Einstieg Atomphysik

 
 
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  • 1. Auflage
  • |
  • erschienen am 25. Januar 2018
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  • 328 Seiten
 
E-Book | PDF ohne DRM | Systemvoraussetzungen
978-3-7460-4236-7 (ISBN)
 
Das Buch richtet sich als eine erste Hinführung zur Atomphysik und Information über einige ihrer relativ modernen Aspekte bis in den Anwendungsbereich hinein vor allem an Lehrerinnen und Lehrer der Physik und der Chemie, aber auch an Studenten der Naturwissenschaften und alle, die sich für dieses faszinierende Fachgebiet interessieren ohne zu sehr ins Detail gehen zu wollen. Im Hauptteil werden eher qualitative Aspekte diskutiert, die ein "Verständnis" ermöglichen sollen. Im Anhang können dazu auch detailliertere Ausführungen nachgelesen werden. Nicht alles kann angesprochen werden. Naturgemäß geht manches über die Schulphysik hinaus. Das Buch könnte auch nützlich sein für Physikstudenten als Vorbereitung auf eine wissenschaftliche Vorlesung oder die Lektüre eines der ausführlicheren Lehrbücher, die es nicht ersetzen möchte. Soweit quantenphysikalische Voraussetzungen erläutert werden, orientieren sie sich am didaktischen "Würzburger Quantenphysik-Konzept".
1. Auflage
  • Deutsch
  • 31,52 MB
978-3-7460-4236-7 (9783746042367)
3746042364 (3746042364)
weitere Ausgaben werden ermittelt
Der Autor war viele Jahre als Gymnasiallehrer für Mathematik und Physik in Würzburg tätig und bildete als Seminarlehrer für Physik junge Referendare zu Physiklehrern an Gymnasien aus. Als promovierter Diplomphysiker arbeitete er in der Atom- und Kernphysik und der Festkörperphysik und erwarb sich dabei gründliche Kenntnisse der relativistischen und nichtrelativistischen Quantentheorie und der Vielteilchentheorie. Seine Kenntnisse konnte er auch bei Lehraufträgen an Studenten weitergeben. Während seiner schulischen Tätigkeit betrat er vielfach Neuland im Bereich des forschenden Lernens, vor allem mit Schülerversuchen zur Erarbeitung physikalischer Sachverhalte. Er entwickelte Soft- und Hardware für den Computereinsatz im Physik-Unterricht mit den zugehörigen neuartigen unterrichtlichen Konzepten und entwarf ein neues didaktisches Konzept zur Behandlung der Quantenphysik in der Schule, das "Würzburger Quantenphysik-Konzept". Auf ihm beruhen auch Aspekte des vorliegenden Buches.
1 - Titelseite [Seite 4]
2 - Impressum [Seite 5]
3 - Inhaltsverzeichnis [Seite 6]
4 - Vorbemerkungen [Seite 9]
5 - 1 Von der Atomhypothese zur endgültigen Gewissheit über die Existenz von Atomen [Seite 12]
5.1 - 1.1 Vor 2500 Jahren: eine Idee wird geboren [Seite 12]
5.2 - 1.2 Die Überzeugung, dass es Atome gibt, ist noch nicht alt [Seite 12]
5.3 - 1.3 Ein Traum wird wahr [Seite 13]
