Vorlesungsskript Physik IV - Walther MeiÃƒÂŸner Institut - Bayerische ...

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xii R. GROSS INHALTSVERZEICHNISH.3 Einige von den SI Einheiten abgeleitete Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . 562H.4 Vorsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564H.5 Abgeleitete Einheiten und Umrechnungsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . 565I Physikalische Konstanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569c○Walther-Meißner-Institut
VorwortDas vorliegende Skript richtet sich an Studierende des 4. Semesters des Experimentalphysikkurses PhysikI bis IV an der Technischen Universität München. Mit dem behandelten Stoff wird der Zyklus derGrundvorlesungen zur Experimentalphysik abgeschlossen. Der Zyklus beginnt mit der Behandlung derklassischen Physik (klassische Mechanik: Physik I; klassische Elektrodynamik: Physik II). Im Rahmender Physik I wird dabei auch eine phänomenologische Behandlung der Wärmelehre gegeben. Im Rahmender Physik III wird dann bei der Diskussion der Optik eine Einführung in die Quantenphysik gegeben.Diese Einführung in die Welt der Quantenphänomene ist eine wesentliche Voraussetzung fürdas Verständnis des Stoffes von Physik IV. Die im Rahmen der Physik IV diskutierte Atom- und Molekülphysikkann nämlich nicht mit den in Physik I und II behandelten Gesetzen der klassischen Physikbeschrieben werden, sondern bedarf einer quantenmechanischen Behandlung. Allerdings ist die strengequantenmechanische Behandlung der Atom- und Molekülphysik sicherlich der entsprechenden Theorievorlesungvorbehalten. Wir werden deshalb an einigen Stellen gezwungen sein, semi-quantitative Modellezu benutzen, um einige Sachverhalte anschaulich zu erklären. Dies mag einerseits unbefriedigenderscheinen, da Physikstudenten an rigorose, logisch aufgebaute Erklärungen gewohnt sind. Andererseitsist der Nutzen der verwendeten anschaulichen Modellvorstellungen nicht zu unterschätzen. Die physikalischeIntuition vieler großer Physiker basierte letztendlich auf solchen semi-quantitativen Modellen.Die historische Entwicklung in der Physik verlief in vielen Fällen zunächst über die Entwicklung vonanschaulichen Verfahrensregeln, die dann erst später theoretisch exakt begründet wurden. Zusätzlich zurAtom- und Molekülphysik wird im Rahmen von Physik IV auch eine Behandlung der Grundzüge derKernphysik und der der statistischen Wärmephysik gegeben, wobei bei letzterer die Quantenstatistikstark betont werden soll. Dieser Teil baut auf der phänomenologischen Behandlung der Wärmelehre inPhysik I auf.Der erste Teil des Grundkurses Physik IV befasst sich mit der Atom- und Molekülphysik. Die Physik vonAtomen und Molekülen ist ein zentrales Element der modernen Naturwissenschaften. Sie ist Ausgangspunktder Chemie und unerlässlich für das Verständnis der Lebenswissenschaften (“Life Sciences”).Ebenso sind die moderne Materialforschung, Mikroelektronik, Nanotechnologie, Biotechnologie, Lebensmittelforschung,Pharmazie und Medizin, um nur einige wenige Beispiele zu nennen, ohne eingrundlegendes Verständnis der Atome und Moleküle undenkbar. Die Beschäftigung mit der Physik derAtome und Moleküle ist deshalb von fundamentaler Bedeutung. Desweiteren liefert die Atom- und Molekülphysikmethodisch einen ausgezeichneten Zugang zur quantenmechanischen Denkweise. Wir habenuns bereits im Rahmen der Physik III bei der Einführung in die Quantenphysik die wesentlichenkonzeptionellen Grundlagen für das Verständnis der Atome und Moleküle erarbeitet. Es geht uns nundarum, diese Grundlagen weiter zu vertiefen und konkret zur Beschreibung der Eigenschaften von Atomenund Molekülen anzuwenden. Es sei bereits hier darauf hingewiesen, dass die Atomphysik ein soumfangreiches und aktuelles Forschungsgebiet ist, dass sie im Rahmen des 4. Teils des Grundkurseszur Experimentalphysik bei weitem nicht umfassend behandelt werden kann. Wir werden uns deshalbdarauf beschränken, einen Einstieg in dieses große Gebiet zu vermitteln. Dabei wird der Diskussion desWasserstoffatoms eine zentrale Rolle zukommen. Das Wasserstoffatom kann als eines der wichtigstenModellsysteme der Physik betrachtet werden. Dem Wasserstoffatom kommt allein deshalb eine großexiii
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Seite 17 und 18: Kapitel 1Einführung in die Quanten
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Seite 21 und 22: Abschnitt 1.1 PHYSIK IV 7Klassische
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Abschnitt 1.6 PHYSIK IV 49Φ(r,σ)
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Abschnitt 1.6 PHYSIK IV 51Fermionen
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Abschnitt 1.7 PHYSIK IV 532. Die ei
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Abschnitt 1.7 PHYSIK IV 55Zusammenf
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Kapitel 2Aufbau der AtomeAtome sind
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Abschnitt 2.2 PHYSIK IV 592.2 Exper
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Abschnitt 2.2 PHYSIK IV 61ist, wird
