G rundlagender P hysik IV Aufbau der Materie

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G r u n d l a g e n d e r P h y s i k IV
Aufbau der Materie
Vorlesungsskript
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Universität GH Essen
(Version 1997)
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INHALT
KAPITEL A
Seite
Einleitung
1. Einordnung
2. Lehrbücher
3. Geschichtliches
a) Atome als philosophisches Problem
b) Atome als Ergebnis naturwiss. Forschung
c) Kern-Hülle Struktur
d) Theorien
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4. Überblick über den Aufbau der Materie
a) Was ist ein Teilchen?
b) Elementarteilchen
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KAPITEL B
Experimentelle Grundlagen der Atomistik
Bestimmung der Avogadrozahl
a) Bestimmung über die Viskosität
b) Sedimentationsgleichgewicht
c) Brownsche Bewegung
d) Rayleigh Streuung
e) Gitterkonstante im Kristall
f) Faradaykonstante
g) Kovolumen 14
h) Radioaktive Zerfälle
2. Massen
a) Prinzip
b) Parabelmethode
c) Astonscher Massenspektrograph
d) Verbesserungen
e) Ergebnisse der Massenspektroskopie
i. Isotope
ii.Bindungsenergie
3. Kernradius
a) Wirkungsquerschnitte
i. Stoß von Kugeln
ii.Andere Prozesse
iii.Der differentielle Wirkungsquerschnitt
b) Rutherfordstreuung
i. Versuche von Lenard
ii. Versuche von Rutherford, Geiger, Marsden
iii.Rutherford-Streuformel
iv.Ausblick
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KAPITEL C
Welle-Teilchen Dualismus
1. Das Photon
a) Einleitung
b) Intensität
c) Kirchhoffsche Strahlungsgesetze
d) Der Strahlungsdruck
e) Gesamte Energiedichte
f) Die Rayleigh-Jeans Formel
g) Die Planckformel
h) Diskussion der Planckformel
i) Der äußere lichtelektrische Effekt
j) Der Comptoneffekt
2. Beugung von Elektronen
3. Welle oder Teilchen
4. Eigenschaften der Materiewellen
a) Zusammenhang von Teilchen- u. Welleneigenschaften
b) Wellenpakete
i. Ebene Materiewelle
ii. Räumlich begrenzte Welle
iii.Allgemeines Wellenpaket
iv.Unschärferelation lateral
v. Geschwindigkeiten von Wellenpaketen
c) Anwendungen der Heisenbergschen Unschärferelation
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KAPITEL D
Die Atomhülle
1. Experimentelle Grundlagen
a) Einleitung
b) Das Wasserstoffspektrum nach Balmer
c) Spektrum der Alkalimetalle
d) Balmerformel nach Rydberg
e) Aufspaltung der Terme
2. Das Bohrsche Atommodell
a) Das klassische Planetenmodell
b) Die Bohrschen Postulate
c) Der Franck-Hertz-Versuch
d) Bahnradius
e) Gesamtenergie
f) Folgerungen aus dem Bohrschen Modell
g) Ellipsenbahnen
h) Anmerkungen zum Bohrschen Modell
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KAPITEL E
Der Spin
1. Magnetisches Moment
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a) Drehmoment auf eine Leiterschleife
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b) Die potentielle Energie eines magnetischen Dipols im
Magnetfeld
c) Das gyromagnetische Verhältnis
d) Der Einstein-de-Haas Versuch
e) Der Stern-Gerlach-Versuch
2. Der Spin des Elektrons
a) Entdeckung des Elektronenspins
b) Das Vektormodell
3. Einige Eigenschaften von Spinzuständen
a) Filter für Spinzustände
b) Spinresonanz
i. Larmorfrequenz
ii. Elektronenspinresonanz
4. Spin-Bahn Magnetismus, Feinstruktur
a) Magnetfeld der Atomhülle
b) Feinstruktur im Einelektronensystem
c) Mehrelektronensystem
i. Kopplungsarten
d) Beispiele für LS-Kopplung
5. Atome im äußeren Feld
a) Einleitung
b) Der klassische Zeemaneffekt
c) Halbklassische Beschreibung
d) Energiedifferenzen
e) Der Paschen-Back-Effekt
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KAPITEL F
Aufbau des Rumpfes
1. Schalen
a) Quantenzahlen
b) Das Periodensystem
c) Der Grundzustand
2. Röntgenspektren
a) Erzeugung von Röntgenstrahlen
b) Serien der charakteristischen Strahlung
c) Bremsstrahlung
d) Absorption von Röntgenstrahlen
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KAPITEL G
Schrödingergleichung
1. Heuristische Begründung
2. Beispiele
a) Teilchen in einem Potentialtopf
b) Teilchen an einer Potentialstufe
c) Tunneleffekt
d) Der harmonische Oszillator
3. Über den Formalismus der Quantenmechanik
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KAPITEL H
Festkörper
1. Struktur von Festkörpern
a) Gitter
b) Gittertypen
i. Ionenkristalle
ii. Kovalente Kristalle
iii.Die Metallbindung
iv.Die Dipolbindung
c) Strukturanalyse durch Röntgeninterferenz
i. Braggbedingung
ii. Verfahren zur Röntgeninterferenz
iii.Röntgeninterferenz als Streuproblem
2. Energiezustände im Festkörper
a) Einleitung
b) Gitterschwingungen
c) Elektronenzustände
i. Besetzung der Bänder
ii. Die Fermiverteilung
iii.Isolator, Leiter, Halbleiter
iv.Fermienergie
3. Bewegung der Elektronen im Gitter
a) Freie Elektronen
b) Einfluß des Gitters auf E(k)
i. Bragg-Reflexion der Materiewellen
ii. Brillouinzonen
iii.Das reduzierte Bändermodell
iv.Dynamik der Elektronenwellen
v. Die effektive Masse
c) Stromleitung in Metallen
i. Das klassische Modell
ii. Das quantenmechanische Bild
4. Halbleiter
a) Löcherleitung
i. Erzeugung von Elektron-Loch Paaren
ii. Die Dynamik von Löchern
b) Grundsubstanzen für Halbleiter
c) Der pn-Übergang
i. Das Kontaktpotential
ii. Kennlinie des pn-Übergangs
d) Der bipolare Transistor
5. Die Wärmekapazität von Metallen
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KAPITEL I
Moleküle
1. Einleitung
a) Das Molekül als Addition einzelner Atome
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b) Gerade und ungerade Wellenfunktion
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2. Elektronenspektrum des zweiatomigen Moleküls
3. Vibrationsspektrum
a) Potential
b) Reines Vibrationsspektrum
4. Rotationsspektrum
a) Energien
b) Intensitäten
5. Gemischte Spektren
a) Vibration - elektronsches Spektrum
b) Andere gemischte Spektren
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KAPITEL J
Kerne
1. Kernstruktur
a) Experimentelle Tatsachen
i. Die stabilen Elemente
ii. Kernradius
iii.Dichte der Kernmaterie
iv.Drehimpuls
v. Magnetisches Dipolmoment
vi.Die Bindungsenergie
b) Kernmodelle
i. Tröpfchenmodell
ii. Schalenmodell
2. Kernprozesse
a) Einleitung
i. Radioaktivität
ii. Streuexperimente
b) Zerfallgesetz
c) Strahlungsübergänge
d) α-Strahler
e) β-Strahler
f) Das Neutrino
g) Paritätsverletzung beim β-Zerfall
i. Was ist die Parität?
ii.Helizität
iii.Bedeutung der Paritätserhaltung
iv.Experiment zur Paritätserhaltung von Wu
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