Dritter Hauptsatz der Thermodynamik

Das Claude-Verfahren ist eine Weiterentwicklung des Hampson-Linde-Prozesses durch den Einsatz einer Expansionsmaschine oder Turbine. Ein Teil des komprimierten Gases verrichtet in einem Expander Arbeit, was zu einem deutlich stärkeren Temperaturabfall (nahezu isentrope Expansion) führt als bei der alleinigen Joule-Thomson-Expansion. Dies sorgt für eine effizientere Kühlung und ist daher heute die vorherrschende Methode zur großtechnischen Gasverflüssigung und -trennung.

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 statistisches Ensemble ist ein konzeptionelles Werkzeug, das aus einer großen Anzahl virtueller Kopien eines Systems besteht, die jeweils einen möglichen Mikrozustand repräsentieren. Durch Mittelung der Eigenschaften aller Systeme im Ensemble lassen sich makroskopische Observablen berechnen. Die wichtigsten Typen sind der mikrokanonische (isoliertes System mit festen N, V, E), der kanonische (geschlossenes System, feste N, V, T) und der großkanonische (offenes System, feste µ, V, T).

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.