Physik II

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Die Vorlesung ''Physik II'' ist eine Einführung in die Quantenmechanik des Atoms und des Festkörpers und in die Quantenstatistik.

Lernziel:
Die gegenwärtigen Entwicklungen der Ingenieurwissenschaften verlangen, dass auch StudentInnen dieser Fächer die Grundlagen der Quantenmechanik und Festkörperphysik (mit den Bandstrukturen) beherrschen. Der Welle-Teilche Dualismus in der Quantenmechanik ist fundamental: Darum werden klassische Wellen in dieser Vorlesung ebenfalls behandelt und die Analogien zu der Quantenmechanik hervorgehoben. Für die klassischen Wellen werden zusätzliche Unterlagen während der Vorlesung verteilt.
Ziel dieser Vorlesung ist es das Gebiet der Quantenmechanik auf einem Weg einzuführen, der zwar elementar ist, es aber ermöglicht die quantenmechanische Begriffe auf die verschiedensten Situationen anzuwenden.

Info

Die Vorlesung Physik II für das Bachelorstudium in Elektrotechnik und Informationstechnologie, Herbstsemester HS 2016, wird von Prof. Ursula Keller gehalten.

Die Vorlesung findet jeweils Dienstags 9:45 - 11:30 Uhr (HPH G 3) und Mittwochs 13:45 - 15:30 Uhr (HPH G 3) statt.

DownloadEinführungsfolien, 1. Vorlesungsstunde, Dienstag 20. Sept. 2016 (PDF, 2.3 MB)

Themen

Kap. 1 - Teil 1: Die Grundlagen der elektromagnetischen Wellen und der Quantenphysik

Wärmestrahlung, Elektromagnetisches Spektrum, Ausgangspunkt Maxwellgleichungen und Materialgleichungen für die Herleitung der Wellengleichung (Skript wird verteilt), Lösung der Wellengleichung: ebene Welle, Wellenfronten, Dispersion, Photoelektrische Emission, Photonen, Dualismus Teilchen-Welle bei Photonen, Interferenz, Wellenpacket (Skript wird verteilt)

Kap. 1 - Teil 2: Die Grundlagen der Quantenphysik

Streuung von Strahlungen durch freie Elektronen, Compton-Effekt, Impuls von Photonen, Bohrsche Atommodell und stationäre Zustände, Impulserhaltung bei Absorption und Emission von Photonen, Dualismus Teilchen-Welle bei Elektronen, Materiewelle, Beugung (Skript wird verteilt), Heisenbergsche Unschärferelationen

Kapitel 2: Quantenmechanik

Wellenfunktion und Wahrscheinlichkeitsdichte, Schödingergleichung, freies Teilchen, Dispersion der Materiewelle, Potentialstufe, Tunneleffekt, Teilchen im Potentialkasten, harmonische Oszillator, zeitabhängige Schrödingergleichung, formale Theorie der Quantenmechanik (Operator, Observable, Eigenwert, Erwartungswert, Kommutator)

Kapitel 3: Atome mit einem Elektron

Wasserstoffatom, Quantisierung des Drehimpulses, Einelektronen-Wellenfunktion in Zentralfeldern (Atomorbitale), Zeeman-Effekt, Elektronenspin, Spin-Bahn-Wechselwirkung

Kapitel 4: Atome mit vielen Elektronen

Born-Oppenheimer Näherung, Heliumatom, Ausschliessungsprinzip von Pauli, Periodensystem, Elektronenstruktur der Atome, Röntgenspektren, Auswahlregeln

Kapitel 5: Moleküle

Wasserstoffmolekül-Ion, Molekülwellenfunktion zweiatomiger Moleküle, Kovalente Bindung, Hybrid-Orbital, Molekulare Rotation und Schwingung

Kapitel 6 und 13: Festkörper und Quantenstatistik

Typen der Festkörper, Bändermodell der Festkörper, “Tight Binding Model” explizit hergeleitet, Modell der freien Elektronen, Elektronenbewegung in einer periodischen Struktur, “effective mass approximation”, Leiter, Isolator und Halbleiter, Quantentheorie der elektrischen Leitfähigkeit, Fermienergie, Löcher, Strahlungsübergänge in Festkörpern, Fermi-Dirac Statistik, Zustandsdichte, Bose-Einstein Statistik, Herleitung Planchsche Strahlungsgesetz, Elektronen in Metallen und Halbleiter (Anwendung der Fermi-Dirac Verteilung), Dotierungen in Halbleitern