Essenzielle Quantenmechanik - für Elektrotechniker und Informatiker
von: Peter Deák
Wiley-VCH, 2015
ISBN: 9783527683864
Sprache: Deutsch
231 Seiten, Download: 6767 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
geeignet für:
Typ: A (einfacher Zugriff)
| Cover | 1 | ||
| Titelseite | 5 | ||
| Impressum | 6 | ||
| Inhaltsverzeichnis | 9 | ||
| Vorwort | 13 | ||
| 1 Einführung. Die klassische Physik und die Physik der Informationstechnologie | 17 | ||
| 1.1 Der Zustand der Materie in der klassischen Physik | 17 | ||
| 1.2 Axiome in der klassischen Physik | 18 | ||
| 1.3 Stand und Wirkung der klassischen Physik bis zum Ende des 19. Jahrhunderts | 20 | ||
| 1.4 Physikalischer Hintergrund der High-Tech-Ära | 23 | ||
| 1.5 Entwicklung der Physik im Spiegel der Beleuchtungstechnik | 24 | ||
| 1.5.1 Die Glühlampe | 24 | ||
| 1.5.2 Die Entladungslampe | 26 | ||
| 1.5.3 Leucht- und Laserdioden | 27 | ||
| 1.6 Physikbedarf der Elektrotechnik heute und morgen | 28 | ||
| 1.7 Wissen testen | 31 | ||
| 2 Wärmestrahlung: Physik der Glühbirne und des Pyrometers | 33 | ||
| 2.1 Wärmestrahlung geheizter Körper | 33 | ||
| 2.2 Energieverteilung des elektromagnetischen Feldes in einem Metallkasten bei Temperatur T | 35 | ||
| 2.3 Bestimmung der Durchschnittsenergie pro Freiheitsgrad | 36 | ||
| 2.4 Praktische Anwendungen des Planck'schen Strahlungsgesetzes | 38 | ||
| 2.5 Bedeutung des Planck'schen Strahlungsgesetzes für die Physik | 40 | ||
| 2.6 Wissen testen | 43 | ||
| 3 Photonen. Die Physik des Lasers | 45 | ||
| 3.1 Der fotoelektrische Effekt | 45 | ||
| 3.2 Praktische Anwendungen des Fotoeffekts | 47 | ||
| 3.3 Der Compton-Effekt | 48 | ||
| 3.4 Die Einstein'sche Photonhypothese | 49 | ||
| 3.5 Planck'sches Strahlungsgesetz und die Photonen | 50 | ||
| 3.6 Der Laser | 52 | ||
| 3.7 Wissen testen | 56 | ||
| 4 Elektronen. Die Physik der Entladungslampe | 57 | ||
| 4.1 Die Entladungslampe | 57 | ||
| 4.2 Frank-Hertz-Experiment | 58 | ||
| 4.3 Modelle des Wasserstoffatoms | 60 | ||
| 4.4 Praktische Folgen der Energiequantelung für die Entladungslampe | 64 | ||
| 4.5 Die de Broglie-Hypothese | 67 | ||
| 4.6 Das Davisson-Germer-Experiment | 68 | ||
| 4.7 Teilchen-Welle-Dualismus des Elektrons | 69 | ||
| 4.8 Wissen testen | 71 | ||
| 5 Das Teilchenkonzept der Quantenmechanik | 73 | ||
| 5.1 Teilchen und Wellen in der klassischen Physik | 73 | ||
| 5.2 Doppelspaltexperiment mit einem einzigen Elektron | 76 | ||
| 5.3 Die Born-Jordan-Interpretation der Elektronenwelle | 77 | ||
| 5.4 Die Heisenberg'sche Unschärferelation | 77 | ||
| 5.5 Das Teilchenkonzept der Quantenmechanik | 78 | ||
| 5.6 Die Skalenabhängigkeit der Physik | 80 | ||
| 5.7 In Richtung einer neuen Physik | 81 | ||
| 5.8 Wellennatur der Elektronen in der Elektrotechnik | 82 | ||
| 5.9 Darstellung der Elektronenwelle | 83 | ||
| 5.10 Wissen testen | 84 | ||
| 6 Die quantenmechanische Messung. Postulate 1–3 | 87 | ||
| 6.1 Die Zustandsfunktion | 88 | ||
| 6.2 Mathematische Begriffe bezüglich der Zustandsfunktionen | 89 | ||
| 6.3 Die messbaren Größen der Quantenmechanik | 90 | ||
| 6.4 Mathematische Begriffe bezüglich der Operatoren | 91 | ||
| 6.5 Die Messung in der Quantenmechanik | 92 | ||
| 6.6 Wissen testen | 98 | ||
| 7 Quantenmechanische Operatoren. Postulate 4–5. Übergang zwischen klassischer Mechanik und Quantenmechanik | 99 | ||
| 7.1 Heisenberg'sche Vertauschungsrelationen | 99 | ||
