungen 54 Kompressibilität – kompressible und inkompressible Strömungen 55 Mach-Zahl im Strömungsfeld 56 Fließverhalten 64 Teil II Hydrostatik 67 Kapitel 5 Druck oder was uns alle belastet 69 Druck als Zustandsgröße 71 Druckbegriffe – alles nur eine Frage des Standpunkts 72 Druck als physikalische Größe 73 Hydrostatischer Druck 74 Hydrostatisches oder Pascalsches Paradoxon 76 Verbundene Gefäße oder kommunizierende Röhren 77 Begrenzung der Saugwirkung einer Pumpe 79 Kavitation 81 Druckmessung 82 Korrekturen: Einfluss von Temperatur und Luftfeuchte 84 Einbau von Drucksonden – statische Größen und Totalgrößen 86 Kapitel 6 Statischer Auftrieb oder das tragische Ende eines Goldschmiedes 91 Statischer Auftrieb nach demPrinzip des Archimedes 91 Warum Ihre Badezimmerwaage lügt 93 Statischer Auftrieb als Ergebnis von Druckdifferenzen 93 Die Problematik des Schiffshebewerks 96 Grenzen des archimedischen Auftriebs 98 Kapitel 7 Oberflächenspannung – warum der Wasserläufer nicht versinkt 101 Teilchenkräfte – was den Regentropfen zusammenhält 101 Kapillarwirkung 105 Einfache Methoden zur Bestimmung der Oberflächenspannung 106 Kapillarmethode 106 Tropfen- oder Stalagmometermethode 107 Ringmethode 108 Kapitel 8 Druckkräfte auf Begrenzungsflächen 109 Belastung einer ebenen horizontalen Fläche 109 Belastung einer ebenen senkrechten Fläche 110 Betrag der Kraft F 110 Lage des Kraftangriffspunktes d 111 Belastung einer ebenen geneigten Fläche 114 Belastung einer gekrümmten, abwickelbaren Fläche 114 Abwickelbare Flächen 115 Berechnung der horizontalen Kraftkomponente 115 Berechnung der vertikalen Kraftkomponente 116 Berechnung der resultierenden Gesamtkraft 116 Belastung einer nicht-abwickelbaren Fläche 117 Berechnung der horizontalen Kraftkomponenten 117 Berechnung der vertikalen Kraftkomponente 118 Berechnung der resultierenden Gesamtkraft 119 Kapitel 9 Fluide unter Beschleunigung 121 Niveauflächen – überall der gleiche Druck 121 Fluide unter dem Einfluss einer translatorischen Beschleunigung 122 Fluide unter dem Einfluss einer rotatorischen Beschleunigung 122 Druck im Inneren eines rotierenden Fluids 125 Kraft auf einen Deckel infolge eines rotierenden Fluids 126 Kapitel 10 Stabilität schwimmender oder schwebender Körper 129 Prinzip der statischen Stabilität 129 Berechnung des Stabilitätsmaßes 131 Teil III Aerostatik 133 Kapitel 11 Aufbau der Erdatmosphäre 135 Die Erdatmosphäre als Wärmekraftmaschine 135 Der Systembegriff der Thermodynamik 135 Wetter als Ergebnis von Wärmeaustauschprozessen 137 Chemische Zusammensetzung der Erdatmosphäre 138 Aufbau der Erdatmosphäre 138 Luftdruck als Funktion der Höhe 143 Hydrostatische Grundgleichung 143 Polytrope Zustandsänderung 143 Zusammenhang zwischen Höhe, Druck, Temperatur und Dichte 144 Kapitel 12 Internationale Standardatmosphäre ISA – eine Norm, die nie erfüllt wird 147 Aufbau der Standardatmosphäre 147 Temperaturverteilung 148 Weitere sinnvolle Parameter, die Sie berechnen könnten 150 Kapitel 13 Höhendefinitionen 153 Geometrische und absolute Höhe 153 Geopotentielle Höhe 154 Druckhöhe 155 Höhenmessung 155 Verfahren während des Fluges 156 Bedeutung der Druckhöhe für den Flugverkehr 157 Dichtehöhe 158 Teil IV Strömung Von Fluiden – Es Kommt Bewegung Ins System 161 Kapitel 14 Basisgleichungen der Strömungsmechanik 163 Kontinuitätsgleichung – die Leitung ist dicht 163 Volumenstrom 163 Massestrom 164 Energieerhaltungssatz 165 Drei gute Gründe, den Kabineninndruck in einem Flugzeug niedrigzuhalten 167 Enthalpie und innere Energie 169 Kalorische Zustandsgleichungen 169 Innere Energie und Enthalpie fester und flüssiger Phasen 170 Innere Energie und Enthalpie idealer Gase 170 Vom ersten Hauptsatz der Thermodynamik zur Bernoulligleichung 171 Was Herr Bernoulli alles nicht berücksichtigt 171 Kapitel 15 Ausfluss aus Behältern – die (fast) verdorbene Feier 177 Verlustfreies Ausströmen aus Behältern 177 Verlustbehaftetes Ausfließen aus Behältern 179 Verlusthöhe und Druckverlust 181 Verlustziffer und Ausflusskoeffizient 181 Kapitel 16 Strömungen mit Energietransport 183 Berücksichtigung von Arbeitsmaschinen in der Bilanz 183 Sinn und Unsinn eines Kraftwerks mit negativer Energiebilanz 184 Turbinenbetrieb 185 Pumpbetrieb 188 Kapitel 17 Modellgesetze 191 Die Simulationsproblematikoder die Quadratur des Kreises 191 Dimensionsanalyse 194 Kennzahlen, die Sie wirklich benötigen 196 Mach-Zahl 196 Reynolds-Zahl 196 Froude-Zahl 199 Kapitel 18 Rohrströmung 201 Unterschiedliche Strömungsqualitäten 201 Laminare Rohrströmung 201 Turbulente Rohrströmung 202 Druckverlust bei Rohrströmungen 203 Druckverlust infolge des Rohrreibungswiderstands 203 Berechnung der Rohrreibungszahl 205 Hydraulisch glatte Rohre 206 Vollständig raue Rohre 207 Übergangsgebiet zwischen glatt und rau 207 Druckverlust infolge von Einbauten 208 Richtungsänderung 209 Eintrittsverluste 211 Austrittsverluste 212 Stufendiffusor 213 Konischer Diffusor 213 Stufendüse 214 Konische Düse 215 Druckverlust im Gesamtsystem 216 Hydraulischer Ersatzdurchmesser 216 Normblenden 217 Kapitel 19 Grenzschichtströmungen 221 Entstehung einer Grenzschicht 222 Strömungsgrenzschicht 223 Temperaturgrenzschicht 224 Grundzüge der Prandtlschen Grenzschichttheorie 227 Laminare Strömungsgrenzschicht 227 Laminare Temperaturgrenzschicht 229 Turbulente Strömungsgrenzschicht 230 Turbulente Temperaturgrenzschicht 234 Ablösung der Grenzschicht 235 Entstehung eines Ablösegebiets 235 Die Kármánsche Wirbelstraße – hübsch anzuschauen, aber auch lästig 236 Nachlaufdelle 237 Transition 238 Natürliche Transition 238 Erzwungene Transition 239 Kapitel 20 Widerstand von Körpern:Willkommen in der realen Welt! 245 Ursache des Widerstands – ein Makel der realen Welt 245 Reibungswiderstand 246 Druck-oder Formwiderstand – alles nur eine Frage derFormgebung 247 Entstehung des Druckwiderstands 247 Verringerung des Druckwiderstands oder warumder Golfball Dellen hat 248 Induzierter Widerstand – auch bei reibungsfreier Strömung 251 Entstehung des induzierten Widerstands 251 Einflussfaktoren auf den induzierten Widerstand 252 Auswirkungen des induzierten Widerstands – erfreulich als auch unerfreulich 253 Interferenzwiderstand – des einen Freud, des anderen Leid 256 Gesamtwiderstand und quadratisches Widerstandsgesetz 257 Dimensionslose Beiwerte in der Strömungsmechanik 259 Kapitel 21 Umströmung stumpfer Körper – einfache Lösungen für den täglichen Gebrauch 263 Kugelumströmung 263 Ideale, reibungsfreie Umströmung einer Kugel (Potentialströmung) 263 Reibungsbehaftete Umströmung der Kugel 263 Einfluss derRauheit 265 Turbulenzfaktor 266 Turbulenzgrad 266 Zylinderumströmung 268 Ideale reibungsfreie Umströmung eines Zylinders (Potentialströmung) 268 Reibungsbehaftete Umströmung eines Zylinders 268 Teil V Impuls Und Drall in Strömungen 271 Kapitel 22 Impuls – was uns alle antreibt 273 Auswirkung einer Strömung auf ein durchströmtes System 274 Definition eines Kontrollraums 274 Folgen aus dem dynamischen Grundgesetz 274 Analyse der auftretenden Kräfte 276 Vorgehensweise zurLösung von Impulsaufgaben 278 Kapitel 23 Drallerhaltung – warum wir (fast) alle beim Reckturnen so schlecht waren 281 Drallerhaltung beziehungsweise Drehimpulserhaltung 281 Starrer Körper in Rotation 282 Gesamtdrehimpuls desstarren Körpers 282 Analogie zwischen Impuls und Drehimpuls 283 Drehimpulserhaltung 285 Einfluss derDrehimpulserhaltung bei Wetterphänomenen – Tornado 287 Anwendung desDrallsatzes auf Strömungsmaschinen 288 Drall am Beispiel einer axialen Strömungsmaschine 288 Drall am Beispiel einer radialen Strömungsmaschine 289 Teil VI Kompressible Strömungen – Vergessen Sie (fast) Alles Bis Dato Gelernte 291 Kapitel 24 Vom Unterschall zum Überschall 293 Thermodynamische Grundbegriffe und Annahmen 293 Ideales Gas 293 Innere Energie und Enthalpie 294 Entropie und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 295 Zustandsänderungen 297 Isentrope Strömungen 297 Statische Größen und Totalgrößen 299 Kesselgleichungen 302 Stoßwellen 304 Mach-Kegel 304 Charakteristische Mach-Zahl 304 Senkrechter Verdichtungsstoß 306 Schräger Verdichtungsstoß 313 Expansionsströmungen im Überschall – Prandtl–Meyer-Expansion 318 Düsenströmungen 319 Arbeitsprinzip einer Düse 320 Laval-Düse 324 Nicht-Angepasste Düse 327 Verdichtungs- und Verdünnungswellen in Überschallfreistrahlen 328 Ausströmgeschwindigkeit 329 Diffusorströmungen 331 Teil VII Top Ten Teil 333 Kapitel 25 Zehn Ratschläge, um Spaß an der Strömungsmechanik zu haben 335 Grau ist alle Praxis -schön ist nur die Theorie. 335 Lassen Sie sich nicht von der scheinbaren Komplexität eines Problems beeindrucken. 335 Beschäftigen Sie sich mit Wetterphänomenen. 335 Betreiben Sie strömungsmechanische Archäologie. 336 Trainieren Sie Ihre Fähigkeit, Größenordnungen abzuschätzen. 336 Begeistern Sie Ihr Umfeld für strömungsmechanische Aspekte. 336 Studieren Sie die Biographien berühmter Forscher auf demGebiet der Strömungsmechanik. 336 Lesen Sie! 337 Programmieren Sie! 338 Nehmen Sie das Ganze nicht zu ernst! 338 Anhang A: Lösungen der Beispiele 339 Anhang B: In diesem Buch verwendete Symbole 385 Stichwortverzeichnis 391