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Abschnitt 2.3 PHYSIK IV 632.3 Grö
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Abschnitt 2.3 PHYSIK IV 65Einen vie
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Abschnitt 2.3 PHYSIK IV 67senkrecht
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Abschnitt 2.4 PHYSIK IV 692.4 Die S
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Abschnitt 2.4 PHYSIK IV 73Ṅ A =
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Abschnitt 2.4 PHYSIK IV 79Zusammenf
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82 R. GROSS Kapitel 3: Das Einelekt
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97Identification of woolliness resp
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136 R. GROSS Kapitel 4: Das Wassers
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Kapitel 5Wasserstoffähnliche Syste
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Abschnitt 5.2 PHYSIK IV 1875.2 Die
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Abschnitt 5.3 PHYSIK IV 189(a)(b)Ab
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Abschnitt 5.4 PHYSIK IV 1915.4 Exot
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Abschnitt 5.4 PHYSIK IV 193Abbildun
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Abschnitt 5.4 PHYSIK IV 195HCPTanti
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Abschnitt 5.6 PHYSIK IV 197Zusammen
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200 R. GROSS Kapitel 6: Übergänge
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238 R. GROSS Kapitel 7: Mehrelektro
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Kapitel 9MoleküleMoleküle sind At
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Abschnitt 9.0 PHYSIK IV 315(a)(b)Ab
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Abschnitt 9.1 PHYSIK IV 317Die Schr
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Abschnitt 9.1 PHYSIK IV 319yϕASxBz
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Abschnitt 9.1 PHYSIK IV 321(a)ABlz(
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Abschnitt 9.1 PHYSIK IV 323Ψ(r,R)
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Abschnitt 9.1 PHYSIK IV 3256E - E 1
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Abschnitt 9.1 PHYSIK IV 327der Aust
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Abschnitt 9.2 PHYSIK IV 329Aus (9.2
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Abschnitt 9.2 PHYSIK IV 331Fritz Lo
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Abschnitt 9.2 PHYSIK IV 333R = 0.05
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Abschnitt 9.3 PHYSIK IV 3359.3 Elek
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Abschnitt 9.3 PHYSIK IV 3372p2π u
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Abschnitt 9.3 PHYSIK IV 3393 Σ −
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Abschnitt 9.4 PHYSIK IV 343e -p A (
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Abschnitt 9.5 PHYSIK IV 347Wir sehe
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Abschnitt 9.5 PHYSIK IV 349Das hei
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Abschnitt 9.5 PHYSIK IV 35121Morse
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Abschnitt 9.6 PHYSIK IV 3539.6 Hybr
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Abschnitt 9.6 PHYSIK IV 355(1s 2 )
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Abschnitt 9.6 PHYSIK IV 357Φ sp21=
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Abschnitt 9.6 PHYSIK IV 359Hybridty
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Abschnitt 9.6 PHYSIK IV 361Zusammen
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Teil IIWärmestatistik363
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366 R. GROSS Kapitel 9:Schließlich
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368 R. GROSS Kapitel 10: Grundlagen
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Kapitel 11Statistische Beschreibung
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Abschnitt 11.0 PHYSIK IV 403Zustän
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Abschnitt 11.1 PHYSIK IV 405654g(m)
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Abschnitt 11.2 PHYSIK IV 409Zelleni
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Abschnitt 11.3 PHYSIK IV 413+ + + =
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Abschnitt 11.3 PHYSIK IV 415Mit die
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Abschnitt 11.8 PHYSIK IV 445Damit s
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Kapitel 12VerteilungsfunktionenWir
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Abschnitt 12.2 PHYSIK IV 453Reservo
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488 R. GROSS Kapitel 13: Quantensta
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Teil IIIAnhang531
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534 R. GROSS Anhang Abv 0ρα - Tei
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536 R. GROSS Anhang Abzw. zu⎛(⎝
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