Atome -- Moleküle -- Kerne: Band I Atomphysik

ISBN-13: 9783519032199 / Niemiecki / Miękka / 1993 / 472 str.

Gerd Otter; Raimund Honecker

Opis

Das zweibandige Lehrbuch Atome - Molekule - Kerne, dessen erster Band uber Atomphysik nun vorliegt, erwuchs aus den Manuskripten einer zweisemestrigen Vorlesung, die seit vielen Jahren an der Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule Aachen veranstaltet wird. Das Buch richtet sich an Studierende mit Fach Physik ab etwa dem dritten oder vierten Se mester und ist in erster Linie als begleitende Hilfestellung zu entsprechenden Hochschulkursen gedacht. Es sollte sich aber auch zur Vorbereitung auf das Vor-und Hauptexamen oder zum Selbststudium eignen. Wir haben eine in sich geschlossene Darstellung angestrebt, die den Lernenden systematisch durch den Stoff fuhrt. Das Buch ist andererseits so aufgebaut, dass der Anfanger, der sich zunachst nur einen Uberblick uber die vielfaltigen Erscheinungen im atomaren Bereich verschaffen will, die schwierigen, mit einem * markierten Abschnitte uber schlagen kann, ohne den Faden zu verlieren. Im fortgeschrittenen Stadium mag er dann das Buch abermals zur Hand nehmen, um das Erlernte durch die konsequente quantenmechanische Behandlung der Problemstellungen zu vertiefen. Passsagen fur Fortgeschrittene innerhalb des Textes sind mit ** A ** (= Anfang) und **E** (= Ende) gekennzeichnet. Jedes Kapitel endet mit einer Zusammenfassung des erlernten Stoffs. Aus diesen wenigen Bemerkungen lasst sich ersehen, welche Voraussetzungen der Lernende mitbringen muss: Grundkenntnisse der klassischen Physik sowie eine gewisse Ubung im Um gang mit dem wichtigsten formalen Rustzeug der Hoheren Mathematik. Kenntnisse der Quan tenmechanik werden nicht vorausgesetzt."