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Book SynopsisWenn Sie wissen müssen, was ein Bauteil aushält und was nicht, kommen Sie an der Festigkeitslehre oder Elastostatik nicht vorbei. James H. Allen hilft Ihnen hier bei Ihren ersten Schritten. Sie erfahren das Grundlegende zu Belastung, Beanspruchung, Verformung und deren Wechselwirkungen. Außerdem führt der Autor Sie ein in die Besonderheiten einzelner Materialien wie Metalle, Polymere und Keramik. So müssen Sie weder den Mohrschen Spannungskreis noch das Hooksche Gesetz fürchten und können entspannter der Festigkeitslehre gegenübertreten.Table of ContentsÜber den Autor 5 Über die Übersetzer 5 Widmung 5 Danksagung 5 Einleitung 21 Über dieses Buch 21 Vereinbarungen in diesem Buch 22 Was Sie nicht lesen müssen 23 Einige törichte Annahmen 23 Der Aufbau dieses Buches 23 Teil I: Das Rüstzeug für die Festigkeitslehre 23 Teil II: Analyse von Spannungen 24 Teil III: Die Untersuchung von Dehnungen 24 Teil IV: Spannungen und Dehnungen angewandt 25 Teil V: Grau ist alle Theorie: Reale Materialien 25 Teil VI: Der Top-Ten-Teil 25 Symbole in diesem Buch 26 Wie es weitergeht 26 Teil I Das Rüstzeug für die Festigkeitslehre 27 Kapitel 1 Mithilfe der Festigkeitslehre das Verhalten von Materialien vorhersagen 29 Statik und Dynamik verbinden sich zur Mechanik 29 Definition der Begriffe der Festigkeitslehre 30 Spannung 31 Dehnung 31 Untersuchungen mithilfe der Spannung 31 Untersuchungen mithilfe der Dehnung 32 Einführung des »Materials« in die Festigkeitslehre 32 Mit der Festigkeitslehre arbeiten 32 Kapitel 2 Wiederholung der Mathematik und der in der Festigkeitslehre verwendeten Einheiten 35 Wichtige geometrische Methoden verstehen 35 Das Lösen von linearen Gleichungssystemen 36 Einfache trigonometrische Beziehungen 37 Etwas elementare Infinitesimalrechnung 38 Integration und Differentiation von Polynomen 38 Bestimmung von Maxima und Minima mithilfe der Differentialrechnung 39 Die Einheiten in der Festigkeitslehre 40 SI-Einheiten 40 Abgeleitete Einheiten, die Sie benötigen 41 Umrechnung von Winkeln von Grad in Radiant 42 Kapitel 3 Auffrischung ihrer Statikkenntnisse 43 Das Freischneiden von Körpern 43 Äußere Kräfte 43 Innere Kräfte bei zweidimensionalen Körpern 45 Lager 47 Gewichtskraft 48 Das Gleichgewicht in der Statik 48 Auffinden der inneren Kräfte an einem Punkt 49 Innere Lasten an mehreren Orten bestimmen 50 Verallgemeinerte Gleichungen formulieren 50 Erstellung von Querkraft- und Drehmoment-Diagrammen anhand von Flächenberechnungen 53 Kapitel 4 Berechnung der Eigenschaften geometrischer Flächen 59 Querschnittsflächen bestimmen 59 Klassifizierung von Querschnittsflächen 60 Querschnitte berechnen 61 Untersuchung quaderförmige Bauteile 63 Definition der Symmetrie von Querschnitten 63 Bestimmung des geometrischen Mittelpunktes 64 Berechnung des geometrischen Mittelpunktes diskreter Bereiche 65 Mit kontinuierlichen Bereichen arbeiten 69 Verwendung der Symmetrie zur Vermeidung von Mittelpunktsberechnungen 71 Kapitel 5 Berechnung von Trägheitsmomenten 73 Auf die Schwerlinie Bezug nehmen 74 Berechnung des Flächenmoments ersten Grades 75 Einführung der Gleichung für das Flächenmoment 1. Grades 75 Berechnung des Mittelpunktes anhand des Flächenmoments 76 Bestimmung des Flächenmoments eines Querschnitts 77 Erstellen einer Tabelle zur Berechnung des Flächenmoments um eine Schwerlinie 79 Zugabe: Ein zweites Flächenmoment 81 Der Begriff des Flächenträgheitsmoments 81 Arten von Flächenträgheitsmomenten 83 Berechnung grundlegender Flächenträgheitsmomente 84 Trägheit kurz gefasst: Einfache Formen und Schwerlinien 84 Änderung des Bezugspunktes: Der Steinersche Satz 88 Arbeiten mit dem biaxialen Flächenträgheitsmoment 91 Berücksichtigung der x- und y-Achsen bei der Berechnung des biaxialen Flächenträgheitsmomentes 91 Das biaxiale Flächenträgheitsmoment berechnen 92 Sich Verdrehen: Das polare Flächenträgheitsmoment 93 Die Hauptträgheitsmomente bestimmen 95 Hauptträgheitsmomente berechnen 96 Die Hauptwinkel berechnen 96 Flächenträgheitsmomente für bestimmte Richtungen bestimmen 97 Den Trägheitsradius betrachten 98 Teil II Analyse von Spannungen 101 Kapitel 6 Ruhig bleiben: Es handelt sich nur um Spannungen 103 Arbeiten mit einer spannungsvollen Beziehung 103 Spannungen berechnen 104 Definition der verschiedenen Arten von Spannung 105 Die Einheiten der Spannung 106 Mit Durchschnittsspannungen stabil bleiben 106 Berechnung der durchschnittlichen Normalspannung für axiale Lasten 107 Bestimmung der durchschnittlichen Schubspannung 108 Spannung in einem Punkt entwickeln 110 Beschreibung der Spannung in einem Punkt mithilfe von Kraftkomponenten 110 Vereinfachung der Darstellung der Spannung in einem Punkt 112 Ebene Spannungszustände 114 Kapitel 7 Mehr als man sehen kann: Transformation von Spannungen 117 Vorbereitung zum Umgang mit Spannungen 117 Graphische Darstellung von Spannungen 118 Grundlegende Spannungszustände 118 Einführung einer Vorzeichen-Regel 119 Transformation von Spannungen: Bestimmung der Spannungen für einen festgelegten Winkel in einer Dimension 122 Erweiterung der Transformation von Spannungen auf ebene Spannungszustände 124 Darstellung der Wirkung der transformierten Spannung 126 Spannungskeile 127 Der gedrehte Schnitt 129 Wenn transformierte Spannungen nicht groß genug sind: Hauptspannungen 130 Die Hauptnormalspannungen bestimmen 131 Die Hauptnormalspannungswinkel bestimmen 131 Die Hauptschubspannungen berechnen 134 Die Hauptschubspannungswinkel bestimmen 134 Maximale Schubspannung: In der Ebene oder senkrecht zur Ebene 136 Verwendung des Mohr’schen Spannungskreises 137 Voraussetzungen und Annahmen für den Mohr’schen Spannungskreis 137 Den Mohr’schen Spannungskreis konstruieren 138 Berechnung von Koordinaten und anderen wichtigen Werten im Mohr’schen Spannungskreis 139 Die Hauptnormalspannungen und die Winkel bestimmen 141 Berechnung weiterer Größen mit dem Mohr’schen Spannungskreis 142 Spannungskoordinaten unter beliebigen Winkeln mit dem Mohr’schen Spannungskreis bestimmen 143 Den Mohr’schen Spannungskreis auf die dritte Dimension erweitern 144 Kapitel 8 Spannungen entlang von Längsachsen ausrichten 147 Die Längsspannung definieren 147 Flächenpressungen betrachten 149 Die Flächenpressung auf ebenen Oberflächen 149 Flächenpressung bei gewölbten Flächen 151 Druck in Druckbehältern 152 Der Unterschied zwischen dünn- und dickwandigen Druckbehältern 152 Dünnwandige Druckbehälter näher betrachten 153 Wenn Durchschnittsspannungen einen Höchstwert haben: Maximale Spannungen bestimmen 156 Brutto- und Nettoquerschnitte bei der Berechnung der durchschnittlichen Normalspannung 156 Bestimmung maximaler Spannungen mithilfe von Kraftflusslinien 159 Auf Spannungskonzentrationen konzentrieren 160 Kapitel 9 Biegespannungen sind nur normal: Biegebalken untersuchen 163 Biegespannung erklären 163 Spannung aufgrund von Biegung 164 Die reine Biegung 166 Grundlegende Annahmen machen 166 Berechnung der bei der reinen Biegung auftretenden Spannungen 167 Die reine Biegung bei symmetrischen Querschnitten 169 Kapitel 10 Der Wahnsinn der Scherung: Schubspannungen 173 Untersuchung von Schubspannungen 173 Mit durchschnittlichen Schubspannungen arbeiten 174 Scherung bei Klebe- und Kontaktflächen 175 Scherung bei Bolzen und Wellen 175 Durchstanzen betrachten 178 Schubspannungen aufgrund von Biegebelastung 179 Die Schubspannungsverteilung eines einheitlichen Querschnitts 180 Schubspannungen bei ungleichmäßigen Querschnitten 181 Berechnung von Schubspannungen anhand von Schubflüssen 182 Mit dem Schubfluss schwimmen 182 Kapitel 11 Sich hin und her winden: Die Torsion 189 Merkmale der Torsion betrachten 189 Schubspannungen aufgrund von Torsion betrachten 190 Den Schnitt bei der Torsion bestimmen 191 Bestimmung der Torsionskonstanten 191 Schubspannung aus Torsion berechnen 193 Torsion bei kreisförmigen Wellen untersuchen 193 Torsion bei nicht kreisförmigen Querschnitten 195 Behandlung von Torsionsproblemen in dünnwandigen Querschnitten mithilfe des Schubflusses 195 Untersuchung der Torsion von mehrzelligen Querschnitten mithilfe des Schubflusses 197 Teil III Die Untersuchung von Dehnungen 201 Kapitel 12 Zerreißen Sie sich nicht: Dehnungen und Verformungen 203 Die Verformung betrachten, um die Dehnung zu finden 203 Gedehnte Beziehungen: Längen vergleichen 204 Die Einheiten der Dehnung 204 Die Verwendung von Formeln für die technische und die wahre Dehnung 205 Normal- und Schubdehnung: Die Richtung finden 205 Mit der Normaldehnung klar kommen 206 Die Schubdehnung erzeugt einen neuen Winkel 208 Erweiterung um die Wärmedehnung 210 Ebene Dehnungszustände 211 Kapitel 13 Übertragung der Prinzipien der Transformation auf die Dehnung 213 Spannungstransformationen auf ebene Dehnungszustände erweitern 213 Transformation von Dehnungen 214 Graphische Darstellung des gedrehten Elements 215 Bestimmung der Hauptdehnungen und ihrer Lage 217 Die Hauptnormaldehnung bestimmen 217 Bestimmung der Hauptnormaldehnungswinkel 218 Die Hauptschubdehnung berechnen 219 Der Mohr’schen Spannungskreis für ebene Dehnungen 221 Dehnungmessungen mit DMS-Rosetten 223 Kapitel 14 Spannung und Dehnung zueinander in Bezug setzen, um die Verformung zu verstehen 227 Das Materialverhalten beschreiben 227 Elastisches und plastisches Verhalten: In die Form zurückkehren? 228 Duktile und spröde Materialien: Dehnen oder Brechen? 228 Materialermüdung: Bei wiederholter Belastung nachgeben 229 Daten vergleichbar machen: Spannungs-Dehnungs-Diagramme 231 Die Beziehung zwischen Spannung und Dehnung 231 Auftragung der Spannung gegen die Dehnung, um Materialien zu beschreiben 232 Spannungs-Dehnungs-Kurven für Materialien erklären 232 Die Bereiche der Spannungs-Dehnungs-Kurve bestimmen 233 Die interessanten Punkte im Spannungs-Dehnungs-Diagramm 234 Das Who is Who der Materialeigenschaften 235 Steifigkeit unter Belastung betrachten: Der Elastizitätsmodul 235 Mit der Poissonzahl länger und dünner (oder kürzer und dicker) werden 237 Verknüpfung von Spannung und Dehnung 238 Annahmen, die man bei der Verknüpfung von Spannung und Dehnung machen muss 238 Hooke federt unaufhörlich! Das Hookesche Gesetz in einer Dimension 239 Ein verallgemeinerter Ausdruck für das Hookesche Gesetz in zwei oder drei Dimensionen 240 Die Spannung aus bekannten Dehnungswerten berechnen 242 Teil IV Spannungen und Dehnungen angewandt 245 Kapitel 15 Zusammenfassen von Spannungen 247 Das Superpositionsprinzip: Ein einfacher Fall von Addition 247 Die Bühne für zusammengefasste Spannungen bereiten 249 Einige einfache Regeln 249 Einige nützliche Vereinbarungen 249 Berücksichtigung mehrerer Längswirkungen 251 Berücksichtigung der Biegung bei zusammengefassten Spannungen 252 Zweiachsige Biegung aufgrund schräger Belastungen 252 Kombinierte Schubspannungen bei Biegung und Scherung 255 Exzentrische Axiallasten 258 Den zusammengefassten Torsions- und Schubspannungen einen Dreh verpassen 259 Kapitel 16 Wenn Drücken und Schieben zusammenkommen:Arbeiten mit Verformungen 261 Die Grundlagen der Berechnung von Verformungen 261 Die Steifigkeit definieren 262 Einige Grundannahmen 262 Die Verformung von Längsstäben 263 Längsverformungen berechnen 263 Bestimmung relativer Verformungen 264 Flächen mit nicht einheitlichen Querschnitten unter Belastung 267 Durchbiegung von Biegebalken beschreiben 268 Annahmen zur Durchbiegung 268 Die elastische Kurve für Verformungen 269 Integration der Lastenverteilung zur Bestimmung der Verformung 274 Der Verdrillungswinkel 277 Verdrillungswinkel bei Querschnitten, die entlang der Länge gleich bleiben 277 Der Verdrillungswinkel bei zusammengesetzten Torsionsproblemen 279 Kapitel 17 Bestimmung bei unbestimmten Strukturen 283 Unbestimmte Strukturen anpacken 283 Unbestimmte Strukturen in Kategorien aufgliedern 284 Voraussetzungen für unbestimmte Systeme 284 Stützkräfte wegnehmen: Einführung zusätzlicher Systeme 285 Längsbalken mit unbestimmten Auflagerkräften 286 Systeme aus Längsstäben 287 Biegebalken mit mehreren Lagern 290 Torsion bei Wellen mit unbestimmten Stützkräften 294 Mit mehreren Materialien arbeiten 296 Längsstäbe aus mehreren Materialien 296 Biegung bei mehreren Materialien 298 Torsion von mehreren Materialien 302 Verträglichkeitsbedingungen mithilfe starrer Körper bestimmen 304 Probleme mit starren Balken 304 Längs- und Torsionsbelastung bei starren Verschlusskappen 307 Kapitel 18 Das Knicken von Druckstäben 309 Sich mit Stäben vertraut machen 309 Arten von Stäben 310 Den Schlankheitsgrad eines Stabes berechnen 310 Einteilung von Stäben anhand des Schlankheitsgrades 311 Die Festigkeit kurzer Stäbe 312 Unter Druck knicken: Lange, schlanke Stäbe 312 Die Belastbarkeit von Stäben 313 Die elastische Knicklast berechnen 313 Berechnung der elastischen Knickspannung 315 Stützkräfte bei den Knickberechnungen berücksichtigen 315 Arbeiten mit mittleren Stäben 317 Biegewirkungen berücksichtigen 318 Kapitel 19 Auslegung für die erforderlichen Querschnittskennwerte 321 Strukturelle Eignung: Formale Richtlinien und Entwicklungsvorschriften 322 Prinzipien des Entwicklungsprozesses 323 Die Festigkeit der Bauteile und Bemessungslasten 323 Aufstellung von Entwicklungskriterien 324 Ausarbeitung einer Entwicklungsmethode 325 Überblick über eine elementare Entwicklungsmethode 325 Entwicklungsanforderungen aufgrund möglicher Versagensmechanismen 326 Auslegung von Längsstäben 327 Rechnung für einfache Zugstäbe 328 Stäbe unter Drucklasten: Die Art des Knickens abschätzen 328 Auslegung von Biegebalken 330 Planung der Biegemomente mithilfe des Widerstandsmoments 331 Berücksichtigung der Schubspannung aus Biegung 334 Berücksichtigung von Leistung und Torsion bei der Entwicklung 334 Wechselwirkungsgleichungen 336 Kapitel 20 Energiemethoden 337 Der Energieerhaltung gehorchen 337 Arbeiten mit inneren und äußeren Energien 339 Bestimmung der inneren Dehnungsenergie 339 Die innere Dehnungsenergie ist gleich der äußeren Arbeit 342 Sich selber stützen: Spannungen und Verformungen aus der Impaktbelastung 343 Bestimmung der Impaktbelastung aus der kinetischen Energie 343 Energiebeziehungen unter Verwendung vertikaler Impaktbelastungsfaktoren 345 Teil V Grau ist alle Theorie: Reale Materialien 347 Kapitel 21 Häufig leicht zu verformen: Metalle 349 Ein See voller Elektronen: Die metallische Bindung 349 Die elastischen Eigenschaften von Metallen 350 Die Spannungs-Dehnungs-Kurve 351 Plastische Verformung 353 Bildung einer Einschnürung 355 Größen zur Beschreibung der plastischen Verformung 356 Härtungsmechanismen 358 Einbau von Fremdatomen 358 Kaltverfestigung 359 Kleiner ist besser: Der Einfluss der Kristallitgröße 359 Kleine Teilchen einbauen: Die Dispersionshärtung 360 Kriechen und Ermüdung 361 Irgendwann reicht es: Der Ermüdungsbruch 361 Kapitel 22 Starr und rigide: Keramische Werkstoffe und andere spröde Materialien 365 Klassifizierung keramischer Materialien 365 Ionische und kovalente Bindungen 366 Kristalline und amorphe Materialien 367 Mechanische Eigenschaften keramische Materialien 367 Spröde Materialien und Sprödbruch 370 Lange Risse sind gefährlich: Das Griffith-Modell 371 Die Zähigkeit: Eine vorteilhafte Eigenschaft 373 Zähigkeit 373 Bruchzähigkeit 373 Biegefestigkeit 374 Wie vermeidet man spröde Brüche? 376 Kapitel 23 Lange Ketten bilden einen Körper: Polymere 377 Definition von Polymeren 377 Wichtige Begriffe im Zusammenhang mit Polymeren 378 Typen von Polymeren 381 Beispiele für Polymere 382 Der Elastizitätsmodul von Polymeren 383 Anisotropie 384 Nachwirkungen 384 Kriechen 385 Auf die Dauer erfolgt eine Beruhigung: Die Relaxation 387 Zusammenfassung der Zeitabhängigkeit: Anelastizität und Viskoelastizität 387 Kapitel 24 Gegenseitige Unterstützung: Verbundwerkstoffe 389 Definition von Verbundwerkstoffen 389 Die Wirkungsweise von Verbundwerkstoffen 390 Eine ungeheure Vielzahl: Verbundwerkstoffe 390 Kieselsteine können eine große Wirkung haben: Dispersionsverbundwerkstoffe 391 Lang und dünn, aber oho: Faserverbundwerkstoffe 391 Auf die Richtung kommt es an: Schichtverbundwerkstoffe 392 Die Newcomer: Nanoverbundwerkstoffe 393 Die mechanischen Eigenschaften von faserverstärkten Verbundstoffen 394 Arten von faserverstärkten Verbundstoffen 394 Haftung und weitere Eigenschaften 394 Festigkeit 395 Die Mischungsregel: Der Elastizitätsmodul 397 Versagensmechanismen von faserverstärkten Verbundwerkstoffen 399 Erhöhung der Festigkeit/Zähigkeit 401 Teil VI Der Top-Ten-Teil 405 Kapitel 25 Zehn Stolpersteine in der Festigkeitslehre 407 Die Einheiten müssen stimmen 407 Erster Schritt: Bestimmung der inneren Kräfte 407 Wahl der richtigen Querschnittskennwerte 407 Wichtig: Die Symmetrie von Biegebalken 408 Vorsicht bei der Überlagerung von Spannungen und Dehnungen 408 Das allgemeine Hookesche Gesetz in drei Dimensionen 408 Stäbe müssen richtig klassifiziert werden 409 In den Richtungen der Hauptnormalspannungen wirken keine Schubspannungen 409 Prüfung der Hauptspannungswinkel 409 Fallen bei der Anwendung des Mohrschen Spannungskreises 409 Stichwortverzeichnis 411

