Physik für Mediziner

1 Mathematische Grundlagen
1.1 Funktionen
1.1.1 Begriff der Funktion
1.1.2 Potenz-, Exponential- und
Logarithmusfunktionen
1.1.3 Trigonometrie und
Winkelfunktionen
1.2 Differentiation und
Integration
1.2.1 Differentiation
1.2.2 Integration
1.3 Vektoren und Skalare
1.3.1 Addition und Subtraktion, Streckung
1.3.2 Multiplikation von Vektoren

2 Grundlagen des Messens und
Modellbildung in der Physik
2.1 Physikalische Größen und Einheiten
2.1.1 Basisgrößen
2.1.2 Maßzahlen
2.2 Messstatistik und Fehlerrechnung
2.2.1 Arten von Messfehlern
2.2.2 Fehlergrößen
2.2.3 Fehlerfortpflanzung
2.2.4 Regression, Korrelation, statistischeTests
2.3 Physikalische Beschreibung der Natur
2.3.1 Axiomatik der Physik
2.3.2 Physikalische Methoden in den Lebenswissenschaften

3 Mechanik starrer Körper
3.1 Kinematik – Bewegungslehre
3.1.1 Bewegung starrer Körper
3.1.2 Kreisförmige Bewegung
3.2 Dynamik – Lehre von den Kräften
3.2.1 Newtonsche Axiome
3.2.2 Verschiedene Kräfte
3.2.3 Trägheitskräfte, Kräftegleichgewicht
3.2.4 Arbeit, Energie, Leistung
3.2.5 Leistung, Kraftstoß, Impuls
3.3 Rotation ausgedehnter Körper
3.3.1 Schwerpunkt, Gleichgewicht
3.3.2 Drehmoment und Hebel
3.3.3 Trägheitsmoment, Drehimpuls
3.3.4 Analogien physikalischer Größen bei Translation und Rotation
3.4 Erhaltungssätze der Mechanik
3.4.1 Energieerhaltungssatz
3.4.2 Impulssatz, Drehimpulserhaltungssatz

4 Mechanik deformierbarer Körper, Fluidmechanik
4.1 Aufbau der Materie
4.1.1 Bausteine der Materie
4.1.2 Makroskopische Beschreibung
4.2 Stoffmengenbezogene Größen
4.3 Elastische Verformung von Festkörpern
4.4 Flüssigkeiten und Gase, statische Prozesse
4.4.1 Druck
4.4.2 Grenzflächen,Oberflächenspannung
4.5 Dynamik von Flüssigkeiten und Gasen
4.5.1 Inkompressible Flüssigkeit, Kontinuitätsgleichung
4.5.2 Ideale Flüssigkeit, Bernoulli-Gleichung
4.5.3 Viskosität
4.5.4 Volumenarbeit, Strömungswiderstand
4.5.5 Laminare und turbulente Strömung
4.5.6 Gesetz von Hagen-Poiseuille
4.5.7 Messung von Strömungsgrößen

5 Schwingungen und Wellen
5.1 Schwingungen
5.1.1 Beschreibung von Schwingungen
5.1.2 Überlagerung von Schwingungen
5.1.3 Erzwungene Schwingungen, Resonanz
5.2 Wellen
5.2.1 Kennwerte
5.2.2 Interferenz, Beugung, Polarisation
5.3 Schall
5.3.1 Schallfeldgrößen, Schallausbreitung
5.3.2 Dopplereffekt
5.4 Das Ohr
5.4.1 Aufbau und physikalische Grundlagen
5.4.2 Psychoakustik
5.4.3 Hörstörungen
5.4.4 Stimmerzeugung
5.5 Ultraschall
5.5.1 Erzeugung und Nachweis von Ultraschall
5.5.2 Ausbreitung im Gewebe
5.5.3 Ultraschall in Diagnostik und Therapie
5.5.4 Wechselwirkung von Ultraschall mit Materie, biologische Wirkung

6 Wärmelehre
6.1 Temperatur als Zustandsgröße
6.1.1 Temperaturskalen
6.1.2 Thermische Ausdehnung
6.2 Gase
6.2.1 Zustandsgleichung idealer Gase
6.2.2 Gasgemische
6.2.3 Kinetische Gastheorie
6.2.4 Reale Gase
6.2.5 Adiabatische Zustandsänderungen
6.3 Wärme als Energie
6.3.1 Wärmemenge, Wärmekapazität
6.3.2 Kalorimetrie
6.3.3 Die Hauptsätze der Wärmelehre
6.4 Transportvorgänge, Stoffgemische
6.4.1 Wärmetransportprozesse
6.4.2 Diffusion
6.4.3 Osmose
6.5 Phasen und Phasenübergänge
6.5.1 Phasenübergänge
6.5.2 Dampfdruck
6.5.3 Luftfeuchtigkeit
6.5.4 Dampfdruckerniedrigung bei Lösungen
6.5.5 Absorption von Gasen
6.6 Einige Anwendungen in der Medizin
6.6.1 Zur Wärmebilanz des Körpers
6.6.2 Gasvolumina in der Lungenfunktionsdiagnostik
6.6.3 Wirkung tiefer Temperaturen auf biologisches Gewebe

