Physik für Mediziner (Fach) / Endspurt Physikum (Lektion)

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• Impedanz (Wechselstrom ) Impedanz ist der Widerstand R eines Wechselstroms R= U/I
• Elektrischer Leitwert Kehrwert des Widerstandes G= 1/ R Einheit: Siemens   --> S= 1/Ω
• Elektrische Arbeit Energie die Aufgewendet werden muss, um eine Ladung gegen eine elektrische Spannung zu bewegen. Formel: W = U × I × t Einheit: J („Joule“= C x V = N x m = W × s)
• Elektrische Leistung P = U * I (=W/t) Einheit Watt (=J/s) Bsp.: Durch ein Haushaltsgerät im Standby-Betrieb fließt immer noch ein Strom der Stärke 0,5A. Welche Energie in Form elektrischer Arbeit wird in einer Stunde verbraucht, wenn das Gerät eine Impedanz (=Wechselstromwiderstand) von 12Ω hat? Gesucht: Elektrische Arbeit WGegeben: Stromstärke I, Impedanz R, Zeit tEs gibt verschiedene Rechenwege, hier soll der über die Spannung und die Leistung gezeigt werden.Spannung U = R x I = 12Ω x 0,5A = 6VElektrische Leistung P = U x I = 6V x 0,5A = 3WArbeit W =P × t = 3W × 3600s = 10800J (= 10,8kJ)
• Wärmeenergie berechnen Energieumsatz (W) mal angegebenen Zeitraum Beispiel: Wärmeenergie = 100W x 20 min (1200s) = 120000J = 120 kJ
• Hubleistung Hubarbeit/ Zeit Hubarbeit = m * g * h
• Leistung Leistung = Energie / Zeit d.h. Energie = Leistung * Zeit
• Schweredruck (oft beim Blutdruck gefragt) p = ρ * g * h ρBlut = 1000 kg/m3 Bsp.: Welchen Blutdruck muss eine Giraffe mit einer Schulterhöhe von 3,5 m mindestens haben? Ant.: pBlut = ρBlut * g * h = 1000 kg/m3 * 10m/s2 * 3,5 m = 35 000 Pa = 35 kPa (=ca. 260 mmHg)
• Hydrostatischer Druck und Schweredruck (oft beim Blutdruck gefragt) p = ρ * g * h ρBlut = 1000 kg/m3 Bsp.: Welchen Blutdruck muss eine Giraffe mit einer Schulterhöhe von 3,5 m mindestens haben? Ant.: pBlut = ρBlut * g * h = 1000 kg/m3 * 10m/s2 * 3,5 m = 35 000 Pa = 35 kPa (=ca. 260 mmHg)
• Volumenstromstärke Volumen, dass innerhalb einer bestimmten Zeit durch ein definiertes Volumenelement einer Röhre strömt V = V / t (über dem ersten V ist ein Punkt) V errechnet man durch: A * h (oder A*l) A= Querschnittsfläche, l ist die Länge des Rohres V(mit Punkt) = A * v = Querschnittsfläche mal Strömungsgeschwindigkeit (v=Weg/Zeit)
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• Kontinuitätsgleichung Konstante Volumenstromstärken = Geschwindigkeiten verhalten sich umgekehrt proportional zu den Querschnittsflächen A1*v1 = A2 * v2 Je kleiner die Querschnittsfläche umso größer die Ströumgsgeschwindigkeit! Man kann umformen: A1/A2 = v1/v2
• Druck-Volumen-Arbeit W = p*V Bsp.: Herz: p= der Druck mit dem das Herz pumpt; V= das Blutvolumen das verschoben wird
• Strömungswiderstand R = Δp / V (punkt) Strömungswiderstand = Druckdifferenz / Volumenstromstärke
• Leitwert Inverser Strömungswiderstand Gs = 1/R
• Volumenstromstärke (Facts) !!!ist proportional zur 4. Potenz des Radius!!!! (=wird der Durchmesser eines Gefäß halbiert, sinkt bei gleicher Druckdifferenz die Volumenstromstärke auf ein Sechzehntel V ∼ r4 ist proportional zum Quadrat der Querschnittsfläche (A2 = π2 * r2) d.h. wird die Querschnittsfläche eines Gefäß halbiert nimmt die Volumenstromstärke nur um das vierfache ab (nicht um das sechzehnfache) ist proportional zum Druck = der Störumungswiderstand ist umgekehrt proportional zur vierten Potenz des Radius
• Wärmekapazität Gibt an wieviel wärme kann ein Körper speichern kann oder wieviel Energie wird benötigt um einen Körper um 1°C zu erwärmen C = zugeführte Wärmemenge / Temperaturerhöhung = ΔQ/ΔT
• Spezifische Wärmekapazität Cm = ΔQ / m* ΔT Sie ist auf die Masse bezogen
• Ohm Ω = V/A