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Book SynopsisNachteile ein Kunststoff in Ihrem ganz besonderen Anwendungsfall hat? Dieses Buch führt Sie in das umfassende Thema Kunststoffe ein. Sie finden alle wichtigen Informationen zu Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren, auch zu den noch weniger gebräuchlichen. Chemischer Aufbau und Werkstoff-Kenndaten verstehen sich von selbst. Doch was noch viel wichtiger ist: Hier erfahren Sie, was Sie mit dem jeweiligen Kunststoff anfangen können und welche Kunststoffe sich für welchen Anwendungsfall eignen. Das Buch enthält die besten Hinweise eines Praktikers im Umgang mit Kunststoffen. So können Sie ressourcenschonend und gewinnbringend arbeiten. Inklusive zwei Online-Bonuskapitel!Table of ContentsÜber den Autor 7 Einführung 25 Teil I Und Jedem Zauber Wohnt Ein Anfang Inne 31 Kapitel 1 Hier stimmt die Chemie 33 Einstieg in die Welt der Kunststoffe 33 Kunststoffe und der Rest der Werkstoff-Welt 34 Aus vielen eines 35 Synthese von Polymeren 37 Aufbau der Polymerketten 40 Eine Frage des Taktes 41 Was die Welt im Innersten zusammenhält 44 Amorphität und Teilkristallinität 47 Kapitel 2 Verarbeitungsverfahren bei Thermoplasten 59 Urformen 60 Umformen 72 Trennende Formgebung 83 Kleben 91 Schweißen 95 Kunststoff mit etwas beschichten 112 Etwas mit Kunststoff beschichten 117 Tempern 119 Generative Fertigungsverfahren 122 Kapitel 3 Exoten 133 Anorganische Polymere 133 Elektrisch leitfähige Polymere 140 Elektroaktive Polymere 144 Magnetische Kunststoffe 145 Teil II Drum Prüfe, Wer Sich Ewig Bindet 147 Kapitel 4 Materialanalysen 149 Beilsteinprobe 149 Thermogravimetrie 150 Infrarotspektroskopie 151 Energiedispersive Röntgenspektroskopie, REM-EDX 153 Kapitel 5 Messungen bei Herstellung und Verarbeitung 155 Wärmebildaufnahme 155 Feuchtigkeit des Granulats messen 155 Panta rhei – Alles fließt 158 Teil III Werkstoffeigenschaften 175 Kapitel 6 Mechanische Eigenschaften 177 Linear-elastisches Verhalten 178 Viskoses Verhalten 179 Plastisches Verhalten 180 Viskoelastizität 181 Viskoplastizität 186 Universalprüfmaschine 190 Zugversuch 191 Schubversuch 195 Druckversuch 209 Biegeversuch 212 (Kerb-)Schlagbiegeversuch 217 Härteprüfung 222 Reibungsverhalten 224 Zeitstandversuch 229 Umgebungsbedingte Spannungsriss-Bildung 236 Dauerschwingversuch 238 Kapitel 7 Thermische Eigenschaften 243 Glasübergangstemperatur 243 Wärmeleitfähigkeit 249 Spezifische Wärmekapazität 252 Wärmedehnzahl 253 Wärmeformbeständigkeit 254 Kapitel 8 Brandverhalten 261 Prüfmethoden 263 Feuerschutz 270 Kapitel 9 Optische Eigenschaften 275 Auf den ersten Blick 275 Transparenz 275 Streuung 278 Brechungsindex 281 Es ist nicht alles Gold, was glänzt 284 Farbe bekennen 288 Kapitel 10 Weitere Eigenschaften 293 Physikalische Eigenschaften 293 Chemische Eigenschaften 298 Elektrische Eigenschaften 303 Permittivität 306 Kapitel 11 Sonstiges 309 Akustische Eigenschaften, Dämpfung, Dämmung 309 Gasdurchlässigkeit, Verhalten im Vakuum 315 Was vom Tage übrig blieb… 323 Das Kleingedruckte 326 Teil IV Flexibel Muss Man Sein 327 Kapitel 12 Polyolefine 329 Polyethylen 330 Polypropylen 335 Polymethylpenten 339 Polybutylen 340 Kapitel 13 Polyvinylchlorid 343 Eigenschaften 343 Verarbeitung und Verwendung 345 Verarbeitung des Halbzeugs 348 PVC – der umstrittenste aller Kunststoffe 349 Polyvinylidenchlorid 351 Kapitel 14 Polystyrol 355 Geschäumtes Polystyrol 356 Standard-Polystyrol 358 Schlagzähes Polystrol 359 Vernetztes Polystyrol 360 Syndiotaktisches Polystyrol 361 Weitere Kunststoffe mit PS-Anteil 361 Styrol-Butadien-Styrol 362 Kapitel 15 Polyester 365 Polyethylenterephthalat 365 Polybutylenterephthalat 368 Polycarbonat 370 Polyvinylalkohol 373 Polyvinylacetat 374 Kapitel 16 Weitere Standard-Thermoplaste 375 Ethylen-Vinylacetat-Copolymer 375 Polyacrylnitril 379 Styrol-Acrylnitril 381 Acrylnitril-Butadien-Styrol 383 Acrylester-Styrol-Acrylnitril 385 Anmerkung 387 Polymethylmethacrylat 387 Polyallyldiglycolcarbonat 390 Kapitel 17 Polyamid 391 Eigenschaften 394 Verarbeitung 395 Verwendung 396 Polyaramid 397 Polyphthalamide 398 Kapitel 18 Weitere technische Thermoplaste 401 Polyoxymethylen 402 Polyphenylensulfid 405 Flüssigkristalline Polymere 409 Kapitel 19 Hochleistungsthermoplaste 417 Polyphenylenether 418 Polyarylethersulfone 420 Polysulfon 421 Polyethersulfon 423 Polyarylensulfon 425 Polyphenylensulfon 425 Zusammenfassung 427 Polyaryletherketone 427 Polyetheretherketon 428 Kapitel 20 Polyimide 431 Polyimid 432 Polyamidimid 435 Polyetherimid 437 Polybismaleimid 439 Polybenzimidazol 440 Polymethacrylimid 442 Polyimid kombiniert mit Polysulfon 442 Polyetherimidsulfon 443 Polyoxadiazole 445 Kapitel 21 Fluorkunststoffe 447 Polytetrafluorethylen 448 Ethylentetrafluorethylen 452 Verwendung 454 Ethylenchlortrifluorethylen 455 Eigenschaften 455 Verarbeitung 458 Polychlortrifluorethylen 458 Polyvinylidenfluorid 461 Perfluoralkoxy-Polymere 464 Perfluorethylenpropylen 466 Kapitel 22 Zusammenfassung 469 Für eine Handvoll Dollar 469 Einteilung nach Güte der Eigenschaften 470 Teil V Gelobt Sei, Was Hart Macht 473 Kapitel 23 Werkstoffe 475 Phenoplaste 476 Aminoplaste 478 Polyesterharze 480 Acrylharz 485 Epoxidharze 486 Vinylesterharz 488 Polyurethane 489 Silikon 494 Kapitel 24 Verarbeitungsverfahren bei Duroplasten 501 Spritzgießen 501 Formpressen 502 Vergießen 508 Laminieren 513 Teil VI Eine Andere Sicht Der Dinge 519 Kapitel 25 Am Anfang war … der Kunststoff 521 Vor der Industrialisierung 521 Industrielle Entwicklung 522 Entwicklung der Kunststoffproduktion 524 Kapitel 26 Kunststoffe und Umwelt 527 Schädliche Auswirkungen des Plastikmülls 528 Löst sich das Problem von selber auf? 528 Es gibt nichts Gutes, außer man tut es 529 Der Kreislauf des Lebens – für Kunststoffe 546 Schlusswort 548 Teil VII Top-Ten-Teil 549 Kapitel 27 10 wissenswerte Fakten über Kunststoffe 551 Was ist Kunststoff und was ist Polymer? 551 Grundtypen der Kunststoffe 552 Organisch - Anorganisch 552 Polymere und Natur 552 Polymere und die Menschheit 553 Polymere in der Technik 553 Polymere und die Umwelt 553 Kunststoffe als Problemlöser 553 Kunststoffe und die Wirtschaft 554 Kunststoffe – immer noch unter Wert verwendet 554 Stichwortverzeichnis 555