7 Elektrizitätslehre
7.1 Grundgrößen
7.2 Elektrostatik
7.2.1 Elektrisches Feld
7.2.2 Potential und Spannung
7.2.3 Dipol
7.2.4 Polarisation und Influenz
7.2.5 Kondensator
7.3 Gleichstromkreis
7.3.1 Elektrische Leitung, Widerstand
7.3.2 Kirchhoffsche Gesetze, Reihen und Parallelschaltung
7.3.3 Innenwiderstand von Spannungsquellen
7.4 Magnetismus
7.4.1 Magnetisches Feld
7.4.2 Lorentz-Kraft, Induktion
7.4.3 Selbstinduktion, Transformator
7.5 Wechselstromkreis
7.5.1 Wechselspannung
7.5.2 Widerstand bei Wechselstrom
7.5.3 Elektrische Filter
7.5.4 Elektromagnetische Schwingungen
7.6 Elektrische Leitung verschiedener Materialien
7.6.1 Festkörper, Austrittsarbeit
7.6.2 Halbleiter-Bauelemente
7.6.3 Glühemission und Photoeffekt
7.6.4 Gasentladungen
7.6.5 Ladungstransport in Elektrolyten
7.6.6 Galvanische Elemente
7.7 Membranpotentiale
7.7.1 Nernst-Gleichung
7.7.2 Membranpotential an Zellen
7.8 Organische Wirkung von Elektromagnetismus
7.8.1 Organische Wirkungen von Magnetfeldern und elektrischen Feldern
7.8.2 Unfallgefahren und Schutz bei Wechselstrom

8 Mess- und Regelprozesse
8.1 Messwertaufnahme und -verarbeitung
8.1.1 Messwertaufnehmer (Sensoren)
8.1.2 Signal und Information
8.2 Regelprozesse
8.2.1 Steuerung und Regelung
8.2.2 Biologische Regelkreise

9 Optik
9.1 Natur von Licht
9.2 Brechung und Reflexion
9.2.1 Lichtstrahlen
9.2.2 Reflexion
9.2.3 Optische Dichte, Brechung
9.2.4 Dispersion
9.3 Optische Abbildungen
9.3.1 Brennweite und Brechkraft
9.3.2 Abbildung an dünnen Linsen
9.3.3 Bildkonstruktion für dicke Linsen und Linsensysteme, Kardinalpunkte
9.3.4 Optische Vergrößerung
9.3.5 Abbildungsfehler
9.4 Wellenoptik
9.4.1 Polarisation
9.4.2 Interferenz, Beugung, Kohärenz
9.5 Mikroskop
9.5.1 Lichtmikroskop
9.5.2 Hochauflösende Mikroskopie
9.6 Das Auge
9.6.1 Optische Abbildung im Auge (Dioptrik)
9.6.2 Funktion des Auges
9.6.3 Augenfehler
9.7 Emission und Absorption von Strahlung
9.7.1 Strahlungsmessgrößen
9.7.2 Lichtmessung (Photometrie)
9.7.3 Absorption von Strahlung, Extinktion von Licht
9.7.4 Wärmestrahlung

10 Atom-und Kernphysik
10.1 Grundannahmen der Atomphysik
10.1.1 Licht und Quanten, Photoeffekt
10.1.2 Atomarer Aufbau
10.1.3 Energiezustände, BohrschesAtommodell
10.2 Entstehung von elektromagnetischer Strahlung
10.2.1 Energieübergänge
10.2.2 Spektren
10.2.3 Laser
10.2.4 Röntgenstrahlung
10.3 Atomkern
10.3.1 Aufbau des Atomkerns
10.3.2 Radioaktivität
10.3.3 Gesetz des radioaktiven Zerfalls
10.3.4 Natürliche und künstliche Radioaktivität
10.4 Wechselwirkungen zwischen Strahlung und Materie
10.4.1 Wechselwirkungsprozesse
10.4.2 Schwächungsgesetz
10.5 Dosimetrie
10.5.1 DosimetrischeGrößen
10.5.2 Nachweis ionisierender Strahlung

11 Radiologie
11.1 Biologische Wirkung ionisierender Strahlen
11.1.1 Wirkprozesse
11.1.2 Strahlenrisiko
11.2 Strahlenschutz
11.3 Strahlentherapie
11.3.1 Strahlenarten, Strahlenquellen
11.3.2 Verteilung der Dosis im Körper
11.4 Diagnostik mit bildgebenden Verfahren
11.4.1 PlanareAbbildung
11.4.2 Digitale Bildaufnahme
11.4.3 Tomographie
11.4.4 Funktionelle Bildgebung
11.5 Röntgendiagnostik
11.5.1 Planare Radiographie
11.5.2 Computer-Tomographie (CT)
11.6 Nuklearmedizin
11.6.1 OffeneRadionuklide
11.6.2 Szintigraphie, Anger-Kamera
11.6.3 Emissions-Computer-Tomographie, SPECT
11.6.4 Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
11.7 Verfahren ohne Einsatz ionisierender Strahlung
11.7.1 Ultraschall
11.7.2 Magnetresonanz-Tomographie(MRT)

Anhang: Wichtige Größen und Konstanten