Details

Physik der Atome und Moleküle

Eine Einführung
2. Auflage

von: Klaus Bethge, Gernot Gruber, Thomas Stöhlker
61,99 €
Verlag:	Wiley-VCH (D)
Format:	PDF
Veröffentl.:	14.05.2012
ISBN/EAN:	9783527662562
Sprache:	deutsch
Anzahl Seiten:	437

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Beschreibungen

Titelbeschreibung

Die Autoren präsentieren eine integrierte Darstellung von Atom- und Molekülphysik. Neben grundlegenden Themen wie Quantenmechanik und Statistik behandeln sie auch neuere Anwendungen, z.B. die Hochpräzisionsspektroskopie. Das bewährte didaktische Konzept der Vorauflage wurde beibehalten. Inhaltlich wurde der Band vollständig überarbeitet und aktualisiert, eine ganze Reihe neuer Kapitel sind hinzugekommen. Dass Atom- und Molekülphysik eng miteinander vernetzt sind, ist bekannt. Diese Einsicht in einem Lehrbuch umzusetzen, war das Anliegen der Autoren, als sie sich an die Arbeit zur ersten Auflage dieses Bandes machten. Und der Erfolg gab ihnen Recht. Nun liegt ihr Werk in einer völlig überarbeiten und aktualisierten Neuauflage vor. Der Band verbindet die Vermittlung von Grundlagenwissen mit der Darstellung modernster Methoden und Anwendungen. So kann sich der Leser nicht nur die "Basics" etwa in Quantenmechanik und Statistik aneignen. Denn in den neuen Kapiteln finden sich nun auch die jüngsten Erkenntnisse aus der Quantenoptik, zu Atom- und Ionenfallen, Atomen in starken Magnetfeldern und aus der Hochpräzisions-spek-troskopie. Auch die Geheimnisse der Bose-Einstein-Kondensate werden gelüftet. Am erfolgreichen didaktischen Konzept der ersten Auflage wurde nichts geändert. Alle Herleitungen werden ausführlich erklärt und durchgerechnet, schwierige Gedankengänge und komplizierte Rechnungen werden Schritt für Schritt erläutert.

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 5 Quantenmechanik 99 5.1 Wahrscheinlichkeits-Amplituden 99 5.2 Grundelemente 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 6 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 Näherungsverfahren 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 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 Hybridisierung 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 Anhang 393 A Herleitungen und Rechnungen 395 A.1 Herleitung der Beziehung : pV = 2 3 〈ε k〉N 395 A.2 Die Fehlerintegrale 396 A.3 Die Integrale vom Typ ∫ cb dx xn e −ax 398 A.4 Mittelwerte von Verteilungen 398 A. 5 Energie-Schwankungsquadrat der Hohlraumstrahlung 402 A. 6 Der Nabla-Operator ∇ 402 B Naturkonstanten 405 Zitierte Literatur 407 Weiterführende Literatur 409 Personenregister 413 Sachregister 417

Rezension

...ein Buch, das ausgezeichnet fur den Einstieg in dieses moderne Gebiet der Physik geeignet ist. Kernenergie Heft 7-8/1991 ...didaktisch vorbildliche Gliederung... es halt, was es verspricht! Laser und Optoelektronik ...wirklich verstandlich geschrieben... warmstens zu empfehlen. Optik Heft "Man kann dieses Buch...sehr empfehlen." Physik Journal

Autorenportrait

Klaus Bethge: Studium der Physik an der TU Berlin und der Universitat Heidelberg. 1960 Promotion und 1967 Habilitation an der Universitat Heidelberg. 1967-1969 Research Associate an der University of Pennsylvania, Philadelphia. Seit 1973 Professor an der Universitat Frankfurt am Main. Gernot Gruber: Studium der Physik an der FU Berlin und der Universitat Heidelberg. Promotion an der Universitat Frankfurt. Wissenschaftlicher Angestellter an den Universitaten Heidelberg, Frankfurt und Mainz. Ab 1989 Redakteur im Verlag Bibliographisches Institut und F. A. Brockhaus in Mannheim. Heute im Ruhestand. Thomas Stöhlker: Studium und Promotion an der Justus-Liebig Universitat Gießen. 1991-1996 Gesellschaft fur Schwerionenforschung, Darmstadt. 1996-2003 am Institut fur Kernphysik, J. W. Goethe-Universitat Frankfurt; 1999 Habilitation. Seit 2004 Gesellschaft fur Schwerionenforschung, Darmstadt und APL Professor, J. W. Goethe-Universitat Frankfurt.