Einführung in die Quantenphysik, Sommersemester 2011

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Programm der Vorlesung

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Übersicht über das Vorlesungsprogramm

Literatur-Empfehlungen zur Vorlesung
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 Ergebnis der Nachklausur

 Ergebnis der Klausur

 Notenverteilung

533983, 532648 und 532657 haben Übungsblätter noch nicht abgeholt!

 
VL Di 13-15 NEW 14, 0'07     I. Sokolov  
VL Mi 13-15 NEW 14, 0'07     I. Sokolov  
VL Do 09-11 NEW 15, 1'201     H. Winter  
UE Di 11-13 NEW 14, 1'12     H. Winter Punktestand der Übungen 1-21 (pdf)
UE Di 09-11 NEW 14, 1'09     M. Busch Punktestand der Übungen 1-21 (pdf)
UE Di 11-13 NEW 14, 1'09     M. Busch Punktestand der Übungen 1-21 (pdf)
Programm der Vorlesung

12.04.11

Vorbesprechung

 

14.04.11

I. Einführende Anmerkungen

Konzepte der klassischen Physik und deren Konsequenzen

Vergleich klassischer und  quantenmechanischer Oszillator

 Interpretation der Quantenphysik

Kurzer  historischer Abriss bedeutender Entwicklungen für die Quantenphysik

 

21.04.11

II. Dualismus Welle-Teilchen

II.1. Photoeffekt

Demonstrationsexperiment nach Hallwachs

 Experimente von Millikan (1916)

 

28.04.11

Postulat der Lichtquanten (Einstein, 1905)

Energie- und Impulsbilanz beim Photoeffekt

 Photo-Vervielfacher

 Sekundärelektronenemission

Austrittsarbeit

II.2. Comptoneffekt

 Experimente und Deutung von Compton (1922)

 Demonstrationsexperiment mit g-Strahlung

 

05.05.11

Koinzidenzexperimente von Bothe und Geiger (1925)  Aufbau,  Resultate,  Auswertung,

Koinzidenzstatistik:  "wahre Koinzidenzen",   "zufällige Koinzidenzen"

 Veröffentlichung von Bothe und Geiger von 1925 (Download als PDF)

II.2.1 Absorption von Strahlung in Materie

Paarbildung,  Absorptionskoeffizient, Anmerkungen zum Wirkungsquerschnitt

II.3 Gravitationsrotverschiebung von Licht

Frequenzverschiebung elektromagnetischer Strahlung im Gravitationsfeld der Erde

 

12.05.11

 Experiment von Pound und Rebka

II.4 Welleneigenschaften von Teilchen

Beugung langsamer Elektronen

LEED an  Ni(111) und  Si(111) [7x7]

 Demonstrationsexperiment: Streuung von 5 keV Elektronen an Graphitfolie ("Debye-Scherrer-Methode")

Beugung von  Molekularstrahlen,  Fullerenen und  He*-Atomen an Spalten

 

19.05.11

II.5 Problematik einer einheitlichen Beschreibung Welle-Teilchen

 Zusammenfassende Gegenüberstellung

Computer-Demonstrationsexperiment zum  "Mach-Zehnder-Interferometer"

 Folgerungen aus dem Experiment

 Konzepte einer quantenmechanischen Beschreibung

III. Der Weg zum Konzept der Quantenphysik

 III.1. Die Plancksche Strahlungsformel

 

26.05.11

klassischer und quantenmechanischer harmonischer Oszillator, Plancksche Strahlungsformel

Rayleigh-Jeans- und Wien-Limits, Absolute Strahlungsleistungen, Pyrometer

III.2 Die Bausteine der Atome

 Kathoden- und Kanalstrahlen,  Parabelspektrograph nach Thomson

 

09.06.11

 Massenspektrograph nach Mattauch

Hochpräzise Massenbestimmung in  Penning-Ionenfalle

III.3 Größe von Atomen

Molare Masse, Avogadro Konstante, Abschätzung der Größe eines Atoms

III.4 Atommodell nach Thomson

Kugel homogener Ladungsdichte, Eigenfrequenz eines Elektrons

III.5 "Rutherford-Streuung"

 Aufbau des Experiments von Geiger und Marsden

 Konzeption eines Streuexperiments

Stoßparameter, Wirkungsquerschnitt, Ablenkfunktion

 Berechnung mit klassischem Streuintegral

 

16.06.11

 "Regenbogen-Streuung"

 Ablenkfunktionen für Rutherford-Streuung,  Abweichungen von der Rutherford-Formel

III.6 Atomare Spektren

 Spektren im sichtbaren Wellenlängenbereich,  Balmer-Spektrum des H-Atoms

III.7 Bohr'sches Atom-Modell

Bohr'sche Postulate, Bohr-Radius,  Geschwindigkeit und Kreisfrequenz

Bindungsenergie,  Spektralserien,  Vergleich exp. Wellenlängen mit Bohr-Modell

 

