Essenzielle Quantenmechanik - für Elektrotechniker und Informatiker

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Impressum

Inhaltsverzeichnis

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

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

1.5.1 Die Glühlampe

1.5.2 Die Entladungslampe

1.5.3 Leucht- und Laserdioden

1.6 Physikbedarf der Elektrotechnik heute und morgen

1.7 Wissen testen

2 Wärmestrahlung: 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 Zustände

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 Tunneleffekt 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 Lz

11.2 Eigenzustände von L2

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. Quanteninformationstechnik.

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.1.1 Punktmasse

A.1.2 Bezugssytem

A.1.3 Bahn

A.1.4 Kinematik

A.2 Newton'sche Axiome der klassischen Mechanik

A.3 Erhaltungsgesetze der dynamischen Größen

A.4 Beispiele: Dynamik des Teilchens unter verschiedenen Krafttypen

A.4.1 Elektronen im homogenen Kraftfeld

A.4.2 Harmonische Schwingung

A.5 Wellen im elastischen Medium

A.6 Wellenoptik

A.6.1 Beugung am Doppelspalt

A.6.2 Röntgenbeugung am Kristallgitter

A.7 Energieverteilung unter vielen Teilchen im Gleichgewicht

A.8 Kanonisch konjugierte Größen

A.9 Spezielle Relativitätstheorie

Anhang B Mathematische Formelsammlung

B.1 Zahlen

B.2 Differenzial- und Integralrechnung

B.3 Operatoren

B.4 Differenzialgleichungen

B.5 Vektoren und Matrizen

Anhang C Notationsverzeichnis

Richtig gelöst

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Quellennachweis

Stichwortverzeichnis

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