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Book SynopsisJeder Studierende braucht Übungsaufgaben - zur Thermodynamik allemal! Gute, gezielte Aufgaben und Übungen tragen enorm zum tieferen Verständnis bei. Selbst wenn es zunächst noch nicht so klappt: In diesem Buch werden die Lösungen der Aufgaben und Beispiele vollständig durchgerechnet, auf Grundbeziehungen zurückgeführt und methodisch erklärt. Nach einigen Beispielen werden Lösungsstrukturen ersichtlich. Das schafft Lösungssicherheit und ein gutes Gefühl vor der nächsten Prüfung.Table of ContentsÜber den Autor 7 Danksagung 7 Einleitung 21 Über dieses Buch 21 Konventionen in diesem Buch 21 Törichte Annahmen über die Leser 22 Wie dieses Buch aufgebaut ist 22 Teil 1: Grundlegendes (Kapitel 1, 2, 3) 23 Teil 2: Fluide, die in Bewegung sind (Kapitel 4, 5, 6, 7) 23 Teil 3: Energiebilanzen mit realen und idealen Gasen (Kapitel 8, 9, 10, 11, 12) 23 Teil 4: Zustandsänderungen der Stoffe (Kapitel 13 und 14) 24 Teil 5: Kreisprozesse mit Gasen und Wasserdampf (Kapitel 15, 16, 17) 24 Top-Ten-Teil (Kapitel 18) 24 Lösungen zu den Übungsaufgaben 24 Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 25 Wie es weitergeht 25 TEIL I GRUNDLEGENDES 27 Kapitel 1 Bausteine der Thermodynamik 29 Atome und Moleküle 29 Temperatur 𝜗 und absolute Temperatur T 31 Volumenausdehnungskoeffizienten der Stoffe 33 Der Druck in Flüssigkeiten und Gasen 35 Hydrostatischer Druck in einer Flüssigkeit 36 Den Druck eines Gases mit einem Schrägrohrmanometer messen 40 Norm- und Standardzustand eines Gases 41 Normzustand eines Gases 42 Standardzustand eines Gases43 Die Stoffmenge einer Substanz 43 Das Molvolumen 44 SI-Einheiten 45 Umrechnungstafel der abgeleiteten Einheiten 46 Kohärente und inkohärente Einheiten 46 Übungsaufgaben 47 Aufgabe 1.1: Einheiten umrechnen 47 Aufgabe 1.2: Die Stoffmenge in einem Kilogramm Wasser berechnen 47 Aufgabe 1.3: An einem schrägen U-Rohrschenkel die Ablesegenauigkeit erhöhen 47 Aufgabe 1.4: Eine einfache Druckerhöhung bewerkstelligen 48 Aufgabe 1.5: Den Druckabfall in einer Wasserleitung berechnen 48 Kapitel 2 Wärmekapazitäten 51 Wärmekapazitäten der Gase 51 Mittlere spezifische Wärmekapazitäten 54 Tabellierte mittlere Wärmekapazitäten 56 Wärmekapazitäten der Flüssigkeiten und Festkörper 60 Übersicht: Wärmekapazitäten der Stoffe 61 Experimentelle Bestimmung der Wärmekapazität c𝑝 62 Übungsaufgaben 64 Aufgabe 2.1: Mittlere spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen 64 Aufgabe 2.2: Warmwasser bereitstellen 65 Aufgabe 2.3: Die Wärmekapazität einer Sodalösung berechnen 65 Kapitel 3 Ideale Gase 67 Eigenschaften eines idealen Gases 67 Die Grundform der idealen Gasgleichung 68 Historische Entwicklung der idealen Gasgleichungen 69 Ideale Gasgleichungen (Thermische Zustandsgleichungen) 71 Übungsaufgaben 79 Aufgabe 3.1: Das Molvolumen aus der Dichte eines Gases berechnen 79 Aufgabe 3.2: Molmasse eines H-Atoms bestimmen 79 Aufgabe 3.3: Stoffmenge eines Salzkristalls 80 Aufgabe 3.4: Massenstrom berechnen 80 Aufgabe 3.5: Luftfederung 81 Aufgabe 3.6: Druckausgleich bei verschiedenen Gasen 81 Aufgabe 3.7: Einen Gasbehälter auf Dichtheit prüfen 82 Aufgabe 3.8: Ein Kilogramm Gas im Normzustand einschließen 82 Aufgabe 3.9: Ein dreistufiger Verdichtungsprozess 83 Aufgabe 3.10: Eine luftgefüllte Stahlflasche kühlt sich ab 83 Aufgabe 3.11: Sauerstoff in Flaschen umfüllen 83 Aufgabe 3.12: Dauerbelastung eines pneumatischen Stoßdämpfers 83 Aufgabe 3.13: Masse und Stoffmenge 84 Aufgabe 3.14: Norm- und Standardzustand 84 Aufgabe 3.15: Außergewöhnlicher Verdichtungsprozess 84 Aufgabe 3.16: Masse und Dichte einer Stoffmenge 85 Aufgabe 3.17: Zum 1. Gesetz von Gay-Lussac (Gesetz von Charles) 85 Aufgabe 3.18: Relative Zustandsgrößen berechnen 86 TEIL II FLUIDE, DIE IN BEWEGUNG SIND 87 Kapitel 4 Mischungen idealer Gase 89 Die Konzentration einer Substanz in einer Mischung 89 Massenkonzentration 90 Stoffkonzentration 90 Volumenkonzentration 92 Zusammenhang zwischen Massen- und Stoffkonzentration 92 Gesetz von Dalton 93 Spezielle Gaskonstante einer Mischung 94 Die Dichte einer Gasmischung 95 Spezifische Wärmekapazitäten einer Mischung 95 Intensive und extensive Zustandsgrößen 96 Innere Energie einer Mischung aus idealen Gasen 97 Enthalpie einer Mischung aus idealen Gasen 98 Mischungstemperatur 100 Entropieänderung einer Mischung aus idealen Gasen 101 Übungsaufgaben 101 Aufgabe 4.1: Partialdrücke und Temperatur einer Gasmischung 101 Aufgabe 4.2: Eine Massenkonzentration in Volumenanteile umrechnen 102 Aufgabe 4.3: Die Dichte einer O2-N2-Gasmischung berechnen 102 Aufgabe 4.4: Gaslieferung an ein Zementwerk 102 Aufgabe 4.5: Partialdrücke und Mischtemperatur 103 Aufgabe 4.6: Brennwert einer Gasmischung 103 Aufgabe 4.7: Mischung aus gegebenen Volumenkonzentrationen 103 Aufgabe 4.8: Mittlere Molmasse einer Gasmischung 103 Aufgabe 4.9: Eine Gasmischung für Schutzgasschweißungen 104 Aufgabe 4.10: Kaltes und heißes Wasser mischen 104 Aufgabe 4.11: Mittlere Molmasse einer Mischung 104 Aufgabe 4.12: Dichte und Gesamtmasse einer Mischung 104 Aufgabe 4.13: Die Wärmekapazität in einem Experiment bestimmen 105 Kapitel 5 Kompressibilität der Fluide 107 Das Hooke’sche Gesetz der Festkörper 107 Das Hooke’sche Gesetz der Flüssigkeiten und Gase 108 Übungsaufgaben 116 Aufgabe 5.1: Kompressionsmodul und örtlicher Gasdruck 116 Aufgabe 5.2: Dichteänderung der Luft in einer isothermen Atmosphäre 116 Aufgabe 5.3: Kompressionsmodul einer Ölmenge bestimmen 117 Aufgabe 5.4: Dichteänderung versus Kompressionsmodul 117 Kapitel 6 Aerostatik und Auftrieb 119 Die Standardatmosphäre 120 Isotherme Atmosphäre (barometrische Höhenformel) 125 Auftriebskräfte in Fluiden 127 Auftrieb in Flüssigkeiten 127 Schwimmen, Schweben, Sinken und Aufsteigen 128 Thermischer Auftrieb in Fluiden 130 Übungsaufgaben 130 Aufgabe 6.1: Wie hoch steigt ein Ballon? 130 Aufgabe 6.2: Luftdruck am Berggipfel 131 Aufgabe 6.3: Auftrieb in der Atmosphäre 131 Aufgabe 6.4: Luftdruck am Boden eines Erdschachts 131 Aufgabe 6.5: Auftriebsfehler bei präzisen Wägungen in der Luft 132 Aufgabe 6.6: Zeppeline können auch Lasten tragen 132 Aufgabe 6.7: Wie tief taucht ein Körper in eine Flüssigkeit beim Schwimmen ein? 132 Aufgabe 6.8: Der Auftriebszug im Schornstein 133 Aufgabe 6.9: Archimedes und Gold 133 Aufgabe 6.10: Öchslegrad 133 Kapitel 7 Erhaltung der Masse 135 Eindimensionale Kontinuitätsgleichung für Flüssigkeiten 135 Eindimensionale Kontinuitätsgleichung für Gase 137 Kontinuitätsgleichung in 3-D-Strömungsfeldern 137 Was ist ein Vektorfeld? 137 Die allgemeine Kontinuitätsgleichung für Gase als Feldgleichung 139 Kontinuitätsgleichung für flüssige 3-D-Strömungsfelder 142 Übungsaufgaben 144 Aufgabe 7.1: Divergenz eines zweidimensionalen Vektorfelds 144 Aufgabe 7.2: Ein allgemeines Vektorfeld eines Gases 144 Aufgabe 7.3: Eindimensionale Kontinuitätsgleichung 144 Aufgabe 7.4: Ein rechteckiger Luftkanal 144 Aufgabe 7.5: Ist das Feld einer Grenzschichtströmung inkompressibel? 144 Aufgabe 7.6: Zwei Gasströme werden gemischt 145 Aufgabe 7.7: Ein Geschwindigkeitsfeld auf Inkompressibilität prüfen 145 Aufgabe 7.8: Wie schnell steigt der Wasserspiegel in einem Gefäß? 145 Aufgabe 7.9: Strömungsverzweigung in einer Arterie 145 Aufgabe 7.10: Wasserstandsänderung in einem Tank 146 Aufgabe 7.11: Beschleunigte Hochdruckströmung eines heißen Gases 147 Aufgabe 7.12: Volumenstrom eines Gases aus einer Erdgasquelle 147 Aufgabe 7.13: Wie schnell lässt sich ein Schwimmbecken füllen? 148 Aufgabe 7.14: In welcher Zeit wird ein Trichter mit Wasser gefüllt? 148 TEIL III ENERGIEBILANZEN MIT REALEN UND IDEALEN GASEN 149 Kapitel 8 Reale Gase 151 Eigenschaften realer Gase 151 Van-der-Waals-Gase und ihre Zustandsgleichungen 152 Beschreibung realer Gase mit der Realgasgleichung 162 Übungsaufgaben 166 Aufgabe 8.1: Vergleichsrechnung zwischen realem und idealem Gas 166 Aufgabe 8.2: Den Druck in einem Behälter bestimmen 166 Aufgabe 8.3: Den Stoffstrom durch eine Gasleitung berechnen 167 Aufgabe 8.4: Wirkliche Dichteänderung eines strömenden Gases 167 Kapitel 9 Einstieg in die höhere Thermodynamik 169 Totale Differenziale. 169 Das Differenzial einer Funktion 169 Funktionenmit mehreren Veränderlichen 171 Implizite Funktionen und ihre Ableitungen 176 Implizite Funktionen ableiten177 Allgemeine Eigenschaften impliziter Zustandsgleichungen 179 Übungsaufgaben 185 Aufgabe 9.1: Druckänderung eines idealen Gases infolge einer Temperaturund Volumenänderung 185 Aufgabe 9.2: Volumenänderung eines Van-der-Waals-Gases infolge einer Temperaturänderung 185 Aufgabe 9.3: Messfehler mit totalen Differenzialen abschätzen 185 Aufgabe 9.4: Die Änderung der inneren Energie eines Van-der-Waals-Gases infolge einer Verdichtung des Gases 185 Aufgabe 9.5: Die spezifische innere Energieänderung eines idealen Gases bestimmen 186 Kapitel 10 Erster Hauptsatz für offene Systeme 187 Thermodynamische Systeme 187 Die Systemgrenze umgibt das System 188 Allgemeine Erklärung der reversiblen Prozesse 188 Innere Energie 189 Mikroskopische Beschreibung der inneren Energie eines idealen Gases 189 Makroskopische Beschreibung der inneren Energie eines realen Gases 190 Der erste Hauptsatz für offene Systeme 191 Spezifische Energien formulieren 194 Mathematische Formulierung der Energiebilanz 195 Die integrale Form des ersten Hauptsatzes für offene Systeme 197 Spezifische Enthalpie eines idealen Gases 198 Technische Arbeit. 199 Der erste Hauptsatz für offene Systeme als Leistungsbilanz 201 Übungsaufgaben 205 Aufgabe 10.1: Industrieller Lufterhitzer 205 Aufgabe 10.2: Wasserturbine 206 Aufgabe 10.3: Die Reibungsarbeit in einer Strömung ermitteln 206 Aufgabe 10.4: Die Leistung einer Wasserpumpe berechnen 207 Kapitel 11 Erster Hauptsatz für geschlossene Systeme 209 Die Energiebilanz für geschlossene Systeme 209 Integrale Form des ersten Hauptsatzes 211 Leistungsbilanz im geschlossenen System 212 Thermodynamische Arbeit 213 Reversible Wärme 215 Reversible adiabate Prozesse idealer Gase 216 Die Arbeit eines adiabatischen Prozesses 218 Übungsaufgaben 223 Aufgabe 11.1: Isobare Expansion eines idealen Gases 223 Aufgabe 11.2: Mischungstemperatur und Gleichgewichtsdruck einer Gasmischung 223 Aufgabe 11.3: Nutzungsgrad eines Prozesses 224 Aufgabe 11.4: Kaltes und heißes Wasser mischen 224 Aufgabe 11.5: Adiabate Expansion eines idealen Gases 224 Kapitel 12 Entropie und der zweite Hauptsatz 225 Molekularstatistische Interpretation der Entropie 225 Entropie und thermodynamische Wahrscheinlichkeit 226 Stirlings Näherungsformel 229 Gleichgewichtszustand und Maximum der Entropie 229 Die Entropie als Zustandsfunktion. 234 Die Entropie eines idealen Gases 235 Entropieänderung reiner Stoffe infolge von Zustandsänderungen 238 Entropieänderungen bei irreversiblen Vorgängen 239 Die Gesamtentropie eines Gesamtsystems (Universums) 240 Temperaturausgleich zwischen zwei Teilsystemen 242 Übungsaufgaben 250 Aufgabe 12.1: Entropieproduktion eines expandierenden idealen Gases. 250 Aufgabe 12.2: Ist die reversible Wärme 𝛿qrev(T, v) eine Zustandsgröße? 250 Aufgabe 12.3: Ist die Entropie ds eine Zustandsfunktion? 251 Aufgabe 12.4: Ist der zweite Hauptsatz der Thermodynamik verletzt? 251 Aufgabe 12.5: Den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik anwenden 252 Aufgabe 12.6: Wärmeleitung durch eine Wand 253 Aufgabe 12.7: Entropieproduktion beim Wärmedurchgang durch eine Wand 253 Aufgabe 12.8: Erfüllt der Betrieb eines Axialkompressors den zweiten Hauptsatz? 254 Aufgabe 12.9: Die Entropieänderung bestimmt die Strömungsrichtung 254 Aufgabe 12.10: Eine Flüssigkeit mit einem Quirl erwärmen 255 TEIL IV ZUSTANDSÄNDERUNGEN DER STOFFE 257 Kapitel 13 Der Joule-Thomson-Effekt 259 Das Experiment 259 Der Joule-Thomson-Koeffizient 265 Übungsaufgaben 272 Aufgabe 13.1: Aus einer Druckflasche entweicht Sauerstoff 272 Aufgabe 13.2: Isenthalpe Expansion eines Gases bei hohem Druck 272 Kapitel 14 Zustandsänderungen idealer Gase 275 Wichtige thermodynamische Prozesse idealer Gase 275 Isotherme Zustandsänderung dT = 0 276 Isobare Zustandsänderung dp = 0 279 Isochore Zustandsänderung dv = 0 281 Isentrope Zustandsänderung ds = 0 283 Polytrope Zustandsänderung287 Übungsaufgaben 292 Aufgabe 14.1: Entropieänderung einer polytropen Zustandsänderung 292 Aufgabe 14.2: Übertragung der Prozessfunktionen ds = 0 und dv = 0 aus dem p-v-Diagramm in das T-s-Diagramm 292 Aufgabe 14.3: Sind Änderungen der inneren Energie wegunabhängig? 293 TEIL V KREISPROZESSE MIT GASEN UND WASSERDAMPF 295 Kapitel 15 Thermodynamische Kreisprozesse 297 Wie werden Kreisprozesse thermodynamisch beschrieben? 297 Ein rechtsläufiger Kreisprozess 298 Ein linksläufiger Kreisprozess 299 Der erste Hauptsatz für reversible Kreisprozesse 300 Berechnungsansätze für Kreisprozesse 301 Rechtsläufige Kreisprozesse 303 Der Carnot-Kreisprozess 310 Linksläufige Kreisprozesse 320 Übungsaufgaben 325 Aufgabe 15.1: Ein rechtsläufiger Carnot-Kreisprozess 325 Aufgabe 15.2: Maximale reversible Arbeit zwischen zwei Temperaturen 325 Aufgabe 15.3: Wahr oder falsch: Zum Betrieb einer Wärmekraftmaschine. 325 Aufgabe 15.4: Ein theoretischer Kreisprozess zum Üben 325 Kapitel 16 Wasser und Wasserdampf 327 Grundbegriffe der Kraftwerkstechnik 327 3-D-Zustandsdiagramm für Wasser und Wasserdampf 332 Zweidimensionale Phasendiagramme 335 Das p-v-Diagramm des reinen Wassers 335 Das p-𝜗-Diagramm 336 Das 𝜗-s-Diagramm für H2O. 337 Das h-s-Diagramm für H2O. 338 Die Wasserdampftafeln 340 Die Temperaturtafel (Tafel I) 340 Die Drucktafel (Tafel II) 340 Wasser und überhitzter Dampf (Tafel III) 340 Übungsaufgaben 356 Aufgabe 16.1: Zum Betrieb eines Überhitzers und einer Dampfturbine 356 Aufgabe 16.2: Wirkungsgrad eines Erwärmungsvorgangs 357 Aufgabe 16.3: Wasser isobar erhitzen 357 Aufgabe 16.4: Wie funktioniert ein Geysir? 357 Kapitel 17 Fundamentalgleichungen und die Maxwell-Beziehungen 359 Herleitung der Fundamentalgleichung 359 Maxwell-Beziehungen 361 Übungsaufgaben 371 Aufgabe 17.1: Isobarer Ausdehnungskoeffizient eines Van-der-Waals-Gases 371 Aufgabe 17.2: Zahlenbeispiel zum Ausdehnungskoeffizienten der Luft 371 TEIL VI TOP-TEN-TEIL 373 Kapitel 18 Zehn 3-D-Darstellungen von Kreisprozessen 375 Mit fünf Prozessfunktionen lassen sich die wichtigsten Kreisprozesse beschreiben 375 Der Otto-Kreisprozess in 3-D-Darstellung 377 Diesel-Kreisprozess. 378 Seilinger-Kreisprozess 379 Der Carnot-Kreisprozess im p-v-T-Diagramm 381 Der Carnot-Kreisprozess im T-s-p-Diagramm 382 Der Joule-Kreisprozess (offener Gasturbinenprozess) 383 Ericson-Kreisprozess (geschlossener Gasturbinenprozess) 384 Der Stirling-Kreisprozess 385 Der Clausius-Rankine-Kreisprozess386 Anhang Lösungen und Lösungswege 389 Stichwortverzeichnis 437

