Grundlagen Quantenmechanik und Statistik

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  • Beitrag zuletzt geändert am:19.04.2020
  • Beitrags-Kategorie:Physik

Im Rahmen einer SHK-Stelle am Institut für Theoretische Physik, Weltraum- und Astrophysik (TP4) der Ruhr-Universität Bochum habe ich das Manuskript zur Vorlesung „Grundlagen der Quantenmechanik und Statistik“, gehalten von PD Dr. Horst Fichtner, in LaTeX gesetzt.

Die für das Skript erstellten Graphiken sind in meinem Graphikarchiv in verschiedenen Formaten verfügbar und sind hier nachfolgend aufgeführt. Die angegebenen Abbildungsnummern beziehen sich dabei auf die Nummern im Skript (Version 1.0).

Teil I: Quantenmechanik

Abb-NrTitelVorschau
Warum Quantentheorie?
1.1Planck’sches Strahlungsgesetz[wpfilebase tag=file id=497 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc80″ sc_id=”sc1″]
1.2Vergleich Planck’sches Strahlungsgesetz, Wien’sches Gesetz und Rayleigh-Jeans-Gesetz
1.3Compton-Effekt[wpfilebase tag=file id=589 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc82″ sc_id=”sc3″]
1.4Elektronenbahn als stehende Welle[wpfilebase tag=file id=509 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc83″ sc_id=”sc4″]
1.5Doppelspaltexperiment[wpfilebase tag=file id=528 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc84″ sc_id=”sc5″]
1.6Einordnung der Quantenmechanik[wpfilebase tag=file id=418 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc85″ sc_id=”sc6″]
Wellenmechanik
2.1Dispersive Wellen[wpfilebase tag=file id=451 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc86″ sc_id=”sc7″]
2.2Dispersionsrelation für Materiewellen[wpfilebase tag=file id=552 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc87″ sc_id=”sc8″]
2.3Interferenz von EM-Wellen am Doppelspalt (ohne Bestimmung des Spaltdurchtritts)[wpfilebase tag=file id=535 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc88″ sc_id=”sc9″]
 Interferenz von EM-Wellen am Doppelspalt (mit Bestimmung des Spaltdurchtritts)[wpfilebase tag=file id=551 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc89″ sc_id=”sc10″]
2.4Ebene Welle im Orts- und Impulsraum[wpfilebase tag=file id=449 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc90″ sc_id=”sc11″]
Lösung der Schrödinger-Gleichung für spezielle physikalische Systeme
3.1Potential des harmonischen Oszillators und Potentialnäherung (a)[wpfilebase tag=file id=597 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc91″ sc_id=”sc12″]
 Potential des harmonischen Oszillators und Potentialnäherung (b)[wpfilebase tag=file id=566 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc92″ sc_id=”sc13″]
3.2Veranschaulichung der Lösungen ψn (a)[wpfilebase tag=file id=527 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc93″ sc_id=”sc14″]
 Veranschaulichung der Lösungen ψn (b)[wpfilebase tag=file id=439 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc94″ sc_id=”sc15″]
3.3Kastenpotential[wpfilebase tag=file id=524 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc95″ sc_id=”sc16″]
3.3Lösungen für das Kastenpotential[wpfilebase tag=file id=557 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc96″ sc_id=”sc17″]
3.5Potentialwall und Durchtunnelungswahrscheinlichkeit[wpfilebase tag=file id=455 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc97″ sc_id=”sc18″]
3.6Schematische Darstellung der Wellenfunktion beim Tunneleffekt[wpfilebase tag=file id=476 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc98″ sc_id=”sc19″]
 Bemerkung 3.4.1 (a)[wpfilebase tag=file id=468 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc99″ sc_id=”sc20″]
 Bemerkung 3.4.1 (b)[wpfilebase tag=file id=516 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc100″ sc_id=”sc21″]
 Bemerkung 3.4.1 (c)[wpfilebase tag=file id=541 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc101″ sc_id=”sc22″]
 Beispiel 3.4.1[wpfilebase tag=file id=441 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc102″ sc_id=”sc23″]
3.7Atomkernpotential[wpfilebase tag=file id=433 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc103″ sc_id=”sc24″]
3.8Drehimpulskegel[wpfilebase tag=file id=593 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc104″ sc_id=”sc25″]
3.9Die Radialfunktion R(r) des Wasserstoffatoms für n=1, l=0[wpfilebase tag=file id=414 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc105″ sc_id=”sc26″]
 Die Radialfunktion R(r) des Wasserstoffatoms für n=2, l=0[wpfilebase tag=file id=485 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc106″ sc_id=”sc27″]
 Die Radialfunktion R(r) des Wasserstoffatoms für n=2, l=1[wpfilebase tag=file id=478 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc107″ sc_id=”sc28″]
 Die Radialfunktion R(r) des Wasserstoffatoms für n=3, l=0[wpfilebase tag=file id=543 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc108″ sc_id=”sc29″]
 Die Radialfunktion R(r) des Wasserstoffatoms für n=3, l=1[wpfilebase tag=file id=585 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc109″ sc_id=”sc30″]
 Die Radialfunktion R(r) des Wasserstoffatoms für n=3, l=2[wpfilebase tag=file id=542 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc110″ sc_id=”sc31″]
 Die Radialfunktion R(r) des Wasserstoffatoms für n=4, l=0[wpfilebase tag=file id=525 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc111″ sc_id=”sc32″]
 Die Radialfunktion R(r) des Wasserstoffatoms für n=4, l=1[wpfilebase tag=file id=573 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc112″ sc_id=”sc33″]
 Die Radialfunktion R(r) des Wasserstoffatoms für n=4, l=2[wpfilebase tag=file id=448 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc113″ sc_id=”sc34″]
 Die Radialfunktion R(r) des Wasserstoffatoms für n=4, l=3[wpfilebase tag=file id=529 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc114″ sc_id=”sc35″]
3.10Radiale Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons im Abstand von r bis r + dr im Wasserstoffatom für n=1, l=0[wpfilebase tag=file id=434 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc115″ sc_id=”sc36″]
 Radiale Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons im Abstand von r bis r + dr im Wasserstoffatom für n=2, l=0[wpfilebase tag=file id=442 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc116″ sc_id=”sc37″]
 Radiale Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons im Abstand von r bis r + dr im Wasserstoffatom für n=2, l=1[wpfilebase tag=file id=531 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc117″ sc_id=”sc38″]
 Radiale Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons im Abstand von r bis r + dr im Wasserstoffatom für n=3, l=0[wpfilebase tag=file id=591 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc118″ sc_id=”sc39″]
 Radiale Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons im Abstand von r bis r + dr im Wasserstoffatom für n=3, l=1[wpfilebase tag=file id=483 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc119″ sc_id=”sc40″]
 Radiale Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons im Abstand von r bis r + dr im Wasserstoffatom für n=3, l=2[wpfilebase tag=file id=486 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc120″ sc_id=”sc41″]
3.11Räumliche Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte \fn_phv |\phi(x,z)|^2 des Elektrons im Wasserstoffatom. 
3.12Wasserstoffserien[wpfilebase tag=file id=579 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc121″ sc_id=”sc42″]
3.13Wasserstoff-Energieniveaus mit Feinstruktur[wpfilebase tag=file id=568 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc122″ sc_id=”sc43″]