• Elektrische Arbeit Wel= I * U * t  Einheit: A*V*s = J * Watt s = Nm
• Elektrische Leistung Ist elektrische Arbeit pro Zeit (P=(W/t)) P = U * I wird in Watt angegeben Eklektrische Leistung am Ohmschen Widerstand: P= U2/ R
• Kondensator Q= C*U Kapazität eines Kondensators: C= (Q/U)
• Periodendauer T eines Fadenpendels T = 1/f
• Geschwindigkeit einer Welle c = λ * f Variationen kennen! f=1/T c= Geschwindigkeit einer Welle
• Menschliches Gehör nimmt eine Frequenz von: 20 Hz bis 20 kHz
• Ultraschall Frequenz >20kHz
• Schallintensität LI = 10* log (I/I0) I0 = Hörgrenze= 10-12 Bsp.: Pat. Schallwellenintensität für Töne von 1000 Hz 100 mal höher als beim Gesunden. Wieviel dB ist bei ihm die Schallwelle erhöht? LI = 10 * log (100/1) = 10* log 102 = 10*2 = 20 =20 dB erhöht
• Rechnen mit Schalldruck I ∼ P20 Bsp.: Hörtest: re. Ohr Hörminderung von 20 dB. Wieviel höher ist nun der Schalldruck Lp= 10 * log (p2rechts)/ (p2links) = 10*log (prechts/plinks)2 = 10*2*log(prechts/plinks) =20*log(prechts/plinks) nun die Differenz von 20dB für Lp einsetzen: 20dB = 20*log(prechts/plinks) = 1=Log (prechts/plinks) = 10 mal höher
• Isophone bei 1000 Hz stimmen die dB und die Phon-Skala überein =d.h. 100db=100Phon
• UV-Strahlung < 380 nm
• Blaues Licht (Wellenlänge) ca. 420 nm
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• Grünes Licht (Wellenlänge) ca. 530 nm
• Gelbes Licht (Wellenlänge) ca. 570 nm
• Infrarotes Licht (Wellenlänge) >750 nm
• Mirkowellen Wellenlängen im cm und mm Bereich
• Kondensator Berechnung Zeitkonstante τ = R * C Produkt aus Widerstand und Kapazität
• Bestrahlungsstärke Strahlungsleistung pro Fläche E = P/A
• Einheit der Energiedosis Gray D = E/m D= Energiedosis E = Energie --> Einheit: J m = Masse --> Einheit: kg demnach ist: D= Energiedosis = 1 J × kg-1 = 1 Gray
• Diffusionsgleichung D = P × A × (Δc / d) D = Diffusiongeschwindigkeit, P = Permeabilitätskoeffizient, A = Fläche der Membran, Δc = Konzentrationsänderung, d = Schichtdicke, Δc/d = Konzentrationsgradient
• Geschwindigkeit beim freien Fall v =g×t (v =Geschwindigkeit, g =Fallbeschleunigung (ca. 10m/s2, t =Zeit)
• Ω Ohm Volt / Ampere Volt = W/A oder J/C C= Coulomb= 
• Volt V Volt = W/A oder J/C
• Coulomb C   C= Coulomb= As
• Berechnung osmanischer Druck p = σ × c × R × T Reflexionskoeffizient σ für semipermeable Membranen ist 1!!! Temperatur immer in Kelvin!! ( 27°C = 300K)  (Referenzwert: 0°C= 273K; 100°C = 373K)
• Abstandsquadratgesetz bei Äquivalentdosis E ∼ 1/r2
• Stromdichte berechnen j = I/A A ist die Kontaktfläche zwischen Gewebe und Elektrode I ist die Stromstärke
• Reynolds-Zahl Re=(2×r×ρ×v)/η vereinfacht: (Re∼v×r)
• Brechungsindex n = co/cn Brechungsindex ist das Verhältnis von Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu Lichtgeschwindigkeit im Medium Für alle durchsichtigen Medien gilt: n>1 Für das Vakuum gilt: n=1 Frequenz bleibt beim Übertritt vom einen ins andere Medium immer GLEICH!
• Dispersion Brechungsindex hängt von der Frequenz/ der Wellenlänge ab!! Brechungsindex wird mit zunehmender Wellenlänge kleiner = normale Dispersion Blaues Licht hat einen größeren Brechungsindex als rotes Licht = Blaues Licht wird stärker gebrochen
• Reflexionsgesetz (gilt für den reflektierten Strahl) Einfallswinkel α1 = Ausfallswinkel α2 
• Brechungsgesetz (gilt für den transmittierten Strahl) der transmittierte Strahl ändert seine Richtung Einfallswinkel α in Medium 1 ist nicht gleich dem Ausgangswinkel β des transmittierten Strahls in Medium 2 sinα/sinβ = c1/c2 = (c0/n1)/(c0/n2) = n2/n1 oder n1sinα = n2sindβ

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