Integrierter Kurs LA: Quantenmechanik und Atomphysik (IKL)10 ECTS
(englische Bezeichnung: Integrated Course: Quantum Mechanics and Atomic Physics)
(Prüfungsordnungsmodul: Integrierter Kurs 1: Quantenmechanik und Atomphysik)

Lectures:

• • Integrierter Kurs LA: Quantenmechanik und Atomphysik
    (Vorlesung, 5 SWS, Joachim von Zanthier et al., Tue, Thu, Fri, 10:00 - 12:00, HH)
  • Übungen zum Integrierten Kurs LA: Quantenmechanik und Atomphysik
    (Übung, 4 SWS, Joachim von Zanthier et al., Wed, Fri, 8:00 - 10:00, SR 01.683)

Inhalt:

Quantenmechanik

• Heisenberg'sche Matrix-Form und Schrödinger-Gleichung

• eindimensionale Wellenmechanik (stückweise konstante Potentiale, nur

Ortsdarstellung)

• Zentralpotential, Drehimpuls

• zeitunabhängige Störungsrechnung 1. Ordnung

• algebraische Behandlung des Oszillators

• Interpretation der Quantentheorie, Heisenberg'sche Unschärferelation

• elementare Aspekte zum Spin
  

Atomphysik

• Einführung

Hinweise auf die Existenz von Atomen, Atomgröße, Atommasse, Energieskalen im Atom, Überblick der Wechselwirkungen, innere Struktur der Atome (Thomsonmodell, Rutherfordmodell, Kernradius), kann man Atome sehen?

• Das Elektron

Erzeugung freier Elektronen, Elektronenladung, Elektronenmasse, Elektronenspin (Stern-Gerlach-Versuch), magnetisches Moment, Elektronengröße

• Hohlraumstrahlung und Laser

Hohlraumstrahlung nach Einstein, Ratengleichungen, spontane und stimulierte Emission, Laserprinzip

• Entwicklung der Quantenmechanik

Materiewellen, Wellenpakete, Heisenbergsche Unschärferelation, Quantenstruktur der Atome (Bohrsches Atommodell, Franck-Hertz-Versuch, Stabilität von Atomen), Was unterscheidet die Quantenphysik von der klassischen Physik

• Grundlagen der Quantenmechanik

Schrödinger-Gleichung, Erwartungswerte, Operatoren und Eigenwerte, mehrdimensionale Probleme, der Drehimpuls in der Quantenmechanik, stationäre Störungstheorie

• Das Wasserstoffatom

Elektron im Zentralpotential (Coulombfeld), Berücksichtigung des Elektronenspins, Feinstruktur, Hyperfeinstruktur, Lambverschiebung, vollständige Beschreibung des Wasserstoffatoms, spektroskopische Notation, Auswahlregeln

• Atome in äußeren Feldern

Atome im Magnetfeld (Zeeman-Effekt).

• Mehrelektronenatome

Das Helium-Atom (Singulett- und Triplett-Zustände), Pauliprinzip, Symmetrien, Aufbau größerer Atome, Hundsche Regeln, Periodensystem der Elemente

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• erläutern und erklären die Grundlagen der Quantenmechanik und der Atomphysik gemäß den detaillierten Themen im Inhaltsverzeichnis

• wenden die physikalischen Gesetze und jeweiligen mathematischen Methoden auf konkrete Problemstellungen an

Bemerkung:

Provisorische Zuordnung des Moduls zu einer MeinCampusprüfung. Nur für Lehramtsstudierende nach neuer Prüfungsordnung.

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien): ab 4. Semester
   (Po-Vers. 2018w | NatFak | Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien) | Module Fachwissenschaft Physik | Wahlpflichtbereich | Integrierter Kurs 1: Quantenmechanik und Atomphysik)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Integrierter Kurs LA: Quantenmechanik und Atomphysik (Prüfungsnummer: 62751)

(englischer Titel: Integrated Course LA: Quantum mechanics and atomic physics)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 120, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: SS 2020, 1. Wdh.: SS 2020 (nur für Wiederholer)

1. Prüfer:

Joachim von Zanthier

Termin: 20.07.2021, 10:00 Uhr, Ort: HH