Experimentalphysik 3 für Studierende der Materialphysik (EP-MAT 3)7.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Experimental Physics 3 for Materials Physics)
(Prüfungsordnungsmodul: Experimentalphysik 3: Atom- und Molekülphysik)

Lehrveranstaltungen:

• • Experimentalphysik 3: Atom- und Molekülphysik
    (Vorlesung, 4 SWS, Stephan Götzinger, Mo, 10:00 - 12:00, SR 00.103; Mi, 10:00 - 12:00, SR 01.332)
  • Übung zur Experimentalphysik 3 : Atom- und Molekülphysik
    (Übung, 2 SWS, Stephan Götzinger, Mo, 12:00 - 14:00, SR 00.103)

Inhalt:

• Einführung

Experimentelle Hinweise auf die Existenz und Eigenschaften von Atomen, Atomgröße, Atommasse, Energieskalen im Atom, Überblick der Wechselwirkungen, innere Struktur der Atome (Thomsonmodell, Rutherfordmodell, Kernradius)

• Das Elektron

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

• Teilchencharakter des Lichts

äußerer lichtelektrischer Effekt (Photoeffekt), Hohlraumstrahlung nach Planck, Compton-Effekt, 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

• Moleküle

Das Wasserstoff-Molekülion H₂⁺ , das Wasserstoff-Molekül H₂, Ursachen der Molekülbindung, Hybridisierung, Molekülorbitale, LCAO-Näherung, spektroskopische Notation, Schwingungs- und Rotationsspektroskopie

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• erläutern und erklären die experimentellen Grundlagen und die quantitativ-mathematische Beschreibung der Atom- und Molekülphysik gemäß den detaillierten Themen im Inhaltsverzeichnis

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

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Materialphysik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2010 | NatFak | Materialphysik (Bachelor of Science) | Module des 3. bis 6. Fachsemesters | Experimentalphysik 3: Atom- und Molekülphysik)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Klausur zu Atom und Molekülphysik (Prüfungsnummer: 70501)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2017/2018, 1. Wdh.: WS 2017/2018 (nur für Wiederholer)

1. Prüfer:

Stephan Götzinger