5.4 - 1.4 Besteht alle Materie aus (einzelnen) Atomen [Seite 15]
6 - 2 Was können Sie aus der makroskopischen Physik über Atome lernen? [Seite 17]
6.1 - 2.1 Regelmäßiger Bau von Kristallen [Seite 17]
6.2 - 2.2 Kristallebenen-Abstand [Seite 17]
6.3 - 2.3 Raumfüllung [Seite 17]
6.4 - 2.4 Atomgröße nach dem Van der Waals-Gesetz [Seite 18]
6.5 - 2.5 Faraday-Gesetz der Elektrolyse [Seite 18]
6.6 - 2.6 Brown'sche Bewegung [Seite 18]
6.7 - 2.7 Reaktionsverhalten [Seite 19]
6.8 - 2.8 Festkörpereigenschaften [Seite 19]
6.9 - 2.9 Magnetismus [Seite 19]
6.10 - 2.10 Massenbestimmung [Seite 19]
6.11 - 2.11 Spinmessung im Grundzustand [Seite 20]
6.12 - 2.12 Ausblick: Der neue 1 kg-Standard und seine Folgen [Seite 20]
6.13 - 2.13 Atome in der Schule [Seite 21]
7 - 3 Was können Sie aus der makroskopischen Physik nicht über Atome lernen? [Seite 22]
7.1 - 3.1 Was es nicht gibt, können Sie auch nicht kennen - sagt die Quantenmechanik [Seite 22]
7.2 - 3.2 Grundfakten nach dem "Würzburger Quantenphysik-Konzept" (WQPK) [Seite 24]
8 - 4 Wie können Sie etwas über ein Atom lernen? [Seite 25]
8.1 - 4.1 Welche Informationen gibt ein Atom selbst nach Energiezufuhr preis? [Seite 25]
8.2 - 4.2 Ein Atom wird bombardiert [Seite 25]
9 - 5. Welche Gestalt hat ein Atom? [Seite 30]
9.1 - 5.1 Wie sieht ein Atom aus? [Seite 30]
9.2 - 5.2 Gerichtete Valenzen [Seite 30]
10 - 6. Der Aufbau der Atome - Teile des Unteilbaren [Seite 31]
10.1 - 6.1 Einige historische Stationen [Seite 31]
10.2 - 6.2 Modelle in der Quantenphysik [Seite 33]
11 - 7 Spektroskopie - ein Atom verrät seine innere Struktur [Seite 34]
11.1 - 7.1 Absorptions- und Emissionspektroskopie [Seite 34]
11.2 - 7.2 Bohr'sche Deutung der Spektrallinien des H-Atoms durch Energiestufen [Seite 37]
11.3 - 7.3 Spektralanalyse und Anwendungen spontaner Strahlung [Seite 38]
11.4 - 7.4 Röntgenabsorptionsspektrum [Seite 38]
11.5 - 7.5 Charakteristische Röntgenstrahlung [Seite 40]
11.6 - 7.6 Moseley-Gesetze der charakteristischen Strahlung [Seite 41]
11.7 - 7.7 Stimulierte Emission und Absorption [Seite 42]
11.8 - 7.8 Fluoreszenz - ein ständiges Nehmen und Geben [Seite 43]
11.9 - 7.9 Der Doppler-Effekt - Fluch und Segen [Seite 44]
11.10 - 7.10 Natürliche Linienbreite - Doppler-Breite [Seite 45]
11.11 - 7.11 Dopplerfreie Spektroskopie [Seite 47]
11.12 - 7.12 Mößbauer-Effekt: Stoßpartner mit unendlicher Masse? [Seite 51]
11.13 - 7.13 Quantenschwebungen - Interferenz oder auch keine [Seite 51]
12 - 8. Ins Atom hineingeschaut - Atommodelle [Seite 54]
12.1 - 8.1 Atommodelle [Seite 54]
12.2 - 8.2 Atomarer Magnetismus [Seite 74]
12.3 - 8.3 Mehrelektronenatome - Rosinenkuchen, Streusand, Suppe oder ... ? [Seite 88]
13 - 9. Mit Licht die Welt aus den Angeln heben [Seite 106]
13.1 - 9.1 Lichtkraft - Übersicht [Seite 106]