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Book SynopsisAlle Ingenieure benötigen sie - kaum einer mag sie eigentlich: die Mathematik. Aber Ingenieursmathematik muss nicht schwer verständlich sein, sie kann auch Spaß machen. J. Michael Fried vermittelt Ihnen in diesem Buch die Grundlagen der Mathematik, die alle Ingenieure in den ersten Semestern benötigen. Los geht's mit der Linearen Algebra: Lernen Sie, wie Sie mit Vektoren und Matrizen rechnen, lineare Gleichungssysteme lösen und Eigenwerte sowie Eigenvektoren berechnen. Außerdem führt der Autor Sie in die Geheimnisse der eindimensionalen Analysis ein und erklärt alles Wissenswerte zu Folgen und Grenzwerten, zur Differenzial- und zur Integralrechnung. Anhand von vielen Tipps und Praxisbeispielen lernen Sie, wo die erworbenen Kenntnisse in den Ingenieurwissenschaften angewendet werden. Mit Übungsaufgaben und ausführlichen Lösungen können Sie Ihr Wissen auch gleich noch überprüfen und festigen. Dieses Buch richtet sich an Studierende aller Ingenieurwissenschaften - sowohl zum Lernen als auch zum Nachschlagen.Table of ContentsÜber den Autor 15 Danksagung 16 Einleitung 17 Teil I: Grundlegende lineare Algebra 23 Kapitel 1: Die Grundlagen der Mathematik: Logik, Mengen und Zahlen 25 Kapitel 2: Von Vektoren und Matrizen 51 Kapitel 3: Lineare Gleichungssysteme 87 Teil II: Viel mehr lineare Algebra 127 Kapitel 4: Eigenwerte und Eigenvektoren 129 Kapitel 5: Quadratische Formen und Ausgleichsrechnung 153 Kapitel 6: Ein wenig Dreidimensionales 169 Teil III: Eindimensionale Analysis 179 Kapitel 7: Folgen und Grenzwerte 181 Kapitel 8: Stetigkeit 205 Kapitel 9: Differentialrechnung 217 Kapitel 10: Bestimmte, unbestimmte und uneigentliche Integrale 257 Kapitel 11: Differenzieren ist Handwerk – Integrieren eine Kunst! 287 Kapitel 12: Reihen 309 Teil IV: Der Top-Ten-Teil 349 Kapitel 13: Zehn Dos and Don’ts der linearen Algebra 351 Kapitel 14: Zehn wichtige Punkte in der Analysis 355 Kapitel 15: Wie man einen Mathekurs erfolgreich überlebt 359 Anhang A: Lösungen der Aufgaben 363 Stichwortverzeichnis 379

