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Wissenschaft
Zwanzigster Band
Physik ffir Jedermann
Von
Arthur Haas
Berlin· Verlag von Julius Springer· 1933
Physik
fur Jedermann
mit hesonclerer Beriicksichtigung
cler moclernen technischen Anwenclungen
Von
Arthur Haas
Dr. phil., Professor fur Physik an der Universitat in Wien
1. bis 5. Tausend
Mit 76 Abbildungen
Berlin· Verlag von Julius Springer' 1933
ISBN 978-3-642-98610-9 ISBN 978-3-642-99425-8 (eBook)
DOl 10.1007/ 978-3-642-99425-8
Aile Remte, insbesondere das der Obersetzung
in fremde Spramen, vorbehalten.
Copyright 1933 by Julius Springer in Berlin.
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1933
Meinen S6hnen
Vorwort.
Vielleicht zu keiner Zeit ist in weitesten Kl'eisen das Inter
esse an der Physik so lebhaft wie in der Gegenwart gewesen.
Fast Jahr fur Jahr erfolgen physikalische Entdeckungen, die
neues Licht auf Fragen weden, die seit den friihesten Zeit-en
jeden tiefer denkenden Laien beschaftigt haben. Von Jahr
zu Jahr erweitert sich der Bereich technisch-physikalischer
Erfindungen, die, wie Rundfunk und Tonfilm, in das All
tagsleben eines jeden eingreifen und durch die die Physik zu
der eigentlichen Beherrscherin der modernen Zivilisation wird.
Ober die wichtigsten Entdeckungen, Anschauungen und
Anwendungen der Physik solI das vorliegende Buchlein einen
gemeinverst:andlichen Oberblick bieten. Urn einen zu groBen
Umfang zu vermeiden, wurde die Darstellung auf die Physik
im engeren Sinne, also auf die Lehre von Licht, EIektrizit:at,
Warme und Materie unter Fortlassung von Mechanik und
Akustik beschrankt. Mathematische Formeln sind durchwegs
vermieden worden. Wer an den technischen Anwendungen
der Physik weniger Interesse hat, kann die betreffenden Ab
schnitte (25-30, 3q-40, 5I-5q) uberschlagen, ohne in
der Lektiire der iibrigen Abschnitte behindert zu sein. Die
Theorien der modernen Physik konnten naturgemaB auch nur
knapp behandelt werden. Wer von dem gleichen Verfasser
eine eingehendere Darstellung dieser Theorien z u l'esen wunsch t"
sei auf des Verfassers populares "Naturbild der neuen Physik"
(3. Auf!. 1932) oder auf des sen "Einfiihrung in die theo
retische Physik" (5. u. 6. Auf!. 1930) verwiesen.
Fur viele wertvolle Ratschlage, die mir bei der Ausarbeitung
der technisch-physikalischen Abschnitte zuteil wurden, bin
VII
ich Herrn lug. Erwin Win k e I, Assistenten an der Tech
nischen Hochschule in Wien, zu gr6Btem Danke verpflichtet.
Herzlichst danke ich fur freundliche Hilfe auch Herrn Pro
fessor Ing. Ernst Felix Pet r its c h (Technische Hochschule
Wien) und Herrn Professor Dr. Gustav Adolf Schwaiger,
dem technischen Direktor des Wiener Rundfunks.
Wien, im November 1933. Arthur Haas.
Inhaltsverzeichnis.
Ers ter T eil.
Das Licht. Seite
1. Die Geschwindigkeit des Lichtes 1
2. Die Wellenlange des Lichtes 3
3. Die Farben . . . . . . . . . . . 6
t.. Die Beugung des Lichtes ... . 9
5. Die Interferenz des Lichtes .. . H
6, Undulations- und Emissionstheorie . 16
7. Die Energie der Lich tquan ten. . . . 19
8. Die Linienspektren . . . . . . . . . 21
9. Der Doppler-Effekt ........ . 2t.
10. Die Reflexion und Brechung des Lichtes 27
11. Die Linsen. . . . . . . . . . 30
12. Die Polarisation des Lichtes. 33
13. Die Doppelbrechung. . . . . . . . . 35
H. Das Auge . . . . .. . ..... . 38
15. Mikroskop und Fernrohr ..... . t.2
16. Photographie und Kinematographie t.5
Zweiter Teil.
