Neueste Veröffentlichungen und Patente zur Festkörperphysik

Das Äquivalenzprinzip ist ein Eckpfeiler der Allgemeinen Relativitätstheorie. Es besagt, dass die Auswirkungen eines gleichmäßigen Gravitationsfeldes nicht von den Auswirkungen einer gleichmäßigen Beschleunigung zu unterscheiden sind. Das bedeutet, dass ein Beobachter in einem fensterlosen, frei fallenden Aufzug Schwerelosigkeit erfährt, genau wie ein Beobachter im Weltraum, weit entfernt von jeglicher Gravitationsquelle. Dies bildet die konzeptionelle Grundlage für die Schwerkraft als geometrisches Phänomen.

1911 entdeckte Heike Kamerlingh Onnes die Supraleitung, als er den Widerstand von festem Quecksilber bei kryogenen Temperaturen untersuchte. Er beobachtete, dass der elektrische Widerstand von Quecksilber bei einer kritischen Temperatur ([latex]T_c[/latex]) von 4,2 K abrupt auf Null sank. Dieses Phänomen, das als Supraleitung bezeichnet wird, stellt einen Zustand der Materie dar, bei dem der elektrische Widerstand genau Null ist und Magnetfelder ausgestoßen werden.

Das von-Mises-Fließkriterium besagt, dass das Fließen eines duktilen Materials beginnt, wenn die zweite deviatorische Spannungsinvariante, [latex]J_2[/latex], einen kritischen Wert erreicht. Es wird häufig in Form der von-Mises-Spannung, [latex]\sigma_v[/latex], ausgedrückt, einem skalaren Wert, der kleiner sein muss als die Streckgrenze des Materials, [latex]\sigma_y[/latex]. Streckung tritt auf, wenn [latex]\sigma_v = \sigma_y[/latex].

Die Allgemeine Relativitätstheorie lieferte die erste genaue Erklärung für die anomale Periheldrehung des Merkurs. Die Newtonsche Gravitation konnte die langsame, allmähliche Verschiebung der elliptischen Umlaufbahn des Merkurs nicht vollständig erklären. Einsteins Theorie sagte die fehlenden 43 Bogensekunden pro Jahrhundert korrekt voraus und führte sie auf die Krümmung der Raumzeit um die Sonne zurück – ein bedeutender früher Erfolg für die Theorie.

Ein Schwarzes Loch ist ein Bereich der Raumzeit, in dem die Schwerkraft so stark ist, dass nichts – weder Teilchen noch Licht – entkommen kann. Die Grenze dieses Bereichs wird als Ereignishorizont bezeichnet. Ein Schwarzes Loch, das von der Allgemeinen Relativitätstheorie als Lösung der Feldgleichungen vorhergesagt wird, ist das Ergebnis des vollständigen Gravitationskollapses eines massereichen Sterns.

Die Grenzschicht ist die dünne Flüssigkeitsschicht in unmittelbarer Nähe einer Begrenzungsfläche, wo die Auswirkungen der Viskosität signifikant sind. Dieses von Ludwig Prandtl eingeführte Konzept vereinfacht Probleme der Strömungsdynamik, indem es die Strömung in zwei Bereiche unterteilt: die dünne Grenzschicht, in der die Viskosität dominiert, und den äußeren Bereich, in dem die Theorie der reibungsfreien Strömung angewendet werden kann.

Ferromagnetismus ist der Mechanismus, durch den bestimmte Materialien wie Eisen Permanentmagnete bilden. Er entsteht durch eine quantenmechanische Austauschwechselwirkung, die dazu führt, dass sich atomare magnetische Momente spontan in sogenannten magnetischen Domänen ausrichten. Unterhalb der Curie-Temperatur können diese Domänen durch ein externes Magnetfeld ausgerichtet werden, wodurch ein starker, beständiger Magnet entsteht, selbst nachdem das externe Feld entfernt wurde.

Ein pH-Meter misst die Spannung zwischen zwei Elektroden und wandelt sie in einen pH-Wert um. Kernstück ist die Glaselektrode mit einem dünnen Glaskolben, der auf die Wasserstoffionenaktivität anspricht. Die Potenzialdifferenz E zwischen der Glaselektrode und einer stabilen Referenzelektrode ist gemäß einer Form der Nernst-Gleichung linear proportional zum pH-Wert: [latex]E = K + \frac{2.303RT}{F}pH[/latex].

Bei der heterogenen Katalyse befindet sich der Katalysator in einer anderen Phase als die Reaktanten. Typischerweise wird ein fester Katalysator mit gasförmigen oder flüssigen Reaktanten verwendet. Der Prozess umfasst mehrere Schritte: Diffusion der Reaktanten zur Katalysatoroberfläche, Adsorption an aktiven Stellen, chemische Reaktion auf der Oberfläche, Desorption der Produkte und Diffusion der Produkte von der Oberfläche weg.

Der Paschen-Back-Effekt tritt in Gegenwart eines sehr starken Magnetfeldes auf, in dem die Energie der Zeeman-Aufspaltung viel größer ist als die Energie der Feinstrukturwechselwirkung (Spin-Bahn). In diesem Bereich ist die Kopplung zwischen Orbital- ([latex]\vec{L}[/latex]) und Spindrehimpuls ([latex]\vec{S}[/latex]) gebrochen. Sie bewegen sich unabhängig voneinander um das starke externe Magnetfeld, was das Spektralmuster vereinfacht.

Eine wichtige Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass die Zeit in verschiedenen Gravitationspotentialen unterschiedlich schnell vergeht. Eine Uhr in einem stärkeren Gravitationsfeld (näher an einem massereichen Objekt) tickt langsamer als eine Uhr in einem schwächeren Feld. Dieser Effekt, bekannt als gravitative Zeitdilatation, wurde experimentell nachgewiesen und ist ein entscheidender Faktor in modernen Technologien wie GPS.

Die Einsteinschen Feldgleichungen (EFE) sind ein Satz von zehn gekoppelten, nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen, die den Kern der allgemeinen Relativitätstheorie bilden. Sie beschreiben die grundlegende Wechselwirkung der Gravitation als Ergebnis der Krümmung der Raumzeit durch Materie und Energie. Die Gleichung lautet kurz gefasst: [latex]G_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8\pi G}{c^4} T_{\mu\nu}[/latex], was die Geometrie der Raumzeit mit ihrem Energie-Impuls-Gehalt verbindet.