13.2 - 9.2 Lichtkraft - fast noch klassisch [Seite 109]
13.3 - 9.3 Genaueres zu Lichtkräften und Rabi-Oszillationen [Seite 110]
13.4 - 9.4 Mit Licht kühlen [Seite 135]
13.5 - 9.5 Mit Licht Atome einfangen und auf Abstand halten [Seite 139]
13.6 - 9.6 Mit Licht Atome ablenken (Lichtgitter) [Seite 139]
14 - 10. Ping-Pong mit einzelnen Atomen [Seite 140]
15 - 11. Einige modernere Aspekte der Atomphysik - den Teufel im Detail überwinden [Seite 143]
15.1 - 11.1 Mit Atomen Welle spielen - Lichtgitter und Talbot-Lau-Interferometer [Seite 143]
15.2 - 11.2 Maulkorb für Atome - Hohlraum-Quantenelektrodynamik [Seite 148]
15.3 - 11.3 Quantensprünge - einem Atom beim Lichtaussenden zuschauen [Seite 151]
15.4 - 11.4 Atome hinter Gittern - Fallen [Seite 154]
15.5 - 11.5 Einige wenige Informationen zur Funktion des Lasers eines bestimmten Typs [Seite 160]
15.6 - 11.6 Quantentheorie ernst nehmen: verschränkte Systeme [Seite 161]
15.7 - 11.7 Das Ramsey-Interferometer [Seite 167]
15.8 - 11.8 Mit Atomen Zeit stoppen: die Atomuhr [Seite 170]
15.9 - 11.9 Der Frequenzkamm [Seite 170]
15.10 - 11.10 NMR - magnetischer Atomspion in ahnungsloser Umgebung [Seite 171]
15.11 - 11.11 Neue Materieformen - lang ersehnt - endlich gefunden [Seite 178]
15.12 - 11.12 Das Fluoreszenz-Mikroskop (STED-Mikroskop) [Seite 182]
16 - 12. Mit Atomen rechnen [Seite 184]
16.1 - 12.1 Quantenkryptographie [Seite 184]
16.2 - 12.2 Quantencomputer [Seite 186]
16.3 - 12.3 Quantenteleportation [Seite 187]
16.4 - 12.4 Quantensimulator [Seite 188]
17 - Anhang [Seite 190]
17.1 - A.1 "Atomgewicht" / Atommasse [Seite 190]
17.2 - A.2 Anschauungs- und Konfigurationsraum [Seite 191]
17.3 - A.3 Quantenobjekte [Seite 195]
17.4 - A.4 Die Schrödinger-Gleichungen [Seite 199]
17.5 - A.5 Heisenberg-Gleichung [Seite 203]
17.6 - A.6 Die relativistische Dirac-Gleichung [Seite 209]
17.7 - A.7 Born'sche Wahrscheinlichkeitsdeutung [Seite 211]
17.8 - A.8 Heisenberg'sche Un-bestimmtheitsrelation [Seite 213]
17.9 - A.9 "Störung durch den Messvorgang" und Zweiteilchen-Interferenz? [Seite 217]
17.10 - A.10 Korrespondenz-Prinzip [Seite 219]
17.11 - A.11 Das Ehrenfest-Theorem [Seite 222]
17.12 - A.12 Das Bohr'sche Modell des Wasserstoffatoms [Seite 223]
17.13 - A.13 Rydberg-Atome [Seite 228]
17.14 - A.14 Elektronium-Modell als didaktisches Modell [Seite 230]
17.15 - A.15 Orbitale [Seite 232]
17.16 - A.16 Slater-Determinante [Seite 233]
17.17 - A.17 Wie sieht ein Atom aus [Seite 234]
17.18 - A.18 Atomradien [Seite 236]
17.19 - A.19 Modelle in der Quantenphysik [Seite 237]
17.20 - A.20 Feynman-Diagramme [Seite 241]
17.21 - A.21 Multiplett, Singulett und Triplett [Seite 245]
17.22 - A.22 Klassifizierung der Spektralterme, Elektronenkonfiguration und Energieniveaus [Seite 246]
17.23 - A.23 Poisson-Statistik [Seite 247]