Die Elektrizitiit.
17. Der Dualismus der Elektrizitat .... 50
18. Elektromagnetismus und StromsUlrke 5t.
19. Die elektrische Spannung .. 57
20. Der elektrische Widerstand . 59
21. Der Kondensator ... 63
22. Das elektrische Feld. . . . . 65
23. Das magnetische Feld ... . 68
2t.. Die Induktionsstrome ... . 75
25. Gleichstromgenerator und Elektromotor 78
26. Die elektrische Beleuchtung .... . 81
27. Der Wechselstrom ......... . 85
28. Der Transformator ........ . 90
29. Die Fernleitung elektrischer Energie 92
30. Der Gleichrichter . . . . . . . . . . 97
31. Die Verstarkerrohre ........ . 100
32. Die elektrischen Schwingungen .. . 103
33. Die elektromagnetische Natur des Lichtes 107
3t.. Die Telegraphie . . . . . . . . . 110
35. Die Telephonie. . . . . . . . . . 116
36. Die Sendung elektrischer Wellen ..... 121
IX
Selte
37. Der Empfang elektischer Wellen 128
38. Der Rundfunk ......... . 132
39. Der Tonfilm . . . . . . . . . . . 140
40. Bildiibertragung und Fernsehen. 144
Dritter Teil.
.D ie Wiirme-•.
41. Temperatur und Warmemenge . . . . . . . . . . . . . . . 149
42. Die Xquivalenz von Warme und Arbeit .......... 153
43. Entropie und Nichtumkehrbarkeit ............. 155
440 Der Warmetod der Welt und das Boltzmannsche Entropie-
ge§etz . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
45. Die Anderungen des Aggregatzustandes. 159
46. Die Verfliissigung der Gase 164
47. Die Liisungen . . . . . . . 167
48. Der Nernstsche Warmesatz 169
.49. Die Warmeleitung. . . . . 170
50. Die Warmestrahlung. . . . 173
51. Die Dampfmaschine. . . . 176
52. Die Dampfturbine. . . . . 181
53. Die Verbrennungsmotoren. 184
M. Die Kaltemaschine. . t87
Vierter Teil.
Die Materie.
55. Der Atomismus der Materie ..... 190
56. Der Atomismus der Elektrizitat . . 193
57. Die absoluten Gewichte der Atome . 196
58. Die Kathodenstrahlen.. . . . 198
59. Die Alpha-Stahlen. . . . . . 201
60. Die Kernstruktur der Atome 204
61. Die Rontgenstrahlen. . . 207
62. Die Rontgenspektren . . . . 212
63. Das Grundstoffsystem. . . . 215
64. Die Radioaktivitat . . . . . 222
65. Die Atomzertriimmerung . . . . . . . . 226
66. Das Neutron und das positive Elektron. 229
67. Die Energiestufung der Atome ... 232
68. Die Quantentheorie der Spektren .. 235
69. Der Atombau . . . . . . . . . . . . 241
70. Die Materiewellen ......... . 245
71. Die Molekeln ....... : .... . 249
72. Die kinetische Theorie der Materie . 254
73. Die Metalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
74. Die Unbestimmtheit des atomaren Geschehens . 260
75. Masse und Energie . . . . . . . . . . . . .. . 262
76. Das Weltall .................. . 264
Namenverzeichnis ............... '. . 267
S ach verzeichnis ................. . 269
Erster Teil.
Das Licht.
I. Die Geschwilldigkeit des Lichtes.
Als im Fri'thjahr 1933 die Weltausstellung von Chicago er
offnet wurde, war es ein erhebendes Schauspiel, daB ein von
dem Fixstern Arctur bereits vierzig Jahre fruher entsandter
Lichtstrahl durch cine geeignete Apparatur das Lichtmeer der
Ausstellung entziindete 1. Urn die Zeit angeben zu konnen,
durch die der Strahl des Arctur unterweg gewesen war, sind
zwei Erkenntnisse notwendig: die durch ungemein feine astro
nomische Messungen gewonnene Kenntnis der Entfernung des
Arctur und ferner die Kenntnis der Geschwindigkeit, mit der
sich ein Lichtstrahl fortpflanzt. 1st es an sich staunenswert,
daB die Bestimmung einer so ungeheul'en Geschwindigkeit
gelang, so bedeutete die Genauigkeit dieser Bestimmung einen
besonders bewundernswerten Erfolg. Denn die moderne Phy
sik vermochte die Lichtgeschwindigkeit so genau zu ermitteln,
daB der mogliche Fehler kaum groBer sein kann als ein Mil
lionstel des gefundenen Betrags.
