PHY131 Physik III/Moderne Physik I

Allgemeine Informationen

Dozent: Prof. Laura Baudis
Assistenten: Dr. Christian Wittweg, Alexander Bismark, Simon Flury, Yannick Müller
Link im Vorlesungsverzeichnis: PHY131
Vorlesungen:

Montag: 14:00 - 15.45: Raum Y16 G15

Mittwoch: 10.15 - 12.00: Raum Y16 G15

 

Übungen:

Mittwoch: 13.00 - 14.45: Räume: 44-H-05 (A. Bismark); 36-J-33 (C. Wittweg); 22-F-62 (Y. Müller); 22-F-68 (S. Flury)

Beginn: Mittwoch, 29. September 2021

Praktikum:

Blockkurs in den Semesterferien (Juni) nach dem FS (Modul: PHY132)

Informationen und Praktikumsunterlagen

Info

Informationen zum Modul und Leistungsnachweis

  • Das Modul bietet eine Einführung in die Grundlagen der modernen Physik, also insbesondere der Relativitätstheorie und der Quantenmechanik. Die Vorlesung wird im FS durch PHY141 (Physik IV) fortgesetzt, die speziellere Gebiete der angewandten Quantenmechanik behandelt.
  • Besuch der Übungen; 60% aller Übungen gelöst (Punkte nur bei Anwesenheit); mindestens 2 mal an der Tafel vorrechnen
  • Bestehen der schriftlichen Prüfung
  • Das Modul ergibt insgesamt 8 ETCS-Punkte

Prüfungsdatum: 24. Januar, 2022, um 14:00 Uhr, Raum Y16 G15

Vorlesungsunterlagen: siehe OLAT

Vorlesungsthemen

Organisation, Inhalt, Literatur

Spezielle Relativitätstheorie

Inertialsysteme, Galilei-Transformation, Michelson-Morley-Experiment, Einsteins Postulate, Lorentz-Transformation

Folgerungen der Lorentz-Transformation; Lichtkegel, Minkowski-Diagramme

Relativistische Formulierung der klassischen Mechanik; Masse, Energie, Impuls

Kovariante Formulierung der Elektrodynamik

Elemente der ART; Zusammenfassung bisher

Quantisierung von Ladung, Licht und Energie

Quantisierung der elektrischen Ladung, Schwarzkörperstrahlung.

Das Rayleigh-Jeans Gesetz, das Planck’sches Strahlungsgesetz.

Der photoelektrische Effekt, verschiedene Beispiele

Röntgenstrahlung und Compton Effekt; Zusammenfassung bisher

Frühe Atomphysik

Atomspektren, das Rutherford’sche Atommodell

Rutherfordstreuung, Grösse der Atomkerne, Beispiele

Das Bohr'sche Atommodell, Korrekturen; Beispiele

Korrespondenzprinzip, Feinstrukturkonstante, Röntgenspektren, Auger-Elektronen

Das Franck-Hertz Experiment; Zusammenfassung bisher

Welleneigenschaften von Teilchen

Welleneigenschaft von Teilchen, De Broglie Hypothese, Davisson-Gerner Experiment

Beugung anderer Teilchen,  Bestimmung der De Broglie Wellenlänge

Grundeigenschaften der Materiewellen, Wellenpakete

Die statistische Interpretation der Wellenfunktion, die Unschärferelation

Beispiel: Gammastrahlung-Mikroskop

Folgerungen aus der Unschärferelation, Beispiele, Welle-Teilchen Dualismus; Zusammenfassung bisher

Die Schrödingergleichung

Die eindimensionale Schrödinger-Gleichung, Separation von Zeit und Raumkoordinaten, Randbedingungen

Kastenpotential mit unendlich hohen Wänden; die komplette Wellenfunktion, Beispiele

Das endlich tiefe Potentialtopf, Beispiele

Erwartungswerte und Operatoren

Reflexion und Transmission von Wellen, Stufenpotential

Potentialbarriere, Tunneleffekt; Beispiele: Alpha-Zerfall

Der einfache harmonische Oszillator; Zusammenfassung bisher 

Atomphysik

Die Schrödinger-Gleichung in 3 Dimensionen: unendliches Kastenpotential in 3 Dimensionen,  sphärische Koordinaten

Quantisierung des Drehimpulses und der Energieniveaus im Wasserstoffatom; Zusammenfassung: Quantenzahlen des H-Atoms

Die Wellenfunktionen des Wasserstoffatoms (Grundzustand, angeregte Zustände)

Der Spin des Elektrons: das magnetische Moment, das Stern-Gerlach Experiment

Zusammenfassung bisher

Übungen

Gruppenaufteilung (siehe OLAT)

Übungsblätter (siehe OLAT)

 

Literatur

Spezielle Relativitätstheorie, W. Nolting

Modern Physics, P.A. Tipler, R.A. Llewellyn

Atom- und Quantenphysik, H. Haken, H.C. Wolf

Experimentalphysik 3, W. Demtröder

Feynman-Vorlesungen über Physik 5, Quantenmechanik

Atomphysik, T. Mayer-Kuckuk

Skript Physik III + IV (C. Aegerter, M. Hengsberger)