Essenzielle Quantenmechanik E-Book

Peter Deák

• Herausgeber: Wiley-VCH
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: Verdammt clever!
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2015

Seitenzahl: 261

Beschreibung

Der Autor zeigt an Beispielen aus der Festkörperelektronik und der Quanteninformationstechnologie, welche Rolle quantenmechanische Konzepte in der modernen Energie-, Kommunikations- und Informationstechnik spielen.

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Cover

Serie

Titel

Impressum

Widmung

Vorwort

1 Einführung. Die klassische Physik und die Physik der Informationstechnologie

1.1 Der Zustand der Materie in der klassischen Physik

1.2 Axiome in der klassischen Physik (s. Abb. 1.1)

1.3 Stand und Wirkung der klassischen Physik bis zum Ende des 19. Jahrhunderts

1.4 Physikalischer Hintergrund der High-Tech-Ära

1.5 Entwicklung der Physik im Spiegel der Beleuchtungstechnik

1.6 Physikbedarf der Elektrotechnik heute und morgen

1.7 Wissen testen

2 Warmestrahlung: Physik der Glühbirne und des Pyrometers

2.1 Wärmestrahlung geheizter Körper

2.2 Energieverteilung des elektromagnetischen Feldes in einem Metallkasten bei Temperatur

T

2.3 Bestimmung der Durchschnittsenergie pro Freiheitsgrad

2.4 Praktische Anwendungen des Planck’schen Strahlungsgesetzes

2.5 Bedeutung des Planck’schen Strahlungsgesetzes für die Physik

2.6 Wissen testen

3 Photonen. Die Physik des Lasers

3.1 Der fotoelektrische Effekt

3.2 Praktische Anwendungen des Fotoeffekts

3.3 Der Compton-Effekt

3.4 Die Einstein’sche Photonhypothese

3.5 Planck’sches Strahlungsgesetz und die Photonen

3.6 Der Laser

3.7 Wissen testen

4 Elektronen. Die Physik der Entladungslampe

4.1 Die Entladungslampe

4.2 Frank-Hertz-Experiment

4.3 Modelle des Wasserstoffatoms

4.4 Praktische Folgen der Energiequantelung für die Entladungslampe

4.5 Die de Broglie-Hypothese

4.6 Das Davisson-Germer-Experiment

4.7 Teilchen-Welle-Dualismus des Elektrons

4.8 Wissen testen

5 Das Teilchenkonzept der Quantenmechanik

5.1 Teilchen und Wellen in der klassischen Physik

5.2 Doppelspaltexperiment mit einem einzigen Elektron

5.3 Die Born-Jordan-Interpretation der Elektronenwelle

5.4 Die Heisenberg’sche Unschärferelation

5.5 Das Teilchenkonzept der Quantenmechanik

5.6 Die Skalenabhängigkeit der Physik

5.7 In Richtung einer neuen Physik

5.8 Wellennatur der Elektronen in der Elektrotechnik

5.9 Darstellung der Elektronenwelle

5.10 Wissen testen

6 Die quantenmechanische Messung. Postulate 1–3

6.1 Die Zustandsfunktion

6.2 Mathematische Begriffe bezüglich der Zustandsfunktionen

6.3 Die messbaren Größen der Quantenmechanik

6.4 Mathematische Begriffe bezüglich der Operatoren

6.5 Die Messung in der Quantenmechanik

6.6 Wissen testen

7 Quantenmechanische Operatoren. Postulate 4–5. Übergang zwischen klassischer Mechanik und Quantenmechanik

7.1 Heisenberg’sche Vertauschungsrelationen

7.2 Die Schrödinger’sche Operatorwahl

7.3 Der Vektoroperator des Drehimpulses

7.4 Die zeitabhängige Schrödinger-Gleichung

7.5 Zeitentwicklung der physikalischen Größen

7.6 Das Ehrenfest-Theorem

7.7 Wissen testen

8 Quantenmechanische Zustande

8.1 Ortseigenzustände

8.2 Impulseigenzustände

8.3 Stationäre Zustände

8.4 Freie Bewegung

8.5 Gebundene Zustände

8.6 Wissen testen

9 Der Potenzialtopf: Grundlage moderner Leuchtdioden

9.1 Quantentopf LEDs

9.2 Energieeigenwerte im Quantentopf

9.3 Anwendung in LED und Detektoren

9.4 Stationäre Elektronenzustände im Potenzialtopf

9.5 Unendlicher Potenzialtopf

9.6 Der unendliche Quantentopf und das klassische Punktmassenkonzept

9.7 Wissen testen

10 Der Tunnelefekt und seine elektrotechnische Bedeutung

10.1 Das Rastertunnelmikroskop

10.2 Elektron an der Potenzialwand

10.3 Feldemission, Leckströme, Durchschlagsfeldstärke. Flash-Speicher

10.4 Resonanztunneln. Quantum-FET, Kaskadenlaser

10.5 Wissen testen

11 Das Wasserstoffatom. Quantenzahlen. Elektronenspin

11.1 Eigenzustände von

L

z

11.2 Eigenzustände von

L

2

11.3 Energieeigenzustände des Elektrons im Wasserstoffatom

11.4 Drehimpuls der Elektronen. Der Spin

11.5 Wissen testen

12 Quantenmechanik für Mehrteilchensysteme. Chemische Eigenschaften der Atome. Quanteninformationstechnik

12.1 Mehrteilchensysteme. Chemische Eigenschaften der Atome.

12.2 Das Pauli-Prinzip

12.3 Näherung unabhängiger Elektronen (Ein-Teilchen-Näherung)

12.4 Atome mit mehreren Elektronen

12.5 Chemische Eigenschaften der Atome

12.6 Periodensystem der Elemente

12.7 Bedeutung der Superpositionszustände für die Zukunft der Elektronik

12.8 Wissen testen

Anhang A: Formelsammlung aus der Newton’schen Mechanik

A.1 Grundbegriffe

A.2 Newton’sche Axiome der klassischen Mechanik

A.3 Erhaltungsgesetze der dynamischen Größen

A.4 Beispiele: Dynamik des Teilchens unter verschiedenen Krafttypen

A.5 Wellen im elastischen Medium

A.6 Wellenoptik

A.7 Energieverteilung unter vielen Teilchen im Gleichgewicht