Chemical Bonding

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.

Die allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass ein massives, rotierendes Objekt die Raumzeitstruktur mit sich herumzieht. Dieses Phänomen wird als Frame-Dragging oder Lense-Thirring-Effekt bezeichnet. Das bedeutet, dass ein Kreisel, der den rotierenden Körper umkreist, präzediert – nicht aufgrund eines wirkenden Drehmoments, sondern weil die Raumzeit selbst durch die Rotation des Körpers verdreht wird.

Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass der Weg des Lichts durch die Schwerkraft gekrümmt wird. Wenn Licht von einer entfernten Quelle ein massereiches Objekt wie eine Galaxie oder einen Stern passiert, wird sein Weg abgelenkt. Dieses als Gravitationslinseneffekt bekannte Phänomen kann die Hintergrundquelle vergrößern, verzerren oder mehrere Bilder erzeugen und wirkt wie ein kosmisches Teleskop zur Beobachtung des fernen Universums.

Komplexe Redoxreaktionen können mit der Halbreaktionsmethode ausgeglichen werden. Die Gesamtreaktion wird in zwei separate Halbreaktionen aufgeteilt: eine für die Oxidation und eine für die Reduktion. Jede Halbreaktion wird unabhängig von Atomen und Ladung ausgeglichen, häufig durch Zugabe von H+, OH- und H2O in wässrigen Lösungen. Abschließend werden die Elektronenzahlen ausgeglichen und die Halbreaktionen kombiniert.

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 Henderson-Hasselbalch-Gleichung setzt den pH-Wert einer Lösung einer schwachen Säure in Beziehung zu ihrer Säuredissoziationskonstante ([latex]pK_a[/latex]) und dem Verhältnis der Konzentrationen der deprotonierten Spezies (konjugierte Base, [latex][A^-][/latex]) und der protonierten Spezies (Säure, [latex][HA][/latex]). Die Gleichung lautet [latex]pH = pK_a + \log_{10}\left(\frac{[A^-]}{[HA]}}\right)[/latex]. Sie ist grundlegend für das Verständnis und die Zubereitung von Pufferlösungen.

Die Impulserhaltung ist eine direkte Folge der Homogenität des Raumes, was bedeutet, dass die physikalischen Gesetze unter räumlicher Translation invariant sind. Dieser tiefgreifende Zusammenhang wird durch das Noether-Theorem formalisiert: Zu jeder kontinuierlichen Symmetrie eines physikalischen Systems existiert eine entsprechende Erhaltungsgröße. Translationssymmetrie impliziert, dass die Lagrange-Funktion des Systems durch eine Koordinatenverschiebung unverändert bleibt.

Redoxreaktionen (Reduktions-Oxidationsreaktionen) beinhalten einen Elektronentransfer zwischen chemischen Spezies. Eine Spezies oxidiert (gibt Elektronen ab), während eine andere reduziert wird (gewinnt Elektronen). Diese beiden Prozesse laufen immer gleichzeitig ab. Die Spezies, die Elektronen abgibt, ist das Reduktionsmittel, die Spezies, die Elektronen gewinnt, ist das Oxidationsmittel. Dieses grundlegende Konzept liegt der Elektrochemie und vielen biologischen Prozessen zugrunde.