Spis treści

1 Welle—Teilchen Dualismus.- 1.1 Der Teilchencharakter des Lichts.- 1.1.1 Der Photoeffekt.- 1.1.2 Die Wärmestrahlung schwarzer Körper.- 1.1.3 Der Compton—Effekt.- 1.1.4 Die Gravitationswirkung auf Lichtquanten.- 1.2 Der Wellencharakter von Teilchen.- 1.2.1 Die de Broglie—Wellen.- 1.2.2 Das Davisson—Germer—Experiment.- 1.2.3 Die Natur von Materiewellen.- 1.2.4 Das Doppelspaltexperiment.- 1.2.5 Die Heisenbergsche Unschärferelation.- 1.3 Zusammenfassung.- 2 Klassische Atomphysik.- 2.1 Erste Hinweise auf Atome.- 2.2 Die Rutherford—Streuung.- 2.2.1 Das Versagen des Thomson—Modells.- 2.2.2 Das Rutherford—Atommodell.- 2.3 Durchgang geladener Teilchen durch Materie.- 2.3.1 Der spezifische Energieverlust geladener Teilchen.- 2.3.2 Die Vielfachstreuung.- 2.4 Atomspektren.- 2.4.1 Das Erscheinungsbild der Spektren.- 2.4.2 Experimentelle Methoden.- 2.5 Das Bohrsche Atommodell.- 2.5.1 Das Bohrsche Atommodell des Wasserstoffatoms.- 2.5.2 Verfeinerungen des Bohrschen Atommodells.- 2.5.3 Das Korrespondenzprinzip.- 2.5.4 Kritik am Bohrschen Atommodell.- 2.6 Anregung von Atomen und Messung der Atomspektren.- 2.6.1 Methoden der Anregung.- 2.6.2 Das Experiment von Franck und Hertz.- 2.7 Zusammenfassung.- 3 Die Schrödinger—Gleichung.- 3.1 Die zeitabhängige Schrödinger—Gleichung.- 3.1.1 Die Formulierung der Schrödinger—Gleichung.- 3.1.2 Der Aharonov—Bohm—Effekt.- 3.2 Die Schrödinger—Gleichung für stationäre Probleme.- 3.3 Anwendungen.- 3.3.1 Das Teilchen im Potentialkasten.- 3.3.2 Das klassische Analogom zum Potentialkasten.- 3.3.3 Die Potentialstufe.- 3.3.4 Der Tunneleffekt.- 3.3.5 Experimentelle Beispiele zum Tunneleffekt.- 3.3.6 Der eindimensionale harmonische Oszillator.- 3.3.7 Der starre Rotator.- 3.4 * Operatoren.- 3.4.1 * Observable.- 3.4.2 * Eigenschaften der Observablen.- 3.4.3 * Erwartungswerte.- 3.5 * Die zeitunabhängige Störungsrechnung.- 3.6 Relativistische Verallgemeinerung.- 3.6.1 Die Dirac—Gleichung.- 3.6.2 Paarerzeugung und Paarvernichtung.- 3.7 Zusammenfassung.- 4 Drehimpulse der Quantenphysik.- 4.1 * Die Operatoren des Bahndrehimpulses.- 4.2 * Die Spin—Operatoren.- 4.3 * Die Drehmatrix.- 4.4 * Ein Experiment zur Spinrotation.- 4.5 * Die Addition von Drehimpulsen.- 4.5.1 * Die Clebsch—Gordan—Koeffizienten.- 4.5.2 * Die Kopplung von Bahndrehimpuls und Spin ½.- 4.5.3 * Die Kopplung von Bahndrehimpuls und Spin 1.- 4.6 * Die Erhaltung des Drehimpulses.- 4.7 * Zusammenfassung.- 5 Atome mit einem Elektron.- 5.1 Das Wasserstoffatom als Zentralfeldproblem.- 5.1.1 Die Lösung der Schrödinger—Gleichung.- 5.1.2 * Die Verwendung zweikomponentiger Wellenfunktionen.- 5.2 * Die Emission und Absorption von Strahlung.- 5.2.1 * Die spontane Emission elektrischer Dipolstrahlung.- 5.2.2 * Die induzierte Emission und Absorption elektrischer Dipolstrahlung.- 5.2.3 * Die Einstein—Koeffizienten.- 5.3 Der Einfluß elektrischer und magnetischer Felder.- 5.3.1 Der normale Zeeman—Effekt.- 5.3.2 Experimente zum Spin und magnetischen Moment des Elektrons.- 5.3.3 Die Feinstrukturaufspaltung.- 5.3.4 Der anomale Zeeman—Effekt.- 5.3.5 * Der Paschen—Back—Effekt.- 5.3.6 * Der Stark—Effekt.- 5.3.7 * Die Elektronenspinresonanz (ESR).- 5.4 Experimente von extrem großer Genauigkeit.- 5.4.1 * g — 2-Experimente.- 5.4.2 * Die Lamb—Verschiebung.- 5.4.3 Die Hyperfeinstruktur (HFS).- 5.5 Zusammenfassung.- 6 Mehrelektronenatome.- 6.1 Theoretische Grundlagen.- 6.1.1 Das Pauli—Prinzip.- 6.1.2 * Die Slater—Determinante.- 6.2 Die Schalenstruktur der Atome.- 6.3 Die Spektren der Atome.- 6.3.1 Das Spektrum des Heliumatoms.- 6.3.2 Die Spektren der Alkaliatome.- 6.3.3 Komplexere Spektren.- 6.3.4 Röntgenspektren.- 6.4 * Der Aufbau der Atome.- 6.4.1 * Das Heliumatom.- 6.4.2 * Atommodelle.- 6.4.3 * Die Spin—Bahn—Wechselwirkung von komplexen Atomen.- 6.5 * Exotische Atome.- 6.5.1 * Myonische Atome.- 6.5.2 * Das Positronium.- 6.5.3 * Das Myonium.- 6.6 * Das Spektrallinienprofil.- 6.6.1 * Die natürliche Linienbreite.- 6.6.2 * Die Verbreiterung durch äußere Einflüsse.- 6.6.3 * Die Messung von Linienbreiten.- 6.7 Laser und Maser.- 6.7.1 Grundlegende Mechanismen.- 6.7.2 Laser- und Masertypen.- 6.8 Zusammenfassung.- B Eigenschaften reeller und komplexer Matrizen.- C Eigenschaften der Drehmatrizen.- D Clebsch—Gordan—Koeffizienten.- E Die Vektorkugelfunktionen.- F Die Radialfunktionen des H—Atoms.- G Mathematische Hilfsmittel.- H Geladene Teilchen im elektromagnetischen Feld.- Literaturhinweise.- Namen- und Sachverzeichnis.