Physik III (PHY131 / PHY139)

Physik III (PHY131 / PHY139)
Vorlesung HS 2015
Dozent: Prof. Dr. Hugo Keller
Assistenten: Dr. Matthias Hengsberger / Dr. Luca Castiglioni
Allgemeine Informationen
Beginn
Montag, 14. September 2015
Vorlesungszeiten
Mo
12.15 - 13.45
Mi
10.15 - 12:00
Fr
08.00 - 08.45
Raum 16 G 15
Raum 16 G 15
Raum 16 G 15
Übungen
Leitung: Dr. Matthias Hengsberger / Dr. Luca Castiglioni
Fr
09.00 - 10.45
(Raum noch nicht bekannt)
Beginn: Freitag, 18. September 2015
Praktikum Physik III
Leitung: Dr. Peter Robmann
Blockkurs: 11. - 22. Januar 2016
Buchungsfrist für die Module PHY131 und PHY139: 6. September 2015
Leistungsnachweis
•
•
•
60% aller Übungen richtig gelöst
Besuch des Praktikums Physik III
Bestehen der 20-minütigen mündlichen Prüfung
Das Modul PHY139 unterscheidet sich vom Modul PHY131(12 ECTS-Punkte) durch den
Wegfall des Praktikums und ergibt nur 8 ECTS-Punkte
Inhaltsverzeichnis der Vorlesung Physik III (vorläufig)
1. Einführung in die Quantenphysik
- Klassische Physik und Quantenphysik
- Kurzer historischer Überblick
2. Elektromagnetische Wellen
- Elektromagnetische Strahlung
- Maxwell-Gleichungen und elektromagnetische Wellen
- Interferenz und Beugung
3. Die Wärmestrahlung schwarzer Körper
- Das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz
- Das Strahlungsgesetz von Rayleigh und Jeans
- Das Wiensche Strahlungsgesetz
- Das Plancksche Strahlungsgesetz
- Kosmische Hintergrundstrahlung
4. Welle-Teilchen Dualismus
- Der Teilchencharakter des Lichts
- Der photoelektrische Effekt
- Der Compton-Effekt
- Die Gravitationswirkung auf Lichtquanten
- Paarerzeugung und Paarvernichtung (Annihilation)
- Der Wellencharakter von Teilchen
- Die de Broglie-Wellenlänge
- Röntgenstreuung an räumlichen Gittern
- Das Davisson-Germer-Experiment
- Neutronenstreuung an räumlichen Gittern
- Die Natur von Materiewellen
- Das Doppelspaltexperiment / Teilcheninterferenzen
- Die Heisenbergsche Unschärferelation
5. Die Schrödinger-Gleichung
- Die zeitabhängige Schrödinger-Gleichung
- Die zeitunabhängige Schrödinger-Gleichung
- Operatoren (Observable, Eigenwert, Eigenfunktion, Erwartungswert)
6. Einfache Anwendungen der Schrödinger-Gleichung
- Das Teilchen im Potenzialkasten
- Die Potenzialstufe
- Der Tunneleffekt
- Der lineare harmonische Oszillator
7. Klassische Atomphysik
- Erste Hinweise auf Atome
- Das Thomsonsche Atommodel
- Die Rutherford-Streuung
- Atomspektren
- Das Bohrsche Atommodel
- Das Experiment von Frank und Hertz
8. Einfache Zustände des Wasserstoffatoms
- Die Schrödinger-Gleichung im Coulomb-Potenzial
- Eigenzustände des Wasserstoffatoms
- Eigenschaften des Drehimpulses in der Quantenmechanik
- Diskussion der Wasserstoff-Wellenfunktionen
- Der starre Rotator (Rotationszustände zweiatomiger Moleküle) (*)
9. Bahndrehimpuls und Spin des Elektrons
- Das magnetische Moment des Bahndrehimpulses
- Spin und magnetisches Moment des Elektrons
- Der Stern-Gerlach-Versuch
- Formale Beschreibung des Spins
- Störungsrechnung (kurze Einführung)
- Die Spin-Bahn-Kopplung
- Die Feinstruktur
- Relativistische Beschreibung des Elektrons / Dirac-Gleichung
10. Hyperfeinstruktur und quantenelektrodynamische Effekte
- Die Hyperfeinstruktur
- Quantenelektrodynamische Effekte ( Lamb-Shift, g-2 des Elektrons und des Myons)
11. Systeme mit mehreren Elektronen
- Fermionen und Bosonen
- Fermionen-Systeme / Pauli-Prinzip
- Die Elektronenstruktur der Atome
- Die Hundschen Regeln
- Aufbau des Periodensystems
12. Der Zeeman-Effekt
- Klassische Beschreibung des Zeeman-Effektes
- Der normale Zeeman-Effekt
- Der anormale Zeeman-Effekt
- Der Paschen-Back-Effekt
- Der Drehimpuls des Photons
13. Emission und Absorption von Photonen (*)
- Induzierte Emission von Photonen
- Spontane Emission von Photonen
- Auswahlregeln für elektrische Dipolstrahlung
- Die Lebensdauer angeregter Zustände und die Breite von Spektrallinien
- Maser und Laser
(*) Dieses Thema wird voraussichtlich aus Zeitgründen nicht oder nur am Rand behandelt
Literaturhinweise
Zusammenstellung von einigen Büchern, die zum Weiterstudium empfohlen werden und die
teilweise zur Erstellung dieser Vorlesung benutzt wurden.
-
M. Alonso und E. Finn, Quantenphysik und Statistische Physik, Oldenbourg-Verlag,
München Wien 2005
-
K. Bethge, C. Gruber und T. Stöhlker, Physik der Atome und Moleküle, WILEY-VCH
Verlag, Weinheim 2004
-
W. Demtröder, Experimentalphysik 3: Atome, Moleküle und Festkörper, Springer-Verlag,
Berlin Heidelberg 2010
-
R.P. Feynman, R.B. Leighton und M. Sands, Feynman-Vorlesungen über Physik, Band 3
Quantenmechanik, Oldenbourg-Verlag, München 2007
-
H. Haken und H.C. Wolf, Atom- und Quantenphysik, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg
New York 2000
-
P. Huber und H. Staub, Einführung in die Physik, Band III/1 Atomphysik, Ernst Reinhardt
Verlag, München/Basel 1970
-
T. Mayer-Kuckuck, Atomphysik, B.G. Teubner, Stuttgart 1997
-
G. Otter und R. Honecker, Atome-Moleküle-Kerne, Band I Atomphysik, B.G. Teubner,
Stuttgart 1998
-
R. Scherrer, Quantum Mechanics: An Accesible Introduction, Pearson Addison Wesley,
San Francisco 2006
-
P.A. Tipler und R.A. Llewellyn, Moderne Physik, Oldenbourg-Verlag, München 2010
-
F. Yang and J.H. Hamilton, Modern Atomic and Nuclear Physics, World Scientific
Publishing Co., Singapore 2010
23-Aug-15