Physik: 4 Atome, Festkörper, Kerne, Teilchen
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
de Gruyter
1998
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| Beschreibung: | XV, 374 S. Ill., graph. Darst. |
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| adam_text | Inhalt
1 Atome
1 1 Einfache gebundene Zustände................................. 3
1.1.1 Einfache Potentiale......................................... 3
1.1.2 Atome (Übersicht).......................................... 6
1.1.3 Schrödinger-Gleichung in Kugelkoordinaten..................... 11
1.1.4 Reduzierte Masse........................................... 16
1.1.5 Energieterme des Wasserstoffatoms............................. 18
1.1.6 Lösung der Radialgleichung.................................. 21
1.1.7 Verhalten am Kernort........................................ 24
1.2 Bahndrehimpuls, Spin und magnetisches Moment................. 26
1.2.1 Bahndrehimpuls und magnetisches Moment aus dem Bahndrehimpuls 26
1.2.2 Larmor- Präzession.......................................... 29
1.2.3 Stern-Gerlach-Versuch und Spin............................... 31
1.2.4 Spin und Spin-Bahn-Kopplung................................ 32
1.2.5 Gesamtdrehimpuls eines Teilchens............................. 34
1.2.6 Meßbarkeit von Impuls und Drehimpuls........................ 36
1.2.7 Gesamtmoment eines Teilchens................................ 37
1.2.8 Feinstruktur eines Einelektronenatoms.......................... 39
1.2.9 Hyperfeinstruktur eines Einelektronenspektrums.................. 41
1.2.10 Quantenelektrodynamische Effekte............................. 44
1.2.11 Wasserstoffähnliche Atome und exotische Atome................. 47
1.3 Mehrteilchensysteme........................................ 48
1.3.1 Unterscheidbarkeit von Teilchen............................... 48
1.3.2 Spin und Symmetrie........................................ 50
1.3.3 Spin und Statistik........................................... 51
1.3.4 Elektronenschalen.......................................... 52
1.3.5 Empirisches über die chemischen Elemente...................... 54
1.3.6 Drehimpulskopplung in Mehrelektronenatomen................... 59
1.3.7 Freielektronengas........................................... 64
1.3.8 Das Thomas-Fermi-Atom.................................... 66
1.4 Wechselwirkung zwischen Atomen und elektromagnetischen Feldern 70
1.4.1 Atome im Strahlungsfeld..................................... 70
1-4.2 Spontane Emission.......................................... 73
1.4.3 Multipolstrahlung und Auswahlregeln.......................... 74
1.4.4 Röntgen-Strahlung.......................................... 79
1.4.5 Atomare Röntgen-Übergänge................................. 84
XII Inhalt
1.4.6 Auger-Übergänge........................................... 91
1.4.7 Zusammenfassung der Wechselwirkung zwischen Atomen und
Quantenstrahlung........................................... 93
1.4.8 Stark-Effekt................................................ 96
1.4.9 Zeeman-Effekt.............................................. 97
1.4.10 Laser..................................................... 103
2 Zusammengesetzte Moleküle und chemische Bindung
2.1 Zweiatomige Moleküle....................................... 11]
2.1.1 Die Bindung des Wasserstoffmoleküls........................... 111
2.1.2 Die Bindung des Kochsalzmoleküls............................. 117
2.1.3 Die Termschemata zweiatomiger Moleküle....................... 117
2.1.4 Harmonischer Oszillator...................................... 120
2.1.5 Wechselwirkung zwischen zweiatomigen Molekülen und
elektromagnetischen Feldern................................... 124
2.2 Mehratomige Moleküle....................................... 126
2.2.1 Allgemeines................................................ 126
2.2.2 Molekülorbitale............................................. 127
2.2.3 Das Wassermolekül.......................................... 127
2.2.4 Andere mehratomige Moleküle................................ 128
2.2.5 Inversionsschwingungen...................................... 130
2.2.6 Maser..................................................... 133
3 Festkörperphysik
3.1 Aufbau des Festkörpers...................................... 137
3.1.1 Übersicht über Kristalle...................................... 137
3.1.2 Formale Beschreibung von Kristallen........................... 141
3.1.3 Beugung und Gitterstruktur................................... 145
3.1.4 Bindung des Festkörpers..................................... 149
3.2 Gitterschwingungen......................................... 150
3.2.1 Einfache Gitterschwingungen.................................. 150
3.2.2 Gitterschwingungsmoden..................................... 150
3.2.3 Quantisierung der Gitterschwingungen.......................... 155
3.2.4 Phononenspektren........................................... 156
3.2.5 Molare Wärmekapazität des Gitters............................. 158
3.3 Bandstruktur............................................... 161
3.3.1 Fast freie Elektronen......................................... 161
3.3.2 Wellengleichung im periodischen Potential....................... 162
3.3.3 Verhalten im Zonengrenzgebiet................................ 163
3.3.4 Effektive Masse............................................. 166
3.3.5 Trägerkonzentration und Fermi-Niveau.......................... 167
inhalt XIII
3.3.6 Dotierung................................................. 171
33 7 Die pn-Grenzschicht........................................ 175
4 3 8 Qualitative Behandlung von Dioden und Transistoren.............. 178