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Book SynopsisSie sollen ein Projekt betreuen, kennen sich technisch gut aus, sind sich aber nicht sicher, wie Sie es organisieren und verwalten, also managen sollen? Genau dafür hat Jürgen Rismondo dieses Buch geschrieben. Er erklärt, was Projektmanagement ist, wie Sie Projekte Schritt für Schritt planen, was die Konzept- und was die Designphase ist. Das Buch hilft Ihnen auch bei der Projektausführung und der Überwachung und Steuerung von Projektarbeit. Einen gesonderten Blick wirft der Autor dabei auf den Menschen als Projektmitarbeiter und geht zuletzt noch auf Werkzeuge und alternative Ansätze des Projektmanagements ein.Table of ContentsWidmung 9 Über den Autor 21 Einleitung 23 Über dieses Buch 23 Törichte Annahmen über den Leser 24 Wie dieses Buch aufgebaut ist 25 Teil I: Projektmanagement-Überblick 25 Teil II: Die Vorprojektphase 26 Teil III: Die Planungsphase 26 Teil IV: Die Durchführungsphase 26 Teil V: Die parallele Planungsprozesse für alle Projektphasen 27 Teil VI: Der Faktor Mensch 27 Teil VII: Agiles Projektmanagement 27 Teil VIII: Der Top-Ten- Teil 28 Symbole in diesem Buch 28 Teil I: Projektmanagement – Ein Überblick 29 Kapitel 1: Projektmanagement-Grundlagen 31 Was ist Projektmanagement? 31 Was ist ein Projekt? 32 Genau das ist Projektmanagement! 34 Warum brauchen Sie als Ingenieur Projektmanagement? 35 Die entscheidenden Faktoren für das Projekt: Zeit, Geld und Ergebnis 36 Kapitel 2: Die verschiedenen Phasen eines Projekts 39 Warum gibt es Projektphasen? 39 Die Vorprojektphase 41 Die Mutter aller Projektanfänge: Der »Business Case« oder auch die Projektidee 42 Das Lastenheft 43 Der Projektvertrag 43 Wir machen das Projekt – Die Planungsphase 44 Planungsphase Teil 1 – Die Konzeptphase 45 Planungsphase Teil 2 – Die (eigentliche) Planungsphase 46 Präsentation der Planungsergebnisse auf einem Kick-off 46 Das Projekt beginnt – Die Hauptprojektphase 47 Das Managen der Projektarbeit 47 Überwachen und Steuern der Projektausführung 48 Das Projekt ist zu Ende – Die Abschlussphase: Was haben wir gelernt 48 Kapitel 3: Der Projektmanagement-Kreislauf 49 Projektmanagement-Kreislauf Teil 1: Ziele 50 Ziele müssen messbar sein 52 Projektmanagement-Kreislauf Teil 2: Die Projekt-Struktur 53 Der Projektstrukturplan 54 Projektmanagement-Kreislauf Teil 3: Der Projektablauf 58 Balkenplan und Netzplan 58 Projektmanagement-Kreislauf Teil 4: Ressourcen und Kapazitäten 59 Das »magische Dreieck« 60 Projektmanagement-Kreislauf Teil 5: Kosten 65 Jedes Projekt benötigt einen Soll-Ist- Vergleich 65 Projektmanagement-Kreislauf Teil 6: Risikomanagement 66 Wodurch Projekte scheitern 67 Projektmanagement-Kreislauf: Zusammenhang und Zusammenfassung 68 Rollierende Planung im Projektmanagement 68 Parallele Projektmanagementprozesse 69 Der Projektmitarbeiter steht im Mittelpunkt 70 Kapitel 4: Projektorganisation 71 Reine Projektorganisation 72 Matrix-Projektorganisation 73 Kapitel 5: Die Rollen im Projekt 75 Der (Projekt-) Auftraggeber 76 Der Projektleiter 77 Der Lenkungsausschuss 78 Das Projektteam 78 Teil II: Die Vorprojektphase 81 Kapitel 6: Die Projektidee oder der Business Case 83 Inhalte eines Business Case 84 Die Kosten und der Nutzen 85 Nutzenorientierte Argumentation 86 Die technischen Eigenschaften 87 Der Faktor Zeit 88 Ein erster Blick auf die Chancen und Risiken: Die PEST-Analyse 88 Chancen und Risiken für Fortgeschrittene: Die SWOT-Analyse 91 Kapitel 7: Das Lastenheft 95 Wünsche sind keine Anforderungen 95 Die Inhalte des Lastenhefts 97 Beim Lastenheft mitwirken 100 Teil III: Die Planungsphase 103 Kapitel 8: Die Planungsphase Teil 1 – Die Konzeptphase 105 Das Pflichtenheft 105 Das Inhalts-und Umfangsmanagement 106 Planung des Inhalts und Umfangs 106 Die Inhalte des Pflichtenhefts 107 Beschreibung des Projektinhalts und -umfangs 108 Beschreibung von Produktinhalt und -umfang 109 Produktanforderungen und Projektanforderungen 109 (Messbare) Projektziele 110 Produktgrenzen und Projektgrenzen 113 Liefergegenstände des Produkts 115 Liefergegenstände des Projekts 117 Produktabnahmekriterien und Projektabnahmekriterien 120 Projektbeschränkungen und Projektannahmen 122 Projektorganisation 124 Anfänglich definierte Risiken 125 Meilensteine 125 Kostenbegrenzung 127 Änderungsmanagement 127 So hilft Prozessmanagement beim Pflichtenheft 128 Zusammenfassung 129 Kapitel 9: Der Projektvertrag 131 Pflichtenheft und Projektvertrag hängen zusammen 132 Inhalte des Projektvertrags 133 Die (allgemeine) Projektbeschreibung 133 Projektbeginn (-datum) und Projektende (-datum) 133 Ziele 134 Meilensteine 134 Ressourcen, Kapazitäten und Budget 135 (Die ersten größeren) Risiken 135 Projektgrenzen 136 Liefergegenstände 136 Produktabnahmekriterien und Projektabnahmekriterien 136 Projektbeschränkungen 137 Projektannahmen 137 Projektorganisation: Rollen und Verantwortungen 137 Änderungsmanagement 138 Projektvertrag – Ein Beispiel 138 Zusammenfassung 138 Kapitel 10: Die Planungsphase Teil 2 – Die (eigentliche) Planungsphase 141 Die Erstellung des Projektplans 141 Der Projektstrukturplan (PSP) 142 Definition von Arbeitspaketen 147 Projektablaufplan 149 Terminplan mit dem Balkenplan 151 Ressourcen-und Kapazitätenplanung 153 Kostenplanung 156 Personalplanung 163 Der Netzplan inklusive kritischer Pfad 165 Beispiel kritischer Pfad 172 Kapitel 11: Der Kick-off 185 Wieso ist der offizielle Projektstart so bedeutend? 186 Die drei Ebenen eines Kick-offs 188 Die Teilnehmer 190 Vorbereitung 191 Präsentation der Teilprojektplanung 191 Rollen und Verantwortlichkeiten 194 RASIC Chart 194 Der wichtigste Unterschied bei Projektbeginn: Ein Team entsteht 196 Team-Building- Prozesse 196 Darum ist der Kick-off so wichtig: Das Wichtigste zum Schluss 199 Darum sind Rollen, Verantwortung und Zuständigkeiten zu wichtig 200 Teil IV: Durchführung und Abschluss 203 Kapitel 12: Die Durchführungsphase: Überwachen und Steuern der Projektausführung 205 Änderungsmanagement 206 Nachforderungsmanagement (Claim Management) 208 Projekt-Controlling 209 Earned-Value- Analyse: Der Fertigstellungswert 211 Meilensteintrendanalyse 215 Fortschrittsbericht/Statusreporting 219 Termin-und Kostenkontrolle 225 Kapitel 13: Zum Schluss: Lessons Learned – Was haben wir gelernt 229 Geld zu verschenken? – Warum Lessons Learned so wichtig sind 229 Die richtigen Fragen stellen 230 Die Frage aller Fragen 231 Teil V: Parallele Planungsprozesse (für alle Projektphasen) 233 Kapitel 14: Risikomanagement (Risk Assessment) 235 Was sind Risiken 236 Darum ist Risikomanagement so wichtig 237 So funktioniert Risikomanagement 238 Planung des Risikomanagements 240 Risikowahrscheinlichkeit und Risikoauswirkung 240 Risikoidentifikation 242 Verschiedene Arten von Risiken 242 Risikoidentifikation: Techniken, Werkzeuge und Methoden 244 Checklisten sind die wichtigsten Hilfsmittel 246 Werkzeuge und Methoden bei der Identifikation der Risiken 246 Risikoanalyse: Qualitative und quantitative Bewertung 248 Risikobewertungen messbar machen 250 Risiko bewältigen: (Gegen-) Maßnahmen planen 251 Risiko akzeptieren 252 Risiko übertragen 253 Risiko begrenzen und limitieren 253 Risiko vermindern und lindern 254 Risiko vermeiden – verhindern – korrigieren 255 Risikoüberwachung und Risikosteuerung 256 Risikoüberwachung nennt man Risiko-Controlling 256 Das ist Risiko-Controlling 257 Kapitel 15: Stakeholdermanagement 259 Stakeholdermanagement betrifft jeden Projektmitarbeiter 260 Stakeholder identifizieren 262 Stakeholder-Analyse 263 Einfluss des Stakeholders auf das Projekt 264 Betroffenheit der Stakeholder durch das Projekt 264 Stakeholder bewältigen 265 Kommunikationsplan 265 Das sind die Fragen für jedes Projekt 267 Der wichtigste Stakeholder 267 Kapitel 16: Kommunikationsmanagement 269 Größe des Projektteams ist entscheidend 270 Abteilung/Klassische Linienorganisation 270 Projektorganisation 270 Unterschiedliche Kommunikation nach innen und außen 272 Grundlagen der Kommunikation 272 Der Ingenieur hat es doch gleich gewusst 273 Möglichkeiten der Kommunikation 273 Persönliche Kommunikation 274 Verschiedene Ebenen bei der Kommunikation 275 Teil VI: Der Faktor Mensch 277 Kapitel 17: Psychologie und Motivation in Projekten 279 Psychologie in Projekten: Die Kontrolltheorie 280 Erklärbarkeit – Vorhersehbarkeit – Beeinflussbarkeit 281 Sie wollen Blockaden verhindern 282 Motivation in Projekten 283 Persönlichkeitspsychologie 284 Kurze Entwicklungsgeschichte der Persönlichkeitspsychologie 284 State of the Art der Persönlichkeitspsychologie 285 Attributionstheorie 286 Intrinsische und extrinsische Motivation 288 Intrinsische und extrinsische Motivation bei Projekten 290 Motivation durch Belohnung und Incentives 292 Die Selbstbestimmungstheorie der Motivation 292 Faktoren der intrinsischen Motivation 293 Wie können Projektmitglieder motiviert werden? 294 Soziale Eingebundenheit steht ganz oben 295 Das erweiterte kognitive Motivationsmodell 296 Die Handlung-Ergebnis- Erwartung 298 Die Situation-Ergebnis- Erwartung 299 Die Situation-Handlung- Erwartung 299 Ergebnis-Folge- Erwartung 300 Wozu brauchen wir (Projekt-) Gruppen überhaupt? 300 Gruppen erhöhen unserer Produktivität 302 Was macht Gruppen und Teams erfolgreich 303 Kapitel 18: So helfen Computer dem Menschen im Projekt 305 Projektmanagement-Software 306 So hilft Excel bei der Projektplanung 306 I love Excel – Vorteile von Excel 307 Nachteile von Excel 308 Was Excel für Sie bei der Projektdurchführung bereithält 308 Es gibt mehr als Excel: Welche anderen Programme Ihnen helfen können 310 Teil VII: Agiles Projektmanagement 311 Kapitel 19: Agiles Projektmanagement für technische Projekte 313 Kurz erklärt: Das ist agiles Projektmanagement 315 Hauptunterschiede klassisch vs agil 315 Ein Sprint taktet Ihre Produktablieferung 317 Der Scrum Master sorgt für einen reibungslosen Ablauf 318 Die einzelnen Scrum-Rollen 320 Der Product Owner 321 Der Scrum Master 322 Das Entwicklerteam 322 Die Führung 323 Der Kunde 323 Die einzelnen Scrum-Meetings 323 Das Daily Scrum Meeting 324 Das Sprint Planning Meeting 325 Das Sprint Review Meeting 328 Die Sprint-Retrospektive 329 Die User Story 330 Beispiele für User Stories: 331 Übersetzungen: Klassisch – agil 332 Teil VIII: Der Top-Ten- Teil 335 Kapitel 20: Zehn Gründe für den Misserfolg von Projekten kennen und vermeiden 337 Unklar formulierte Projektziele oder Projektauftrag nicht klar formuliert 337 Schlechtes Projektmanagement/schlechte Projektplanung 338 Schlechte (ungenügende) Kommunikation 338 Knappheit bei Projektengpässen – mangelnde Zeit, Kapazitäten und Ressourcen 339 Unterschätzung der (technischen) Komplexität – Kosten, Zeit und Kapazitäten 340 Unzureichendes Risikomanagement 340 Mangelndes Controlling 341 Fehlende Qualifikation der Projektmitarbeiter 341 Ignorieren der Erfahrung aus früheren Projekten 342 Mangelnde Unterstützung durch das (Top-) Management 342 Abbildungsverzeichnis 345 Stichwortverzeichnis 349