23.06.11

Isotopie-Effekt ( Balmer-Linie des leichten und schweren Wasserstoffs)

H-ähnliche Ionen

 Korrespondenzprinzip, Wirkungsintegral,  Kepler-Bahnen

 Quantenmechanische Beschreibung des "Bohr-Modells"

 

30.06.11

III.8 Atom-Modell nach Bohr und Sommerfeld

 Feinstrukturaufspaltung (Messungen von Williams), Nichtrelativistisches Bohr-Sommerfeld Modell,

Wirkungsintegral, Ellipsenbahnen,  Quantenzahlen

III.9 Theorie der Feinstruktur

Relativistisches Bohr-Sommerfeld Modell

 Feinstrukturaufspaltung der Balmer-α Linie

III.10 Franck-Hertz-Versuch

 

05.07.11

IV. Konzepte der Quantenphysik

IV.1 Die Schrödingergleichung

IV.2 Schrödingergleichung für das Zweikörper Coulomb-Problem

 

07.07.11

 Quantenmechanische Beschreibung der Wasserstoff-Atoms

Nachtrag zum Franck-Hertz-Versuch

 Aufbau und Resultate,  Versuch von Franck und Knipping

Demonstrationsexperiment zum Franck-Hertz-Versuch

 Anregungskanäle beim Franck-Hertz-Versuch

 

14.07.11

IV.3.1 Magnetische Momente von Atom und Elektron

Normaler und anomaler  Zeeman-Effekt

IV.3.2 Stern-Gerlach-Versuch

 Experimentelles Resultat mit Ag-Atomen (Gerlach)

 Experiment mit Li-Atomen

IV.4 Grundlagen der Mehrelektronensysteme

Drehimpulskopplung, Pauli-Prinzip

IV.5 Periodisches System der Elemente

 

19.07.11

Klausur, 09.00 bis 11.00 Uhr
NEW 15, 1'201 - Gerthsen-Hörsaal (A-O)
NEW 14, 0'07 (P-Z)
Hilfsmittel: Taschenrechner

 
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Übersicht über das Vorlesungsprogramm

I. Einführende Anmerkungen

1. Konzepte der "klassischen" Physik und deren Konsequenzen

2. "Klassische" Physik vs. Quantenphysik


II. Dualismus Welle-Teilchen

1. Photoeffekt

2. Comptoneffekt

3. Beugungseffekte von Teilchen


III. Der Weg zum Konzept der Quantenphysik

1. Die Plancksche Strahlungsformel

2. de Brogliesche Materiewellen

3. Atomare Spektroskopie, Größe von Atomen, Rutherford-Streuung

4. Das Bohr-Sommerfeld-Modell des H-Atoms

5. Franck-Hertz-Experiment


IV.  Konzepte der Quantenphysik

1. Schrödinger-Gleichung, Unschärferelationen

2. Modellsysteme

3. Dirac-Gleichung, Spin des Elektrons, Feinstruktur

4. Mehrelektronensysteme, Pauli-Prinzip

5. Vertiefte Interpretation der Wellenfunktion und einer physikalischen Messung


V. Anwendungen quantenphysikalischer Konzepte

1. Zeit- und Frequenzstandards

2. Laser und Maser

3. Quantenrealität, "EPR-Paradoxon

 
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Literatur-Empfehlungen

1. W. Demtröder: "Experimentalphysik 3"
Springer, Berlin 1996

2. I. V. Hertel und C. P. Schulz: "Atome, Moleküle und optische Physik 1 und 2"
Springer, Berlin 2010

3. T. Mayer-Kuckuk: "Atomphysik"
Teubner, Stuttgart 1977

4. P. A. Tipler: "Physik"
Spektrum, Akademischer Verlag, Heidelberg 1994

5. H. Kleinpoppen, in Bergmann-Schaefer: "Lehrbuch der Experimentalphysik", Band 4: "Teilchen"
de Gruyter, Berlin 1992, S. 1-352

6. Haken/Wolf: "Atom- und Quantenphysik"
Springer, Berlin 1990

7. Otter/Honecker: "Atome - Moleküle - Kerne"
Band I: "Atomphysik"
Teubner, Stuttgart 1993
Band II: "Molekül- und Kernphysik"
Teubner, Stuttgart 1996

8. E. W. Schpolski: "Atomphysik"
Dt. Verlag der Wissenschaften, Berlin 1971

9. Bethge/Gruber: "Physik der Atome und Moleküle"
VCH, Weinheim 1990

10. E.H. Wichmann: "Quantenphysik"
Berkeley Physik Kurs 4
Vieweg, Braunschweig 1989

 
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