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Atom- und Festkörperphysik
3/0/0 WS, 3/0/0 SS
http://www.ww.tu-freiberg.de/mk
Skripte
AFKP
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Gliederung – Atomphysik
1.Einführung – Historische Entwicklung der Atomphysik
a.Daltonsche Prinzipien
b.Erste periodische Tabelle
2.Erste Experimente in der Atomphysik
a.Diskrete Natur der Welt
b.Atommodelle
c.Problem der klassischen Physik
3.Quantelung der Energie
a.Atomspektren
b.Photoeffekt
c.Frank-Hertz-Versuch
d.Borsches Atommodell
4.Wellen-Teilchen-Dualismus
a.Photoeffekt
b.Compton-Effekt
c.Beugungseffekte
d.Unschärferelation
5.Die Schrödinger-Gleichung
a.Ableitung, Zeitabhängige und stationäre Schrödinger-Gleichung
b.Eigenschaften der Wellenfunktion
c.Lösung für freies Elektron
d.Lösung für Elektron im Potentialtopf
e.Lösung für Elektron im Potential eines harmonischen Oszillators
f.Lösung für Elektron in einer Potentialbarriere
g.Lösung der Schrödinger-Gleichung für Wasserstoffatom
6.Spin des Elektrons
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Historische Entwicklung der
Atomphysik
1808 Dalton: Multiple Proportionen
„der Druck eines Gasgemisches ist gleich der Summe der
Partialdrücke der einzelnen Komponenten“ Verhältnis
der Gewichte der kleinsten Teilchen von gasförmigen und
anderen Körpern (die erste Atomgewichtstabelle)
Daltonsche Prinzipien
Chemische Elemente bestehen aus Atomen
Atome des gleichen Elements haben die gleiche Masse
Atome unterschiedlicher Elemente haben unterschiedliche
Masse
Atome werden nur in kleinen ganzzähligen Verhältnissen
kombiniert, z.B. 1:1, 1:2, 2:3 u.s.w.
Atome können nie gebildet oder zerstört werden
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Historische Entwicklung der
Atomphysik
1811 Avogadro:
Molekültheorie
der Gasgesetze
„gleiche
Volumina aller Gase
enthalten unter gleichen äußeren
Bedingungen (Druck, Temperatur)
die gleiche Anzahl Teilchen“
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Historische Entwicklung der
Atomphysik
1815
William Prout: Massenzahlen
„die relative Masse jeden Atoms ist ein
genaues Vielfaches der Masse des
Wasserstoffatoms“. Im Jahre 1920 benannte
Ernest Rutherford nach Prout das Proton.
1868
Mendeleev: Periodensystem der
Elemente
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Erste periodische Tabelle
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Historische Entwicklung der
Atomphysik
1869 Hittorf: Kathodenstrahlen
1895 W.C. Röntgen: X-Strahlen
1896 Bequerel: Radioaktivität
1897 J.J. Thomson: Elektron identifiziert
1900 M. Planck: E = h
1903 Rutherford: Atomkern
1905 A. Einstein: E = mc²
1913 N. Bohr: Atommodell
1926 E. Schrödinger: Wellengleichung
1927 Heisenberg: Unschärferelation
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Nützliche Formel
dv
dt
Das Newtonsche Gesetz
F ma m
Impuls
Fdt mdv p mv
Fdl m
Kinetische Energie
dv
dl Ekin
dt
Ekin mvdv 12 mv2
Ekin
p2
2m
; 2
Lichtgeschwindigkeit
c
Einstein-Formel
E mc2
t
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Wichtige Konstanten
Avogadro-Konstante
Boltzmann-Konstante
Plancksche Konstante
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
Ruhemasse des Elektrons
Ruheenergie des Elektrons
Ruhemasse des Neutrons
Ruhemasse des Protons
Atomare Masseneinheit
Elementarladung
Influenzkonstante
Induktionskonstante
Bohrscher Radius
Bohrsches Magneton
NA= 6.02217(4)1023 mol-1
kB = 1.38062(6)10-23 JK-1
h = 6.62620(5)10-34 Js
ħ = h/2 = 1.054610-34 Js
c = 2.997925(1)108 ms-1
me = 9.10956(5)10-31 kg
mec2 = 0.51100 MeV
mn = 1.6748210-27 kg
mp = 1.67261(1)10-27 kg
m(12C)/12 = 1.6605510-27 kg
e = 1.602192(7)10-19 C
e0 = 8.854210-12 AsV-1m-1
m0 = 1/e0c = 1.256610-6 VsA-1m-1
r1 = 4e0ħ2/mee2 = 0.52916610-10 m
mB = m0ħe/2me = 1.165410-29 Vsm
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