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Book SynopsisWollen Sie sich für eine Veranstaltung an einer Uni oder Hochschule in Verfahrenstechnik schlau machen? Dann hilft Ihnen dieses Buch. Burkhard Lohrengel erklärt Ihnen freundlich und verständlich was Verfahrenstechnik überhaupt ist und welche chemischen und physikalischen Methoden Ihnen helfen, dort die richtigen Ergebnisse zu erzielen und welche Rolle Wärme dabei spielt. Dabei geht er teilweise ins Detail, behält jedoch stets das große Ganze im Auge. So hilft Ihnen dieses Buch beim Einstieg in die Verfahrenstechnik und dabei, den Überblick über das Thema zu behalten.Table of ContentsÜber den Autor 17 Einführung 19 Teil I: Verfahrenstechnik – einige Grundlagen, damit Sie sich nicht verfahren 25 Kapitel 1: Verfahrenstechnik – was ist das eigentlich? 27 Kapitel 2: Aggregatzustände 43 Kapitel 3: Konzentrationen 75 Kapitel 4: Systeme, Zustände und Prozesse 85 Kapitel 5: Bilanzen 93 Kapitel 6: Thermodynamische Grundlagen 101 Kapitel 7: Kennzeichnung von Partikeln 117 Teil II: Wärmeübertragung – der Kälte den Kampf angesagt 135 Kapitel 8: Grundlagen der Wärmeübertragung 137 Kapitel 9: Wärmeleitung 153 Kapitel 10: Konvektiver Wärmeübergang 165 Kapitel 11: Wärmeübertragung durch Strahlung 177 Kapitel 12: Wärmeübertrager 187 Kapitel 13: Zweiphasen-Wärmeübergang 199 Teil III: Thermische Verfahrenstechnik – Trennung wegen Überhitzung 221 Kapitel 14: Thermische Trennverfahren 223 Kapitel 15: Physikalisch-chemische Trennverfahren 247 Kapitel 16: Gleichgewicht 283 Kapitel 17: Auslegung thermischer Trennverfahren – das Modell der theoretischen Trennstufen 311 Kapitel 18: Auslegung thermischer Trennverfahren – Stofftransport und HTU/NTU-Modell 331 Kapitel 19: Trocknung 351 Teil IV: Mechanische Verfahrenstechnik – Kräfte bringen Teilchen in Schwung 371 Kapitel 20: Mechanische Trennverfahren 373 Kapitel 21: Mischen 409 Kapitel 22: Zerteilprozesse 437 Kapitel 23: Agglomerieren 455 Teil V: Der Top-Ten-Teil 481 Kapitel 24: Zehn wichtige Personen der Verfahrenstechnik 483 Stichwortverzeichnis 493