| 7.2 Die Schrödinger'sche Operatorwahl | 100 | ||
| 7.3 Der Vektoroperator des Drehimpulses | 101 | ||
| 7.4 Die zeitabhängige Schrödinger-Gleichung | 103 | ||
| 7.5 Zeitentwicklung der physikalischen Größen | 104 | ||
| 7.6 Das Ehrenfest-Theorem | 106 | ||
| 7.7 Wissen testen | 108 | ||
| 8 Quantenmechanische Zustände | 109 | ||
| 8.1 Ortseigenzustände | 110 | ||
| 8.2 Impulseigenzustände | 112 | ||
| 8.3 Stationäre Zustände | 113 | ||
| 8.4 Freie Bewegung | 115 | ||
| 8.5 Gebundene Zustände | 117 | ||
| 8.6 Wissen testen | 121 | ||
| 9 Der Potenzialtopf: Grundlage moderner Leuchtdioden | 123 | ||
| 9.1 Quantentopf LEDs | 123 | ||
| 9.2 Energieeigenwerte im Quantentopf | 125 | ||
| 9.3 Anwendung in LED und Detektoren | 129 | ||
| 9.4 Stationäre Elektronenzustände im Potenzialtopf | 130 | ||
| 9.5 Unendlicher Potenzialtopf | 131 | ||
| 9.6 Der unendliche Quantentopf und das klassische Punktmassenkonzept | 133 | ||
| 9.7 Wissen testen | 135 | ||
| 10 Der Tunneleffekt und seine elektrotechnische Bedeutung | 137 | ||
| 10.1 Das Rastertunnelmikroskop | 137 | ||
| 10.2 Elektron an der Potenzialwand | 138 | ||
| 10.3 Feldemission, Leckströme, Durchschlagsfeldstärke. Flash-Speicher | 143 | ||
| 10.4 Resonanztunneln. Quantum-FET, Kaskadenlaser | 146 | ||
| 10.5 Wissen testen | 151 | ||
| 11 Das Wasserstoffatom. Quantenzahlen. Elektronenspin | 153 | ||
| 11.1 Eigenzustände von Lz | 154 | ||
| 11.2 Eigenzustände von L2 | 155 | ||
| 11.3 Energieeigenzustände des Elektrons im Wasserstoffatom | 158 | ||
| 11.4 Drehimpuls der Elektronen. Der Spin | 163 | ||
| 11.5 Wissen testen | 167 | ||
| 12 Quantenmechanik für Mehrteilchensysteme. Chemische Eigenschaften der Atome. Quanteninformationstechnik | 169 | ||
| 12.1 Mehrteilchensysteme. Chemische Eigenschaften der Atome. Quanteninformationstechnik. | 169 | ||
| 12.2 Das Pauli-Prinzip | 170 | ||
| 12.3 Näherung unabhängiger Elektronen (Ein-Teilchen-Näherung) | 172 | ||
| 12.4 Atome mit mehreren Elektronen | 175 | ||
| 12.5 Chemische Eigenschaften der Atome | 176 | ||
| 12.6 Periodensystem der Elemente | 177 | ||
| 12.7 Bedeutung der Superpositionszustände für die Zukunft der Elektronik | 179 | ||
| 12.8 Wissen testen | 183 | ||
| Anhang A Formelsammlung aus der Newton'schen Mechanik | 185 | ||
| A.1 Grundbegriffe | 185 | ||
| A.1.1 Punktmasse | 185 | ||
| A.1.2 Bezugssytem | 185 | ||
| A.1.3 Bahn | 185 | ||
| A.1.4 Kinematik | 186 | ||
| A.2 Newton'sche Axiome der klassischen Mechanik | 187 | ||
| A.3 Erhaltungsgesetze der dynamischen Größen | 187 | ||
| A.4 Beispiele: Dynamik des Teilchens unter verschiedenen Krafttypen | 188 | ||
| A.4.1 Elektronen im homogenen Kraftfeld | 188 | ||
| A.4.2 Harmonische Schwingung | 189 | ||
| A.5 Wellen im elastischen Medium | 189 | ||
| A.6 Wellenoptik | 191 | ||
| A.6.1 Beugung am Doppelspalt | 192 | ||
| A.6.2 Röntgenbeugung am Kristallgitter | 192 | ||
| A.7 Energieverteilung unter vielen Teilchen im Gleichgewicht | 193 | ||
| A.8 Kanonisch konjugierte Größen | 194 | ||
| A.9 Spezielle Relativitätstheorie | 195 | ||
| Anhang B Mathematische Formelsammlung | 197 | ||
| B.1 Zahlen | 197 | ||
| B.2 Differenzial- und Integralrechnung | 198 | ||
| B.3 Operatoren | 200 | ||
| B.4 Differenzialgleichungen | 201 | ||
| B.5 Vektoren und Matrizen | 201 | ||
| Anhang C Notationsverzeichnis | 203 | ||
| Richtig gelöst | 209 | ||
| 217 | |||
| Quellennachweis | 219 | ||
| Stichwortverzeichnis | 223 | ||
| EULA | 231 |