3 3 9 Quantitative Behandlung von Dioden........................... 181
3 4 Modellmäßige Betrachtung der Supraleitung..................... 185
3.4.1 Supraleitung und Ordnung................................... 185
3.4.2 Londonsche Eindringtiefe.................................... 186
3.4.3 Cooper-Paare.............................................. 187
4 Kernphysik
4.1 Aufbau der Atomkerne...................................... 191
4.1.1 Eigenschaften von Kernen im Grundzustand..................... 191
4.1.2 Elementare Eigenschaften angeregter Kerne...................... 201
4.2 Radioaktivität.............................................. 202
4.2.1 Allgemeines über Radioaktivität............................... 202
4.2.2 Gesetze des radioaktiven Zerfalls.............................. 208
4.2.3
α
-Zerfall.................................................. 214
4.2.4 Vereinfachte Theorie des ß-Zerfalls............................ 215
4.2.5 Die Kopplungskonstanten des ß-Zerfalls........................ 222
4.2.6 Paritätsverletzung beim ß-Zerfall.............................. 228
4.2.7 Verbotener ß-Zerfall......................................... 234
4.2.8 Doppelter ß-Zerfall......................................... 236
4.2.9 Elektromagnetische Übergänge................................ 238
4.2.10 Winkelverteilungen und Winkelkorrelationen unter Beteiligungen
elektromagnetischer Übergänge................................ 247
4.3 Streuung von Teilchen- und Quantenstrahlung an Atomkernen....... 252
4.3.1 Rutherford-Streuung als kernphysikalischer Prozeß................ 252
4.3.2 Quantenmechanische Behandlung der Rutherford-Streuung und
Bornsche Näherung......................................... 254
4.3.3 Übersicht über die elastische Streuung an Kernen................. 258
4.3.4 Unelastische Streuung an Kernen.............................. 262
4.4 Kernkräfte und Kernmodelle.................................. 263
4.4.1 Kernkräfte................................................. 263
4.4.2 Das Deuteron.............................................. 267
4.4.3
Nukleon-
und Isospinkonzept................................. 267
4.4.4 Das Einteilchen-Schalenmodell................................ 270
4.4.5 Schalenmodell und Kerndeformation........................... 273
4.5 Kernreaktionen............................................. 274
4.5.1 Übersicht über die Kernreaktionen............................. 274
XIV Inhalt
4.5.2 Schwellenverhalten von Kernreaktionen.......................... 277
4.5.3 Kernspaltung............................................... 279
4.5.4 Kernfusion................................................. 284
4.6 Durchgang ionisierender Strahlung durch Materie................. 289
4.6.1 Ionisierende Strahlung....................................... 289
4.6.2 Schnelle geladene Teilchen in Materie........................... 290
4.6.3 Langsame geladene Teilchen in Materie......................... 294
4.6.4 Integrale Ausdrücke für Abbremsung und Streuung geladener Teilchen
in Materie................................................. 294
4.6.5 Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz.................. 297
5 Teilchenphysik
5.1 Teilchenzerfall infolge schwacher Wechselwirkung................. 305
5.1.1 ß-Zerfall des Myons und Myoneneinfang........................ 305
5.1.2 ß-Zerfall des freien
π
-Mesons
................................. 307
5.1.3 Die K-Mesonen und ihre Zerfallsarten........................... 309
5.1.4 CP-Verletzung beim K°-Zerfall................................ 311
5.1.5 Neutrinoexperimente......................................... 313
5.1.6 Die intermediären Bosonen................................... 318
5.2 Starke Wechselwirkung: Innere Parität des
π
-Mesons,
Hyperkerne und
Teilchenresonanzen.......................................... 320
5.2.
1
Innere Parität des
π
-Mesons
................................... 320
5.2.2 Hyperkerne................................................ 321
5.2.3 Resonanzen................................................ 323
5.3 Quarks und Quarkstruktur von Teilchen......................... 324
5.3.1
Partonen
.................................................. 324
5.3.2 Quarks.................................................... 325
6 Altersbestimmungen und Kosmologie
6.1 Altersbestimmungen......................................... 329
6.1.1 Allgemeines über Altersbestimmungen.......................... 329
6.1.2 Die ^-Methode........................................... 329
6.1.3 Die K-Ar-Methode.......................................... 331
6.1.4 Weitere Methoden zur Altersbestimmung........................ 332
6.2 Kosmologie................................................ 333
6.2.1 Entstehung der leichten Elemente.............................. 333
6.2.2 Entstehung der schweren Elemente............................. 336
______________________________________Inhalt
XV
Anhang
д і
zu Kapitel 1............................................... 339
A
2 zu Kapitel 2............................................... 342
Quellennachweis für Abbildungen..................................... 345
Häufig benutzte Symbole............................................ 349
Häufig gebrauchte Formeln.......................................... 351
Konstanten der Atom-, Kern- und Teilchenphysik und der Festkörperphysik . . . 355
Wichtige Symbole und Einheiten...................................... 357
Verzeichnis der Tabellen............................................. 359
Register.......................................................... 361
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