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Essenzielle Quantenmechanik


Essenzielle Quantenmechanik

für Elektrotechniker und Informatiker
Verdammt clever! 1. Aufl.

von: Peter Deák

23,99 €

Verlag: Wiley-VCH
Format: PDF
Veröffentl.: 15.10.2015
ISBN/EAN: 9783527683864
Sprache: deutsch
Anzahl Seiten: 228

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Beschreibungen

Der Autor zeigt an Beispielen aus der Festkörperelektronik und der Quanteninformationstechnologie, welche Rolle quantenmechanische Konzepte in der modernen Energie-, Kommunikations- und Informationstechnik spielen.
<p>Vorwort XI</p> <p><b>1 Einführung. Die klassische Physik und die Physik der Informationstechnologie 1</b></p> <p>1.1 Der Zustand der Materie in der klassischen Physik 1</p> <p>1.2 Axiome in der klassischen Physik 2</p> <p>1.3 Stand undWirkung der klassischen Physik bis zum Ende des 19. Jahrhunderts 4</p> <p>1.4 Physikalischer Hintergrund der High-Tech-Ara 7</p> <p>1.5 Entwicklung der Physik im Spiegel der Beleuchtungstechnik 8</p> <p>1.5.1 Die Gluhlampe 8</p> <p>1.5.2 Die Entladungslampe 10</p> <p>1.5.3 Leucht- und Laserdioden 11</p> <p>1.6 Physikbedarf der Elektrotechnik heute und morgen 12</p> <p>1.7 Wissen testen 15</p> <p><b>2 Wärmestrahlung: Physik der Glühbirne und des Pyrometers 17</b></p> <p>2.1 Warmestrahlung geheizter Korper 17</p> <p>2.2 Energieverteilung des elektromagnetischen Feldes in einem Metallkasten bei TemperaturT 19</p> <p>2.3 Bestimmung der Durchschnittsenergie pro Freiheitsgrad 20</p> <p>2.4 Praktische Anwendungen des Planck’schen Strahlungsgesetzes 22</p> <p>2.5 Bedeutung des Planck’schen Strahlungsgesetzes fur die Physik 24</p> <p>2.6 Wissen testen 27</p> <p><b>3 Photonen. Die Physik des Lasers 29</b></p> <p>3.1 Der fotoelektrische Effekt 29</p> <p>3.2 Praktische Anwendungen des Fotoeffekts 31</p> <p>3.3 Der Compton-Effekt 32</p> <p>3.4 Die Einstein’sche Photonhypothese 33</p> <p>3.5 Planck’sches Strahlungsgesetz und die Photonen 34</p> <p>3.6 Der Laser 36</p> <p>3.7 Wissen testen 40</p> <p><b>4 Elektronen. Die Physik der Entladungslampe 41</b></p> <p>4.1 Die Entladungslampe 41</p> <p>4.2 Frank-Hertz-Experiment 42</p> <p>4.3 Modelle desWasserstoffatoms 44</p> <p>4.4 Praktische Folgen der Energiequantelung fur die Entladungslampe 48</p> <p>4.5 Die de Broglie-Hypothese 51</p> <p>4.6 Das Davisson-Germer-Experiment 52</p> <p>4.7 Teilchen-Welle-Dualismus des Elektrons 53</p> <p>4.8 Wissen testen 55</p> <p><b>5 Das Teilchenkonzept der Quantenmechanik 57</b></p> <p>5.1 Teilchen undWellen in der klassischen Physik 57</p> <p>5.2 Doppelspaltexperiment mit einem einzigen Elektron 60</p> <p>5.3 Die Born-Jordan-Interpretation der Elektronenwelle 61</p> <p>5.4 Die Heisenberg’sche Unscharferelation 61</p> <p>5.5 Das Teilchenkonzept der Quantenmechanik 62</p> <p>5.6 Die Skalenabhangigkeit der Physik 64</p> <p>5.7 In Richtung einer neuen Physik 65</p> <p>5.8 Wellennatur der Elektronen in der Elektrotechnik 66</p> <p>5.9 Darstellung der Elektronenwelle 67</p> <p>5.10 Wissen testen 68</p> <p><b>6 Die quantenmechanische Messung. Postulate 1–3 71</b></p> <p>6.1 Die Zustandsfunktion 72</p> <p>6.2 Mathematische Begriffe bezuglich der Zustandsfunktionen 73</p> <p>6.3 Die messbaren Grosen der Quantenmechanik 74</p> <p>6.4 Mathematische Begriffe bezuglich der Operatoren 75</p> <p>6.5 Die Messung in der Quantenmechanik 76</p> <p>6.6 Wissen testen 82</p> <p><b>7 Quantenmechanische Operatoren. Postulate 4–5. Übergang zwischen klassischer Mechanik und Quantenmechanik 83</b></p> <p>7.1 Heisenberg’sche Vertauschungsrelationen 83</p> <p>7.2 Die