17.24 - A.24 Radiowellen quantenmechanisch / Glauber-Zustände / kohärente Zustände z.B. einer Laser-Mode [Seite 250]
17.25 - A.25 Konkurrierende Prozesse [Seite 252]
17.26 - A.26 Kontinuitätsgleichung [Seite 253]
17.27 - A.27 Holistisch / reduktionistisch? [Seite 254]
17.28 - A.28 Lokal - realistisch? [Seite 256]
17.29 - A.29 Compton-Effekt [Seite 257]
17.30 - A.30 Fotoeffekt [Seite 260]
17.31 - A.31 Was ist falsch an einer vermeintlich "klassischen Vorstellung" vom Fotoeffekt? [Seite 263]
17.32 - A.32 Doppelspalt-Interferenz [Seite 263]
17.33 - A.33 Einteilchen-Interferenz im Unterschied zu Wellen-Interferenz [Seite 265]
17.34 - A.34 Interferenz von Zweiteilchen-Zuständen [Seite 267]
17.35 - A.35 Eindimensionaler (linearer) Potenzialkasten [Seite 269]
17.36 - A.36 Separation von Schwerpunkts- und Relativkoordinaten beim H-Atom [Seite 272]
17.37 - A.37 Kugelsymmetrisches Potenzial bzw. Zentralfeld-Näherung: Vereinfachungen [Seite 276]
17.38 - A.38 Masse und Gravitation [Seite 278]
17.39 - A.39 Wie groß ist ein Elektron? [Seite 279]
17.40 - A.40 Kann man die Polarisation eines Photons messen? [Seite 279]
17.41 - A.41 Erzwungene Schwingung eines klassischen harmonischen Oszillators [Seite 281]
17.42 - A.42 Auseinanderlaufen von Wellenpaketen - Dekohärenz [Seite 282]
17.43 - A.43 Wellen im Impulsraum [Seite 285]
17.44 - A.44 Der so genannte "Welle-Teilchen-Dualismus" [Seite 289]
17.45 - A.45 Normaler Zeeman-Effekt: Klassische Erklärung für einen elektrischen Dipol im Magnetfeld [Seite 290]
17.46 - A.46 Ein klassischer Kreisel im Magnetfeld [Seite 291]
17.47 - A.47 Eine "klassische" Magnetisierung im zeitabhängigen Magnetfeld - Bloch-Gleichungen mit Dämpfung [Seite 293]
17.48 - A.48 Pulsreaktion eines magnetischen Dipols im Magnetfeld [Seite 299]
17.49 - A.49 Zweiniveau-System ohne Dämpfung nach der Schrödinger-Theorie [Seite 300]
17.50 - A.50 Rotating wave approximation [Seite 304]
17.51 - A.51 Frequenzverdoppelung und parametrische Verstärkung [Seite 306]
17.52 - A.52 Frequenzkamm zur Messung hoher Licht-Frequenzen [Seite 307]
17.53 - A.53 Teilchenzwillinge sind nicht zwei Teilchen [Seite 310]
17.54 - A.54 Bertlmanns Socken und die "Geburtsurkunde verschrankter Systeme" [Seite 311]
17.55 - A.55 Bell'sche Ungleichung [Seite 313]
17.56 - A.56 Verschränkte Systeme [Seite 315]
17.57 - A.57 Zweiteilchen-Wahrscheinlichkeitsdichte - Pauli-Prinzip und Austauschterm [Seite 316]
17.58 - A.58 Verschiedene Arten des Magnetismus [Seite 317]
17.59 - A.59 Doppler-Effekt [Seite 318]
17.60 - A.60 Feinstruktur - Aufspaltung [Seite 319]
17.61 - A.61 Hyperfeinstruktur-Aufspaltung [Seite 321]
17.62 - A.62 Das didaktische Wurzburger Quantenphysik-Konzept [Seite 323]
18 - Stichwortverzeichnis [Seite 325]

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