Inhalt

Inhalt
Vorbemerkungen
Zielsetzung
Inhalt
Aufbau
7
8
8
11 Optik I: Licht und Farbe
11.1 Was ist Licht?
11.2 Elektromagnetische Wellen
11.2.1 Wellen
11.2.2 Longitudinal-und Transversalwellen, Polarisation
11.2.3 Licht als elektromagnetische Welle
11.3 Ausbreitung von Licht
11.3.1 Lichtquellen
11.3.2 Licht im Vakuum
11.3.3 Licht trifft auf einen Gegenstand
11.3.4 Licht in einem Material
11.3.5 Licht auf einer Oberfläche: Reflexion und Transmission
11.3.6 Licht fallt durch eine planparallele Platte
11.3.7 Licht fällt durch ein Prisma
11.3.8 Platten mit gekrümmten Oberflächen
11.4 Farbe
11.4.1
11.4.2
11.4.3
11.4.4
11.4.5
Augen und Ohren
Gegenstände beeinflussen das Spektrum von Licht
Farberscheinung undurchsichtiger Gegenstände
Farbstoffe und Pigmente
Absorbanz und Transmittanz
11.4.6 Farberscheinungen teils transparenter Materialien
11.4.7 Warum ist Milch weiß?
11.4.8 Warum ist der Himmel blau?
9
13
13
14
16
23
23
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118
3
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Inhalt
12 Optik II: Gegenstände und Abbildungen
12.1 Selbstleuchtende und beleuchtete Objekte
120
12.2 Schatten
12.3 Abbildungen
12.3.1 Auge und Gegenstandserkennung
12.3.2 Was ist eine Abbildung?
12.3.3 Abbildung mit einer Sammellinse
120
122
122
123
123
12.3.4
12.3.5
12.3.6
12.3.7
Das Auge
Brille
Lupe
Fernrohr
12.3.8 Mikroskop
12.3.9 Fotografie
128
131
132
134
135
137
13 Kleine und große Hindernisse
13.1 Der Schatten kleiner Objekte
13.1.1 Der experimentelle Befund: Einzelspalt
13.1.2
13.1.3
13.1.4
13.1.5
13.1.6
13.1.7
13.1.8
13.1.9
Erklärung
Auswirkungen und Anwendungen
Beugung und Interferenz am Doppelspalt
Dreifachspalt
Mehrfachspalte
Beleuchtung eines beugenden Objekts mit weißem Licht
Optisches Gitter
Beugung und Interferenz an nicht linienfÖrmigen Objekten
13.2 Interferenz ohne Beugung
13.2.1 Interferenzen gleicher Neigung
(Interferenzen an einer planparallelen Platte)
13.2.2 Interferenzen gleicher Dicke
(Interferenzen an einer keilförmigen Platte)
13.2.3 Newton'sche Ringe
13.2.4 Der schillernde Ölfleck
13.2.5 Röntgenbeugung
13.2.6 Das Fresnel'sehe Biprisma
13.2.7 Interferometer
4
152
152
154
164
170
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186
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188
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194
194
195
207
207
Inhalt
13.3 Beugung und Interferenz im Alltag
13.3.1 Kohärenz
13.3.2 Messung der Kohärenzlänge
13.3.3 Messung der Kohärenzbreite
212
212
214
214
13.4 Zusammenfassung
215
14 Licht revolutioniert die Atomphysik
14.1 Der experimentelle Befund
14.1.1 Äußerer Photoeffekt
14.1.2 Weitere experimentelle Befunde
217
217
219
14.2 Erklärung des Photoeffekts
14.3 Stöße mit Licht
14.3.1 Stoßvorgänge
14.3.2 Impuls eines Photons
14.3.3 Compton-Effekt
220
232
232
234
235
14.4 Nicht nur Licht ist eine „komische Welle"
14.4.1 Elektronen sind nicht nur Teilchen
243
243
14.4.2 Interferenzen mit Elektronen
244
14.4.3 Beugung und Interferenz am Spalt mit Neutronen
14.4.4 Beugung und Interferenz am Doppelspalt mit Atomen
14.4.5 Beugung und Interferenz am Doppelspalt mit Edelgasclustern
14.4.6 Beugung und Interferenz am Doppelspalt mit C60
14.4.7 Zusammenfassung
14.5 Teilchen oder Welle?
14.5.1 Quantenobjekte
14.5.2 Einzelne Elektronen am Doppelspalt
14.5.3 Einzelne Photonen am Doppelspalt
14.5.4 Einzelne große Moleküle am Doppelspalt
14.5.5 Welchen Weg nimmt das Photon?
14.6 Die mathematische Beschreibung von Quantenobjekten
14.6.1 Wiederholung: Wellenfunktion, Wellengleichung
14.6.2 Wellenfunktion und Schrödinger-Gleichung
14.6.3 Deutung der Wellenfunktion
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261
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273
274
276
14.6.4 Ort und Impuls einer Welle
283
14.6.5 Die Heisenberg'sche Unschärferelation
14.6.6 Konsequenzen aus der Heisenberg'schen Unschärferelation
284
285
Inhalt
15 Atome
15.1 Das Thomson'sehe Atommodell
15.2 Rutherford'sches Atommodell
15.3 Bohr'sches Atommodell
15.3.1 Das Planetenmodell und seine Probleme
15.3.2 Die Bohr'schen Postulate
15.3.3 Atomradius
15.3.4 Energieniveaus
15.3.5 Erfolge und Defizite des Modells
15.4 Quantenmechanische Behandlung des Wasserstoffatoms
15.4.1 Teilchen im Coulomb-Potential einer Punktladung
15.4.2 Orbitale
15.4.3 Energieniveaus
15.4.4 Atome mit mehr als einem Elektron
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294
294
295
296
296
298
306
306
306
308
309
Anhang
Formelsammlung
310
Formelzeichen
Originalliteratur
Stichwortverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
315
325
328
332
(Mathematische) Exkurse
6
Exkurs: Arcos, Aresin
Exkurs: Komplexe Zahlen
70
270
Exkurs: Fourier-Reihen
Exkurs: Polarkoordinaten
278
305