Der erste Forscher, der die Lichtgeschwindigkeit zu be
rechnen vermochte, war im 17. Jahrhundert der diinische
Astronom Rom e r. Er fand, daB sich die Verfinsterungen del'
Monde des Planeten Jupiter scheinbar verspiiten oder \'er
fruhen, je nachdem die Entfernung des Jupiter von der Erde
groBer oder kleiner ist. Er erkannte bereits die Ursache diesel'
Anomalien darin, daB bei groBerer Entfernung des Jupiter
das Licht von den Jupitel'monden bis zur Erde langeI' als
bei kleinerer Entfernung braucht. Aus den bekannten astro
nomischen Entfernungen und der beobachteten scheinbaren
Verspiitung der Verfinsterung vermochte so Romer die Licht
geschwindigkeit bereits im Jahre 1676 recht genau zu be-
l Der Lichtstrahl des Fixsterns fiel auf eine lichtempfindliche Zelle; vgl.
Abschnitt 39.
1 Haas, Physik flir .Tedermann. I
stimmen. Er fand, daB das Licht in einer Sekunde ungefahl'
300000 Kilometer zurUcklegt. Es braucht also zu der Zuriick
legung einer Strecke von del' Lange des Erdaquators nur den
sieben ten Teil ciner Sekunde.
Seit der Mitte des 19. Jahrhunderts gelang es den Phy
sikern, die Lichtgeschwindigkeit auch dul'ch irdische Beobach
tungen zu bestimmen, und die hierzu erdachten Methoden
gelanglen durch Einfiigung stets neuer Kunstgriffe zu immer
hoherer Vollendung. Die bisher genauest,en Messungen wur
den 1921 bis 1926 von dem amerikanischen Physiker Mi
c h e Iso n durchgefiihrt.
Bei den Messungen Michelsons spielte die Hauptrolle ein
vollkommen symmetrisches achtseitiges Glasprisma, das um
seine vertikal gestellte Symmetrieachse sehr rasch rotieren
konnte und dessen Seitenflachen vollkommen spiegelten. In
einer Entfernung von etwa 35 Kilometern war iiberdies auf
einem hohen Berge ein Spiegel angebracht. Infolge der Sym
metrie des Prismas gab es acht Stellungen, die das l'otierende
Prisma in Intervallen von je einel' Achteldrehung hintereinan
der einnahm und bei denenes moglich war, daB ein von del'
benutzten Lichtquelle auf das l'otierende Prisma fallender
Strahl zu dem femen Spiegel gelangte, und ein von diesem
fernen Spiegel zuriickgeworfener Strahl nachher von dem
Prisma in das Au ge des Beobachters reflektiert wurde 1.
Infolgedessen sah bei Michelsons Messungen del' Beobach
tel' nul' dann (auf dem Umwege iiber den fern en Spiegel)
dauernd die Lichtquelle, wenn das Prisma in demselben Zeit
intervall eine Achteldrehung ausfiihrte, in dem das Licht von
dem Prisma zu dem Spiegel auf dem fernen Berge und
wieder zUrUck gelangte. Auf Grund von vielen hundert Be
obachtungen 2 fand Michelson nach diesel' Methode fiir die
Lichtgesch windigkei t
1 Selbstversttlndlich ist hier nur das Grundprinzip der Michelsonschen
Methode angegeben. Es ist klar, daB eine Fiille der mannigfachsten ergtlnzen
den Kunstgriffe erforderlich war, um die Prtlzision zu erm6glichen, die
Michelson tatSlichlich erreichte.
2 Das Prisma vollfiihrte 530 Umdrehungen in dar Sekunde; die Touren
zahl wurde mittels einer Stimmgabel gemessen. In dem 4240sten Teil einer
Sekunde durcheilte das Licht den Weg hin und zuriick.
2
