INHALT7.Semester (Kompetenzmodul 7)1

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5

INHALT

7. Semester (Kompetenzmodul 7)

1 Biomoleküle

8

1.1 entstehung des Lebens 9 1.2 Biochemisch wichtige Moleküle im überblick 13

1.3 kohlenhydrate 18

1.3.1 Monosaccharide 18

1.3.2 Disaccharide 22

1.3.3 Polysaccharide 24

1.4 Lipide 26

1.4.1 Fette 26

1.4.2 Phospholipide 28

1.4.3 Steroide 29

1.5 Proteine 32

1.5.1 Aminosäuren 32

1.5.2 Struktur der Proteine 34

1.5.3 Hämoglobin 36

1.5.4 Denaturierung und Hydrolyse der Proteine 37

1.5.5 Funktionen der Proteine 39

cLiL-übung 40

2 Stoffwechsel

41

2.1 enzyme 42

2.1.1 Räumlicher Aufbau und Reaktivität der Enzyme 43 2.1.2 Beeinflussung der Enzymaktivität 45

2.1.3 Cofaktoren 46

2.1.4 Hemmung der Enzymaktivität 48

2.1.5 Wirtschaftliche Verwendung von Enzymen 49

2.2 energierstoffwechsel 51

2.2.1 Der Energiespeicher ATP 52

2.2.2 Wasserstoffüberträger NAD⁺ und FAD 52 2.2.3 Aerober Abbau von Glucose – Zellatmung 53

2.2.4 Anaerober Abbau von Glucose 55

2.2.5 Fotosynthese 57

2.3 Proteinbiosynthese 61

2.4 gentransfer 69

cLiL-übung 72

3 Biotechnologie

73

3.1 fermentation 74

3.2 industrielle fermentation 76

3.2.1 Alkoholische Gärung 77

3.2.2 Milchsäuregärung 78

3.2.3 Essigsäuregärung 80

3.3 antibiotika 80

cLiL-übung 84

8. Semester (Kompetenzmodul 8)

4 Relativitätstheorien

85

4.1 einleitung 86

4.1.1 Die klassische Physik 86

4.1.2 Die moderne Physik ist alt … 86

4.2 raum und zeit 87

4.2.1 Synchronisation und Gleichzeitigkeit 88 4.3 Bewegte Bezugsysteme 88

4.3.1 Die Lichtgeschwindigkeit 89

4.3.2 Die Einstein’schen Postulate 92

4.3.3 Bewegte Uhren 93

4.3.4 Bewegte Maßstäbe 95

4.3.5 Das Zwillingsparadoxon 97

4.3.6 Der relativistische Doppler-Effekt 97 4.3.7 Relativistische Geschwindigkeitsaddition 98 4.3.8 Die relativistische Massenzunahme 99

4.3.9 Wie schwer ist Energie? 100

4.3.10 Raum-Zeit-Diagramme 104

4.4 raum-zeit und gravitation 105

4.4.1 Photonen im Gravitationsfeld 106

4.4.2 Gekrümmter Raum 108

4.4.3 Auswirkungen auf die Astronomie 108

5 Grundlagen der Quantenmechanik

110 5.1 die uV-katastrophe und ihre folgen 111

5.1.1 Der fotoelektrische Effekt 112

5.1.2 Quanteninterferenz 113

5.1.3 Das Spiel der Quanten mit dem Zufall 116 5.2 heisenbergs unschärferelationen 118

5.2.1 Impuls-Ortsunschärfe 118

5.2.2 Energie-Zeit-Unschärfe 119

5.2.3 Der Tunneleffekt 121

5.2.4 Virtuelle Teilchen 122

cLiL-übung 125

6 Atom- und Kernphysik

126 6.1 das atom und die Physik des atomkerns 127

6.1.1 Die Atomhülle 127

6.1.2 Der Atomkern 128

6.1.3 Masse und Bindungsenergie 128

6.1.4 Kernkräfte 130

6.2 radioaktivität 131

6.2.1 Das Zerfallsgesetz 131

6.2.2 Der Alpha-Zerfall 133

6.2.3 Der Beta-Zerfall 133

6.2.4 Die Gamma-Emission 133

6.2.5 Zerfallsreihen 133

6.2.6 Dosimetrie 134

6.2.7 Strahlenexposition 135

6.3 energie aus dem kern 136

6.3.1 Kernspaltung 137

6.3.2 Kernreaktoren 138

6.3.3 Kernwaffen 139

6.3.4 Kernfusion 141

cLiL-übung 144

(2)

6

INHALT

7 Teilchenphysik

145

7.1 die Teilchen des Standardmodells 146 7.1.1 Auf der Suche nach den kleinsten Strukturen 146 7.1.2 Auf der Suche nach einer Ordnung 148