Schrodinger’sche Operatorwahl 84</p> <p>7.3 Der Vektoroperator des Drehimpulses 85</p> <p>7.4 Die zeitabhangige Schrodinger-Gleichung 87</p> <p>7.5 Zeitentwicklung der physikalischen Grosen 88</p> <p>7.6 Das Ehrenfest-Theorem 90</p> <p>7.7 Wissen testen 92</p> <p><b>8 Quantenmechanische Zustände 93</b></p> <p>8.1 Ortseigenzustande 94</p> <p>8.2 Impulseigenzustande 96</p> <p>8.3 Stationare Zustande 97</p> <p>8.4 Freie Bewegung 99</p> <p>8.5 Gebundene Zustande 101</p> <p>8.6 Wissen testen 105</p> <p><b>9 Der Potenzialtopf: Grundlagemoderner Leuchtdioden 107</b></p> <p>9.1 Quantentopf LEDs 107</p> <p>9.2 Energieeigenwerte im Quantentopf 109</p> <p>9.3 Anwendung in LED und Detektoren 113</p> <p>9.4 Stationare Elektronenzustande im Potenzialtopf 114</p> <p>9.5 Unendlicher Potenzialtopf 115</p> <p>9.6 Der unendliche Quantentopf und das klassische Punktmassenkonzept 117</p> <p>9.7 Wissen testen 119</p> <p><b>10 Der Tunneleffekt und seine elektrotechnische Bedeutung 121</b></p> <p>10.1 Das Rastertunnelmikroskop 121</p> <p>10.2 Elektron an der Potenzialwand 122</p> <p>10.3 Feldemission, Leckstrome, Durchschlagsfeldstarke. Flash-Speicher 127</p> <p>10.4 Resonanztunneln. Quantum-FET, Kaskadenlaser 130</p> <p>10.5 Wissen testen 135</p> <p><b>11 Das Wasserstoffatom. Quantenzahlen. Elektronenspin 137</b></p> <p>11.1 Eigenzustande von Lz 138</p> <p>11.2 Eigenzustande von L2 139</p> <p>11.3 Energieeigenzustande des Elektrons imWasserstoffatom 142</p> <p>11.4 Drehimpuls der Elektronen. Der Spin 147</p> <p>11.5 Wissen testen 151</p> <p><b>12 Quantenmechanik fürMehrteilchensysteme. Chemische Eigenschaften der Atome. Quanteninformationstechnik 153</b></p> <p>12.1 Mehrteilchensysteme. Chemische Eigenschaften der Atome. Quanteninformationstechnik. 153</p> <p>12.2 Das Pauli-Prinzip 154</p> <p>12.3 Naherung unabhangiger Elektronen (Ein-Teilchen-Naherung) 156</p> <p>12.4 Atome mit mehreren Elektronen 159</p> <p>12.5 Chemische Eigenschaften der Atome 160</p> <p>12.6 Periodensystem der Elemente 161</p> <p>12.7 Bedeutung der Superpositionszustande fur die Zukunft der Elektronik 163</p> <p>12.8 Wissen testen 167</p> <p><b>Anhang A Formelsammlung aus der Newton’schenMechanik 169</b></p> <p>A.1 Grundbegriffe 169</p> <p>A.1.1 Punktmasse 169</p> <p>A.1.2 Bezugssytem 169</p> <p>A.1.3 Bahn 169</p> <p>A.1.4 Kinematik 170</p> <p>A.2 Newton’sche Axiome der klassischenMechanik 171</p> <p>A.3 Erhaltungsgesetze der dynamischen Grosen 171</p> <p>A.4 Beispiele: Dynamik des Teilchens unter verschiedenen Krafttypen 172</p> <p>A.4.1 Elektronen im homogenen Kraftfeld 172</p> <p>A.4.2 Harmonische Schwingung 173</p> <p>A.5 Wellen im elastischen Medium 173</p> <p>A.6 Wellenoptik 175</p> <p>A.6.1 Beugung am Doppelspalt 176</p> <p>A.6.2 Rontgenbeugung am Kristallgitter 176</p> <p>A.7 Energieverteilung unter vielen Teilchen im Gleichgewicht 177</p> <p>A.8 Kanonisch konjugierte Grosen 178</p> <p>A.9 Spezielle Relativitatstheorie 179</p> <p><b>Anhang B Mathematische Formelsammlung 181</b></p> <p>B.1 Zahlen 181</p> <p>B.2 Differenzial- und Integralrechnung 182</p> <p>B.3 Operatoren 184</p> <p>B.4 Differenzialgleichungen 185</p> <p>B.5 Vektoren undMatrizen 185</p> <p><b>Anhang C Notationsverzeichnis 187</b></p> <p>Richtig gelöst 193</p> <p>Mehr zum Thema 201</p> <p>Quellennachweis 203</p> <p>Stichwortverzeichnis 207</p>
Peter Deák ist Professor für Physik and der Uni Bremen und forscht zu elektronischen Materialien. Er hat 25 Jahre Erfahrung in der Ausbildung von Physik- und Ingenieurstudenten und ist Autor bzw. Herausgeber mehrerer Bücher.

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