Physik der Atome und Moleküle: eine Einführung
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Weinheim
Wiley-VCH
2004
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Vorwort ix
I
Propädeutik und Existenz 1
1 Einleitung 3
1.1 Physikalische Begriffe............................. 4
1.2 Historischer Überblick............................. 6
2 Atome als Elemente großer Gesamtheiten 15
2.1 Gaskinetik................................... 15
2.2 Elemente der statistischen Physik....................... 19
2.3 Die Maxwell-Boltzmann- Verteilung..................... 23
2.4 Fluktuationen................................. 29
2.5 Die Hohlraumstrahlung............................ 32
2.6 Quantenstatistik und Photonengas....................... 41
2.7 Übungsaufgaben................................ 48
3 Äußere Merkmale und Eigenschaften der Atome 51
3.1 Die Ladung .................................. 51
3.2 Die Masse................................... 54
3.3 Massenspektroskopie............................. 58
3.4 Die spezifische Ladung des Elektrons..................... 66
3.5 Relativistische Massenzunahme........................ 68
3.6 Die Größe................................... 72
3.7 Übungsaufgaben................................ 77
II
Instrumentarium 81
4 Dualismus Welle-Teilchen 83
4.1 Das Licht als Teilchen............................. 83
4.2 Das Elektron als Welle............................. 88
4.3 Welle-Teilchen-Dualismus.......................... 90
4.4 Übungsaufgaben................................ 97
Inhaltsverzeichnis
Quantenmechanik 99
5.1 Wahrscheinlichkeits- Amplituden....................... 99
5.2 Grandelemente und Wellengleichung..................... 107
5.3 Interpretation.................................. 113
5.4 Die Unbestimmtheitsrelation......................... 117
5.5 Minimales Wellenpaket............................ 122
5.6 Erwartungswerte und klassischer Grenzfall.................. 126
5.7 Teilchen in Potentialfeldern.......................... 132
5.8 Antiteilchen.................................. 141
5.9 Übungsaufgaben................................ 142
Experimentelle Methoden der Spektroskopie 145
6.1 Lichtquellen.................................. 146
6.2 Spektralzerlegung............................... 153
6.3 Strahlungsnachweis.............................. 162
6.4 Übungsaufgaben................................ 168
III
Das freie Atom 169
7 Das Wasserstoffatom 171
7.1 Serien-Formel und Bohrsches Atommodell.................. 171
7.2 Der Franck-Hertz- Versuch.......................... 174
7.3 Die Schrödinger-Gleichung mit Coulomb-Wechselwirkung......... 176
7.4 Der Bahndrehimpuls.............................. 184
7.5 Die Eigenfunktionen.............................. 191
7.6 Der Spin des Elektrons ............................ 195
7.7 Feinstrukturen im Energiespektrum...................... 204
7.8 Wasserstoffähnliche Atome.......................... 212
7.9 Übungsaufgaben................................ 218
8 Periodensystem und Schalenstruktur 221
8.1 Pauli-Prinzip und Schalenbau......................... 221
8.2 Experimentelle Daten zum Periodensystem.................. 226
8.3 Röntgen-Spektren............................... 232
8.4 Übungsaufgaben................................ 239
9 Mehrelektronenatome 241
9.1 Die Spektren der Alkali-Atome........................ 241
9.2 Näherangsverfahren mit Zentralpotential................... 245
9.3 Identische Teilchen.............................. 246
9.4 Hartree-Fock-Verfahren............................ 251
9.5 Multiplettstruktur............................... 252
9.6 Rydberg-Atome................................ 256
9.7 Übungsaufgaben................................ 257
Inhaltsverzeichnis
vii
10 Strahlende Übergänge 259
10.1 Lebensdauer von Anregungszuständen.................... 259
10.2 Die Intensität von Spektral-Linien....................... 262
10.3 Die Breite von Spektral-Linien........................ 271
10.4 Der Laser ................................... 275
10.5 Der Freie-Elektronen-Laser
(FEL)
...................... 285
10.6 Spektroskopische Methoden mit hoher Auflösung.............. 289
10.7 Bose-Einstein-Kondensate .......................... 297
IV
Wechselwirkungen 301
11 Dynamische Atomprozesse 303
11.1 Schnelle Atomstöße.............................. 303
11.2 Experimentelle Untersuchungen dynamischer Atomprozesse ........ 312
11.3 Spektroskopie bei Innerschalenanregung................... 320
11.4 Exotische Atome................................ 325
11.5 Übungsaufgaben................................ 333
12 Atome in äußeren Feldern 335
12.1 Die Addition magnetischer Momente..................... 335
12.2 Der Zeeman-Effekt.............................. 339
12.3 Der Paschen-Back-Effekt........................... 342
12.4 Atome in sehr starken Magnetfeldern..................... 344
12.5 Der Stark-Effekt................................ 348
12.6 Übungsaufgaben................................ 350
13 Zweiatomige Moleküle 351
13.1 Arten der chemischen Bindung........................ 351
13.2 Bindungs-Potentiale.............................. 354
13.3 Separation der Schrödinger-Gleichung.................... 357
13.4 Das Wasserstoff-Molekül........................... 359
13.5 Elektronische Energien und
Termsymbolik
.................. 362
13.6 Molekülorbitale................................ 366
13.7 Hybridisierang................................. 369
13.8 Schwingungsenergie.............................. 370
13.9 Das Franck-Condon-Prinzip ......................... 373
13.10 Rotationsenergien............................... 376
13.11 Molekülspektren und das Fortrat-Diagramm................. 378
13.12 Der Raman-Effekt............................... 383
13.13 Zwischenmolekulare Kräfte.......................... 386
14 Ausblick 389
viii Inhaltsverzeichnis
Anhang 393
A
Herleitungen und Rechnungen 395
A.l Herleitung der Beziehung : pV = ^{sk)N................. 395
A.2 Die Fehlerintegrale .............................. 396
A.3 Die Integrale vom Typ
Щ
dx
χηςΓαχ
.................... 398
A.4 Mittelwerte von Verteilungen......................... 398
A.5 Energie-Schwankungsquadrat der Hohlraumstrahlung............ 402
A.6 Der Nabla-Operator
V
............................. 402
B Naturkonstanten
405
Zitierte Literatur 407
Weiterführende Literatur 409
Personenregister 413
Sachregister 417
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