7.1.3 Die Quarks schaffen Ordnung 150

7.2 Wechselwirkungen 151

cLiL-übung 154

8 Astrophysik

155

8.1 die gravitation 156

8.1.1 Arbeit im Gravitationsfeld 156

8.1.2 Das Gravitationspotential 157

8.2 die Vermessung des Weltraums 158 8.2.1 Die Helligkeit von Himmelsobjekten 158

8.2.3 Entfernungsbestimmung 159

8.3 Sterne 160 8.3.1 Vom Werden und Vergehen der Sterne 160 8.4 die entwicklung des universums 162

9 Thermodynamik

165

9.1 Wärmeenergie und Temperatur 166

9.1.1 Latente Wärme 167

9.2 das Verhalten von gasen 170

9.2.1 Kinetische Gastheorie 170

9.2.2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik 172 9.2.3 Die Zustandsgleichung idealer Gase 174

9.2.4 Isotherme Zustandsänderung 176

9.2.5 Isobare Zustandsänderung 177

9.2.6 Isochore Zustandsänderung 178

9.2.7 Adiabatische Zustandsänderung 180

9.2.8 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 182 9.3 Wärme-kraft-Maschinen 186

9.3.1 Der Carnot’sche Kreisprozess 186

9.3.2 Viertaktmotor 189

9.3.3 Dampf- und Gasturbinen 190

9.3.4 Wärmepumpen 192

9.4 Wärmetransport 194

9.4.1 Wärmeleitung und Wärmeübergang 195

9.4.2 Thermische Strahlung 197

Anhang

Beispiele für die mündliche reife- und diplomprüfung aus Naturwissenschaften 202

Lösungen 206

Periodensystem 213

Sachwortregister 214

Textquellenverzeichnis der zitate:

S. 86, William Thompson (In: Lohr, Erwin: Atomismus und Kontinuitätstheorie in der Neuzeitlichen Physik. Wiesbaden 1926, S. 78); S. 87, Isaac New- ton (https://plato.stanford.edu/entries/newton-stm/scholium.html, letzter Zugriff 7.5.2019); S. 87, Albert Einstein (https://www.menscheinstein.

de/mythos/zitatmaschine/zitat_jsp/key=837/keyword=illusion.html, letzter Zugriff 7.5.2019); S. 87, Albert Einstein (In: Mainzer, Klaus: Künstliche Intelligenz - Wann übernehmen Die Maschinen?. Berlin 2019, S. 2); S. 101, Albert Einstein (In: Scheunemann, Egbert: Irrte Einstein? BoD 2008, S. 164);

S. 105, Albert Einstein (https://www.menscheinstein.de/mythos/zitatmaschine/zitat_jsp/key=872.html, letzter Zugriff 14.5.2019); S. 108, Albert Einstein (https://www.spiegel.de/fotostrecke/albert-einstein-ueber-die-relativitaetstheorie-fotostrecke-134511-6.html, letzter Zugriff 14.5.2019);

S. 108, John Archibald Wheeler (https://www.goodreads.com/quotes/1500720-spacetime-grips-mass-telling-it-how-to-move-mass-grips, letzter Zugriff 14.5.2019); S. 113, Albert Einstein (https://www.zeit.de/1994/41/erleuchtung-eines-optikers; letzter Zugriff 9.7.2019); S. 114, W. L. Bragg (In: Ashall, Frank: Remarkable Discoveries! Cambridge University Press 1996, S. 57; Übersetzung der Autoren); S. 117, Erwin Schrödinger (https://

www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/chemie-abitur/artikel/erwin-schroedinger, letzter Zugriff 14.5.2019); S. 121, Richard Feynman (http://

www.greatthoughtstreasury.com/author/richard-feynman-fully-richard-phillips-feynman?page=5, letzter Zugriff 14.5.2019); S. 122, Laotse (https://

beruhmte-zitate.de/zitate/135168-laotse-ton-knetend-formt-man-gefasse-doch-erst-ihr-hohlra/, letzter Zugriff 14.5.2019); S. 140, Albert Einstein (http://www.ingo-tessmann.de/einstein/node26.html, letzter Zugriff 14.5.2019); S. 146, Demokrit (https://de.wikipedia.org/wiki/Demokrit, letzter Zugriff 14.5.2019); S. 183, Arnold Sommerfeld (https://www.energieverbraucher.de/de/entropie__2135/, letzter Zugriff 14.5.2019); S. 183, Arthur Schopenhauer (In: Fröhner, Holger: Warum das Huhn die Straße überquerte. ePubli 2015, S. 128); S. 184, Ludwig Boltzmann (http://www.igsz.eu/

OEKL/Haeckel2.html, letzter Zugriff 14.5.2019).