In der folgenden Betrachtung soll überprüft werden, ob die Wellenfunktion der freien Elektronen und die Blochfunktion für gebundene Elektronen Eigenfunktionen des Impulsoperators sind.
[weiterlesen...]Feb 032013
Atomphysik und Quantenmechanik
Mai 012012
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. Manuskript als PDF-Datei, Version 1.2, 2013 (externer Link zur TP4-Seite) 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).
[weiterlesen...]Apr 052012
Herleitung der Berechnung des Bohr-Radius.
[weiterlesen...]Apr 052012
Protokoll zum Versuch ‘D20 – Franck-Hertz-Versuch’ im Rahmen des Grundpraktikums des Physikstudiums an der Ruhr-Universität Bochum.
[weiterlesen...]Apr 052012
Protokoll zum Versuch ‘D11 – Pyrometer’ im Rahmen des Grundpraktikums des Physikstudiums an der Ruhr-Universität Bochum.
[weiterlesen...]Apr 022012
Ziel dieses Versuchs ist die Bestimmung des Hyperfeinstruktur-Intervallfaktors von quasifreiem, atomaren Wasserstoff im Rahmen des Fortgeschrittenen-Praktikums an der Ruhr-Universität Bochum. Dabei bedienen wir uns eines computergestützten Elektronen-Spin-Resonanz-Spektrometers (ESP). Vor Beginn der eigentlichen Messung wird zunächst das Magnetfeld mit Hilfe einer Kalibriersubstanz kalibriert. Anschließend wird eine Übersichtsspektrum der gefrorenen Ammoniak-Probe, in die die Wassersto atome eingebettet sind, aufgenommen. Entsprechend dieser Daten werden die Magnetfeldbereiche für die Resonanzlinien des atomaren Wassersto s ermittelt und ihre Spektren detailliert aufgenommen. Der Intervallfaktor wird anschließend numerisch sowie iterativ berechnet und die Gültigkeit der Breit-Rabi-Formel verifiziert.
[weiterlesen...]Apr 022012
Auf unsere äußere Erdatmosphäre tri ft ein stetiger, isotrop verteilter Fluß von hochenergetischen Teilchen – die sogenannten kosmischen Strahlung. Besonders aktive Sterne wie Tauri-Sonnen und Supergiganten sowie Super-Nova-Ausbrüche innerhalb unseres Milchstraßensystems werden als Ursprung dieser Strahlung angenommen, die größtenteils aus Protonen, Elektronen und Gamma-Quanten besteht. Für sehr hochenergetische Teilchen (E < 1020 eV) wird angenommen, daß deren Ursprung entferntere Galaxien sind (Demtröder (2005), RUB (1994)). Tri t diese kosmische Strahlung – auch primäre Strahlung genannt – auf die äußere Erdatmosphäre, treten durch Wechselwirkungen mit den Teilchen in der Atmosphäre – insbesondere Atomkerne – Kernreaktionen auf, wobei weitere Teilchen gebildet bzw. umgewandelt werden. Dies kann sich kaskadenartig bis zur Erdoberfläche fortsetzen – der hierdurch entstehende Teilchenschauer kann auf der Erdoberfläche als sekundäre Strahlung nachgewiesen werden. In diesem Versuch soll die Lebensdauer von Myonen – einer Sorte Elementarteilchen, die durch die kosmische Strahlung erzeugt wird und die Erdoberfläche als sekundäre Strahlung erreicht – bestimmt werden.
[weiterlesen...]Apr 022012
Ziel dieses Versuches ist die Untersuchung des Massenzuwachses von schnellen β-Teilchen, um die Aussagen der speziellen Relativitätstheorie zu bestätigen. Dazu soll ein Vergleich der klassischen und relativistischen Vorhersagen für die Energie-Impuls-Beziehung mit den in diesem Versuch gewonnenen Meßergebnissen durchgeführt werden. Hierzu werden relativistische Elektronen aus einer β-Quelle in ein nahezu homogenes Magnetfeld eingeschossen und bei ihrem Austritt detektiert. Impuls und Energie der Elektronen sind unter Berücksichtigung der Verluste zu bestimmen und mit den theoretischen Werten für den klassischen und relativistischen Fall zu vergleichen – dies soll über die gemeinsame Darstellung in einem Energie-Impuls-Diagramm erfolgen. Vor der eigentlichen Messung ist die Energieskala des Vielkanalanalysators zu kalibrieren.
[weiterlesen...]Apr 022012
Analog zu den Streuversuchen von Rutherford soll hier die Streuung von α-Teilchen an Goldatomkernen experimentell untersucht werden und die experimentellen Ergebnisse mit der theoretischen Rutherford’schen Streuformel verglichen werden. Hierbei werden in einer axialsymmetrischen Vakuum-Streukammer α-Teilchen an einer dünnen, ringförmige Goldfolie gestreut. Im Experiment wird dazu zunächst eine Kalibrierung des Vielkanalanalysators durchgeführt und über Energieverlustmessung die Dicke der Goldfolie bestimmt. Anschließend kann die Zählrate sowie das Energiespektrum der gestreuten α-Teilchen in Abhängigkeit des Streuwinkels bestimmt und der daraus bestimmte Wirkungsquerschnitt mit demjenigen aus der Streuformel verglichen werden.
[weiterlesen...]Apr 022012
Im Versuch 204 (Zeeman-Eff ekt) soll die Aufspaltung der roten Spektrallinien von Cadmium im äußeren Magnetfeld untersucht werden. Beobachtet man die spektrale Aufspaltung durch einen Polarisationsfilter, so stellt sich heraus, daß einige Linien linear, die anderen zirkular polarisiert sind. Dabei hängt die Polarisation der beobachteten Linien von der Blickrichtung (senkrecht, parallel zum Magnetfeld) ab. Die Aufspaltung der Spektrallinien wurde erstmals von dem Physiker Zeeman 1896 bei der Untersuchung der Spektrallinien von Natrium unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes beobachtet. Der E ffekt ist klein, daher braucht man zu seiner Untersuchung Spektralapparate mit sehr hoher Auflösung, in unserem Fall ein Fabry-Pérot-Interferometer. Schon kurz nach dieser Entdeckung konnte Lorentz den Zeeman-E ffekt mit der klassischen Elektronentheorie weitgehend erklären, auch wenn erst die Quantenmechanik eine vollständige Beschreibung liefert.
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