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Book SynopsisDrum prüfe, wer den Werkstoff findet Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung sind für viele Studierende eher Pflicht als Leidenschaft. Rainer Schwab zeigt Ihnen, dass es auch anders geht: Mit Humor und Präzision, mit einfachen Erklärungen und passenden Beispielen erklärt er Ihnen in dieser aktualisierten Auflage die Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung so spannend es nur geht. Von den Grundlagen zieht sich der Bogen über die Prüfmethoden hin zu den wichtigen konkreten Werkstoffen und Wärmebehandlungen. So ist dieses Buch das Rundumwohlfühlpaket für jeden, der sich mit dem Thema beschäftigt. Sie erfahren Was die wichtigen Eigenschaften der Werkstoffe sindWie Sie Härteprüfungen, Zugversuche und Co. richtig durchführenWarum Eisen und Stahl so vielfältig sindWelche wichtigen Werkstoffe es gibt, die nicht aus Eisen sind

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Book SynopsisSo geraten Sie nicht auf die schiefe Ebene Um die Technische Mechanik kommen Sie im Ingenieursstudium nicht herum. Aber keine Sorge: Wilhelm Kulisch erklärt Ihnen in diesem leicht verständlichen Buch, was Sie über Kinematik, Dynamik, Statik und Kinetik wissen sollten. Auch Festigkeitslehre, Kontinuumsmechanik und Co. kommen nicht zu kurz. Zu Beginn des Buches finden Sie zudem die mathematischen und physikalischen Grundlagen, die Sie kennen sollten, um das Thema zu beherrschen. Zahlreiche übungen am Ende der einzelnen Kapitel runden das Buch ab. So ist Technische Mechanik für Dummies eine gut verständliche Hilfe. Sie erfahren Was Sie über Lager, Balken und Fachwerke wissen solltenWas es mit der Maschinendynamik auf sich hatWie Sie elastische und plastische Verformungen berechnen

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Book SynopsisAn up-to-date exploration of the properties and most recent applications of liquid metals In Liquid Metal: Properties, Mechanisms, and Applications, a pair of distinguished researchers delivers a comprehensive exploration of liquid metals with a strong focus on their structure and physicochemical properties, preparation methods, and tuning strategies. The book also illustrates the applications of liquid metals in fields as varied as mediated synthesis, 3D printing, flexible electronics, biomedicine, energy storage, and energy conversion. The authors include coverage of reactive mediums for synthesizing and assembling nanomaterials and direct-writing electronics, and the book offers access to supplementary video materials to highlight the concepts discussed within. Recent advancements in the field of liquid metals are also discussed, as are new opportunities for research and development in this rapidly developing area. The book also includes: A thorough introduction to the fundamentals of liquid metal, including a history of its discovery, its structure and physical properties, and its preparation Comprehensive explorations of the external field tuning of liquid metal, including electrical, magnetic, and chemical tuning Practical discussions of liquid metal as a new reaction medium, including nanomaterial synthesis and alloy preparation In-depth examinations of constructing techniques of liquid metal-based architectures, including injection, imprinting, and mask-assisted depositing Perfect for materials scientists, electrochemists, and catalytic chemists, Liquid Metal: Properties, Mechanisms, and Applications also belongs in the libraries of inorganic chemists, electronics engineers, and biochemists.Table of ContentsPART I FUNDAMENTALS OF LIQUID METAL 1. INTRODUCTION 1.1 Introduction 1.2 The history of liquid metal 1.3 Fundamental physical and chemical properties of liquid metal 1.4 The overview of liquid metal 1.5 Conclusion and prospect 2. STRUCTURE AND PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES OF LIQUID METAL 2.1 Structure of liquid metal 2.2 Surface and interfacial properties of liquid metal 2.3 Electrical properties of liquid metal 2.4 Heat transport properties of liquid metal 2.5 Rheological properties of liquid metal 2.6 Theoretical simulation of liquid metal fluid dynamics 2.7 Properties of 2D liquid metal 3. PREPARATION OF LIQUID METAL 3.1 The availability of liquid metals 3.2 Preparation of liquid metal droplets 3.3 Preparation of 2D liquid metal 3.4 Preparation of liquid-metal composites 4. EXTERNAL FIELD TUNING OF LIQUID METAL 4.1 Electrical field tuning 4.2 Magnetic field tuning 4.3 Force field tuning 4.4 Others field tuning 4.5 Multi-field tuning PART II EMERGENT APPLICATIONS OF LIQUID METAL 5. LIQUID METAL AS A NEW REACTION MEDIUM 5.1 Introduction 5.2 Nanomaterial synthesis 5.3 Alloy preparation 5.4 Conclusion and prospect 6. LIQUID METAL FOR CONSTRUCTING ARCHITECTURES 6.1 Introduction 6.2 2D patterning 6.3 3D shaping 6.4 Conclusion and prospect 7. LIQUID METAL FOR STRETCHABLE ELECTRONICS 7.1 Introduction 7.2 Traditional materials for stretchable electronics 7.3 Advantages of liquid metal 7.4 Construction strategy for liquid-metal-based stretchable electronics 7.5 Typical stretchable electronics based on liquid metal 7.6 Conclusion and prospect 8. LIQUID METAL FOR BIOMEDICINE 8.1 Introduction 8.2 The advantage of liquid metal in biomedicine 8.3 Drug delivery 8.4 Cancer or tumor therapy 8.5 Molecular imaging 8.6 Biomedical device 8.7 Conclusion and prospect 9. LIQUID METAL FOR ENERGY 9.1 Introduction 9.2 Liquid metal as electrodes 9.3 Liquid metal as phase change material 9.4 Liquid metal as a coolant in nuclear industry 9.5 Liquid metal for catalysis 9.6 Conclusion and prospect 10. OUTLOOK and PERSPECTIVES

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Book SynopsisAnhand von ausführlich durchgerechneten Anwendungsbeispielen stellt Jörg Wauer Forschungsergebnisse zum Thema Mehrfeldsysteme mit Oberflächen- und Volumenkopplung prägnant dar und liefert so einen Einblick auf interdisziplinäre dynamische Systeme der Physik mit verteilten Parametern. Damit zeigt der Autor erstmalig eine wissenschaftlich exakte Behandlung und Diskussion des Themas Dynamik verteilter Mehrfeldsysteme.Table of ContentsMehrfeldsysteme mit Oberflächenkopplung mit Fluid-Festkörperwechselwirkung als Prototyp.- Mehrfeldsysteme mit Volumenkopplung mit thermoelastischen Koppelschwingungen sowie der Dynamik von piezoelektrischen und magnetoelastischen Systemen als Hauptvertreter.

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Book SynopsisAndreas Öchsner bietet eine Einführung in die unterschiedlichen Theorien der statischen Balkenbiegung sowie deren Annahmen und Limitierungen. Er behandelt insbesondere die Theorien nach Euler-Bernoulli, Timoshenko und Levinson bei kleinen Verformungen und Dehnungen. Dieses Wissen bildet die Grundlage für die Anwendung moderner Berechnungsmethoden, zum Beispiel der Methode der finiten Elemente (FEM). Das Buch bietet eine kompakte und schnelle „Anleitung“ zur Anwendung der unterschiedlichen Balkentheorien. Die Annahmen und Limitierungen werden hier vergleichend in einem Werk dargestellt. Die grundlegenden Beziehungen, die zur beschreibenden Differenzialgleichung führen, sind ausführlich dargestellt und erläutert. Table of ContentsHistorische Anmerkungen.- Euler-Bernoulli-Balken und Timoshenko-Balken.- Höhere Balkentheorien.- Numerische Simulation.

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Book SynopsisSIMATIC ist das weltweit etablierte Automatisierungssystem für die Realisierung von Industriesteuerungen für Maschinen, fertigungstechnische Anlagen und verfahrenstechnische Prozesse. Erforderliche Steuerungs- und Regelungsaufgaben werden mit der Engineeringsoftware STEP 7 in verschiedenen Programmiersprachen formuliert. Kontaktplan (KOP) und Funktionsplan (FUP) verwenden für die Darstellung der Steuerungsfunktionen grafische Symbole - ähnlich wie in einem Stromlaufplan oder bei elektronischen Schaltkreissystemen. In der sechsten Auflage beschreibt das Buch diese grafikorientierten Programmiersprachen in Verbindung mit der Engineeringsoftware STEP 7 V5.5 für die Automatisierungssysteme SIMATIC S7-300 und S7-400. Neue Funktionen dieser STEP 7-Version betreffen besonders den CPU-Webserver und PROFINET IO, wie beispielsweise die Anwendung von I-Devices, Shared Devices und Taktsynchronität. Das Buch bietet Unterstützung für alle Anwender von SIMATIC-S7-Steuerungen. Anfänger führt es in das Gebiet der speicherprogrammierbaren Steuerungen ein, dem Praktiker zeigt es den speziellen Einsatz des Automatisierungssystems SIMATIC S7. Alle Programmierbeispiele des Buches - und noch einige mehr - stehen als Download auf der Internetseite des Verlags unter www.publicis-books.de/ bereit.Table of ContentsSystemübersicht: SIMATIC S7 und STEP 7 Programmiersprachen KOP und FUP Datentypen Binäre und digitale Funktionen Programmflusssteuerung Programmbearbeitung Kommunikation

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Book SynopsisDas Buch bietet einen umfassenden Überblick über das Automatisierungssystem SIMATIC und das Engineering-Framework (Entwicklungsumgebung) TIA Portal mit STEP 7. Es richtet sich an alle, - die sich einen Überblick über die Komponenten des Automatisierungssystems und deren Eigenschaften verschaffen möchten, - die sich in das Gebiet der speicherprogrammierbaren Steuerungen einarbeiten wollen oder - die Basisinformationen über die Projektierung, Programmierung und Vernetzung der Automatisierungsgeräte wünschen. Zu Beginn stellt das Buch die Hardwarekomponenten von SIMATIC S7-1200, S7-300, S7-400 und S7-1500 einschließlich des dezentralen Peripheriesystems ET 200 vor. Es folgt ein Überblick über das Arbeiten mit STEP 7 in den Programmiersprachen KOP, FUP, AWL, SCL und S7-Graph sowie das Offline-Testen mit S7-PLCSIM. Jeweils eigene Kapitel beschreiben die Struktur des Anwenderprogramms sowie den Datenaustausch auf der Basis der Bussysteme Profinet und Profibus zwischen den Automatisierungsgeräten und mit der dezentralen Peripherie. Den Abschluss bildet eine Übersicht über die Geräte zum Bedienen und Beobachten mit der dazugehörenden Projektierungssoftware. Table of ContentsController STEP 7 Programmiersprachen Anwenderprogramm Kommunikation Bedienen und Beobachten

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Book SynopsisTextbook on Industrial Engineering and Production Management for various engineering and management courses. Divided into 3 parts, 38 chapters with theory, examples, supplementary write-ups, solved problems, appendices, and over 500 practice questions.

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Book SynopsisIntroductory engineering textbook on mechanics by IIT Delhi authors. Clear, concise, and rigorous treatment of classical mechanics. Emphasizes modern continuum mechanics, kinematics, axioms, dynamics, and statics. Promotes abstract thinking with real-life examples. Includes variational mechanics, clear diagrams, and extensive solved exercises.

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