Elektromagnetische Wellen

Die erste kommerziell erfolgreiche wiederaufladbare Batterie. Sie verwendet eine Blei-Anode (Pb), eine Bleidioxid-Kathode (PbO₂) und einen Schwefelsäure-Elektrolyten (H₂SO₄). Beim Entladen werden beide Elektroden in Bleisulfat (PbSO₄) umgewandelt, wobei die Schwefelsäure verbraucht wird. Dieser Prozess ist durch Anlegen eines externen Stroms chemisch reversibel, was die Batterie zu einem praktischen und robusten Energiespeichersystem macht.

Eine der vier Maxwell-Gleichungen, das Gaußsche Gesetz für Magnetismus, besagt, dass der magnetische Nettofluss aus jeder geschlossenen Fläche gleich Null ist. Dies wird mathematisch ausgedrückt als [latex]\oint_S \vec{B} \cdot d\vec{A} = 0[/latex]. Dieses Gesetz ist eine Erklärung für die experimentelle Beobachtung, dass magnetische Monopole (isolierte Nord- oder Südpole) noch nie entdeckt wurden. Magnetische Feldlinien bilden immer geschlossene Schleifen.

Die kritische Temperatur ist die Temperatur, oberhalb derer sich unabhängig vom angelegten Druck keine klare flüssige Phase mehr bilden kann. Jedes Gas hat eine eigene kritische Temperatur. Um ein Gas zu verflüssigen, muss es zunächst unter diese Temperatur abgekühlt werden. Dieses von Thomas Andrews entwickelte Konzept ist grundlegend für das Verständnis der Bedingungen, die für jeden Verflüssigungsprozess erforderlich sind.

Rayleigh-Streuung ist die elastische Streuung von Licht an Teilchen, die viel kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind. Dieses Phänomen ist für die blaue Farbe des Tageshimmels verantwortlich. Kürzere, blaue Wellenlängen des Sonnenlichts werden von den Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen in der Atmosphäre stärker gestreut als längere, rote Wellenlängen, wodurch der Himmel aus der Perspektive des Beobachters blau erscheint.

Der ideale Otto-Kreisprozess ist ein thermodynamisches Modell für Ottomotoren. Er besteht aus vier intern reversiblen Prozessen: isentroper Kompression (1-2), isochorer Wärmezufuhr (2-3), isentroper Expansion (3-4) und isochorer Wärmeabfuhr (4-1). Dieser Kreisprozess bildet die theoretische Grundlage für die Analyse der Leistung von Benzinmotoren unter der Annahme eines idealen Gases als Arbeitsmedium.

Der Blei-Säure-Akkumulator ist der erste wiederaufladbare Akkumulator und wurde 1859 von Gaston Planté erfunden. Er arbeitet mit einer Bleianode (Pb) und einer Bleidioxidkathode (PbO₂), die in einen Schwefelsäureelektrolyten (H₂SO₄) eingetaucht sind. Beim Entladen wandeln sich beide Elektroden in Bleisulfat (PbSO₄) um. Dieser Prozess kehrt sich beim Laden um und ermöglicht so die Speicherung und Wiederverwendung von Energie.

Dies ist die Differentialform des Faradayschen Induktionsgesetzes, einer der vier Maxwellschen Gleichungen. Es besagt, dass ein zeitlich veränderliches Magnetfeld ([latex]\mathbf{B}[/latex]) immer mit einem räumlich veränderlichen, nicht konservativen elektrischen Feld ([latex]\mathbf{E}[/latex]) einhergeht. Die Beziehung wird ausgedrückt als [latex]\nabla \mal \mathbf{E} = -\frac{\teilweise \mathbf{B}}{\teilweise t}[/latex]. Diese Gleichung regelt, wie wechselnde Magnetfelder elektrische Felder an einem bestimmten Punkt im Raum erzeugen.

Die Maxwell-Gleichungen bestehen aus vier gekoppelten partiellen Differentialgleichungen, die die Grundlage des klassischen Elektromagnetismus bilden. Sie beschreiben, wie elektrische und magnetische Felder durcheinander sowie durch Ladungen und Ströme erzeugt und verändert werden. Es handelt sich um das Gaußsche Gesetz, das Gaußsche Gesetz für Magnetismus, das Faradaysche Induktionsgesetz und das Ampère-Maxwell-Gesetz.

Die Boltzmann-Verteilung beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein System im thermischen Gleichgewicht bei der Temperatur T in einem bestimmten Mikrozustand mit der Energie E befindet. Diese Wahrscheinlichkeit ist proportional zum Boltzmann-Faktor, [latex]e^{-E / k_B T}[/latex]. Daraus folgt, dass Zustände mit niedrigerer Energie exponentiell wahrscheinlicher besetzt sind als Zustände mit höherer Energie, wobei die Temperatur diese Präferenz moduliert.

Elektromotorische Kraft (EMK) und elektrische Potenzialdifferenz (Spannung) sind unterschiedliche Konzepte, werden aber beide in Volt gemessen. Die EMK ist die Arbeit pro Ladungseinheit, die eine nicht-konservative Kraft (z. B. eine chemische Reaktion, ein sich änderndes Magnetfeld) verrichtet, um Ladung innerhalb einer Quelle zu bewegen. Die Potenzialdifferenz ist die Arbeit pro Ladungseinheit, die das konservative elektrostatische Feld zwischen zwei Punkten verrichtet.

Diese grundlegende Formel verbindet die makroskopische thermodynamische Größe der Entropie (S) mit der Anzahl der möglichen mikroskopischen Anordnungen oder Mikrozustände (W), die dem makroskopischen Zustand des Systems entsprechen. Die Gleichung [latex]S = k_B \ln W[/latex] zeigt, dass die Entropie ein Maß für die statistische Unordnung oder den Zufall ist. Die Konstante [latex]k_B[/latex] ist die Boltzmann-Konstante, die die Energie auf der Teilchenebene mit der Temperatur verknüpft.