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Experimentalphysk III: Atom- und Quantenphysik

Prof. Dr. Karl-Heinz Kampert


Die Vorlesung und Übung (V4Ü1).

WUSEL-Eintrag der Vorlesung.

WUSEL-Eintrag der Übung. Bitte die Übungen belegen!

Termin Vorlesung:

Di. 8:30-10:00, F.13.11 (Beginn am 18.10.2016) 

Fr. 8:30-10:00, HS 04


Termin Übung:

Do. 12:15-13:00, F.13.15 (Beginn 20.10.2016)

Kontakt: Sonja Schröder, F.11.03, 3736.

Übungsaufgaben: Ü01 , Ü02 , Ü03, Ü04, Ü05, Ü06, Ü07, Ü08, Ü09, Ü10, Ü11, Ü12, Ü13, Ü14


Inhalt:

1. Einführung (VL1)

2. Experimentelle Grundlagen der AtomphysikMasse und Größe der Atome (VL2)

  • Innere Struktur der Atome
  • Rutherfordstreuung (VL3)
  • Das Photon
  • Schwarzkörperstrahlung
  • Photoeffekt (VL4, Tafelschrieb)
  • Thomson- und Rayleigh-Streeung
  • Compton-Streuung
  • Elektronen als Welle  (VL5, Tafelschrieb)
  • Elektronen- und Ionenoptik

3. Elemente der Quantenmechanik (VL6)

  • Wellenpakete
  • Heisenbergsche Unschärferelation
  • Konsequenzen aus der Unschärferelation (VL7, Tafelschrieb)

4. Die Quantenstruktur der Atome

  • Borsche Postulate
  • Rydberg-Atome
  • Weitere ungewöhnliche Atome (VL8)
  • Sommerfeld-Erweiterung

5. Elemente der Quantenmechanik

  • Konzept der Wahrscheinlichkeitsdichten
  • Schrödinger-Gleichung
  • Operatoren & Erwartungswerte, Eigenwerte & Eigenfunktionen
  • Teilchen im Kastenpotential  (VL9)
  • Teilchen im Potential eines harmonischen Oszllators (VL10)
  • Teilchen an einer Potentialstufe (VL11, Tafelschrieb)

6. Das Wasserstoffatom

  • Näherung mit einem Kastenpotential (1-dim und 3-dimensional)
  • Lösung der Schrödinger-Gleichung: Winkelanteil (VL12)
  • Lösung der Schrödinger-Gleichung: Radialanteil (VL13, Tafelschrieb)
  • Energiezustände und Entartung von Zuständen
  • QM Erwartungswerte und Vertauschbarkeit von Operatoren (VL14)
  • Drehimpulse in der QM
  • Vertauschungsrelationen für Drehimpulse (VL15, Tafelschrieb)
  • Alkaliatome
  • Magnetische Momente Stern-Gerlach Experiment (VL16)
  • Spin-Bahn Kopplung und Feinstruktur-Aufspaltung
  • Kernspin und Hyperfeinstruktur-Aufspaltung (VL17, Tafelschrieb)
  • Lamb-Verschiebung (VL18)

7. Atome in elektrischen und magnetischen Felder

  • Normaler and Anomaler Zeeman-Effekt (VL19)
  • Stark-Effekt (VL20, Tafelschrieb)
  • Elektronen- und Kernspin-Resonanz

8. Spin-Funktionen und Aspekte der relativistischen QM

  • Spin-Operatorem und -Funktionen als Zwei-Niveau System (VL21)
  • Klein-Gordon Gleichung
  • Dirac-Gleichung
  • Löchertheorie und Stückelberg-Feynman Deutung (VL22, Tafelschrieb)

9. Mehrelektronensysteme

  • Das Helium-Atom
  • Mehrelektronensysteme (VL23)
  • Das Periodensystem der Elemente
  • Addition von Drehimpulsen
  • Hartree-Fock Verfahren
  • Röntgenstrahlung (VL24, Tafelschrieb)
  • Laser und Bsp. von Anwendungen (VL25)
  • Bose-Einstein Kondensat
  • MASER (VL26, Tafelschrieb)

10. Molekülphysik

  • Das H2+ Ion
  • Linear Combination of Atomic Orbitals (LCAO) (VL27)
  • Das H2-Molekül
  • Chemische Bindung 
  • Born-Oppenheimer Näherung (VL28. Tafelschrieb)
  • Rotations- und Schwingungszustände
  • Franck-Condon Prinzip
  • Hybridisierung
  • Raman-Effekt

Literatur:

H. Haken, H.C. Wolf Atom- und Quantenphysik Springer
T. Mayer-Kuckuk Atomphysik Teubner
W. Demtröder Experimentalphysik 3 Springer
D. Halliday et al. Physik Wiley-CH

Ergebnisse der Vorlesung- und Übungsumfrage im Vergleich:

Vorlesung / Übung