Teil II: Statistik

Abb-NrTitelVorschau
Kinetische Gastheorie
7.1Maxwellverteilung[wpfilebase tag=file id=502 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc123″ sc_id=”sc44″]
Thermodynamik
 Abschnitt 8.5.1[wpfilebase tag=file id=546 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc124″ sc_id=”sc45″]
8.1p-V-Diagramm (a)[wpfilebase tag=file id=457 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc125″ sc_id=”sc46″]
 p-V-Diagramm (b)[wpfilebase tag=file id=507 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc126″ sc_id=”sc47″]
8.2p-V-Diagramm des realen Gases (1)[wpfilebase tag=file id=446 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc127″ sc_id=”sc48″]
8.3p-V-Diagramm des realen Gases (2)[wpfilebase tag=file id=553 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc128″ sc_id=”sc49″]
8.4p-V-Diagramm des Carnot’schen Kreisprozesses[wpfilebase tag=file id=538 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc129″ sc_id=”sc50″]
8.5Schematischer Ablauf des Carnot’schen Kreisprozesses[wpfilebase tag=file id=595 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc130″ sc_id=”sc51″]
 Beispiel 8.7.1[wpfilebase tag=file id=574 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc131″ sc_id=”sc52″]
Statistische Mechanik
 Abschnitt 9.1.1[wpfilebase tag=file id=537 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc132″ sc_id=”sc53″]
9.1Phasenraumtrajektorie[wpfilebase tag=file id=469 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc133″ sc_id=”sc54″]
9.2Phasenraumtrajektorie und Ensemble[wpfilebase tag=file id=583 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc134″ sc_id=”sc55″]
9.3Vergleich der mittleren Besetzungszahlen der Statistiken Maxwell-Boltzmann, Bose-Einstein und Fermi-Dirac[wpfilebase tag=file id=594 tpl=imagelinkthumb / sc_id=”sc135″ sc_id=”sc56″]

Teil III: Anhang

Abb-NrTitelVorschau
 Anhang C: Periodensystem
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