Quantenphysik (QPNV)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Quantum Physics)
(Prüfungsordnungsmodul: Quantenphysik)

Lehrveranstaltungen:

• • Quantenphysik LANV/Optik und Quanteneffekte
    (Vorlesung, 2 SWS, Günter Zwicknagel, Fr, 14:00 - 15:30, 2.031)
  • Übungen zur Vorlesung Quantenphysik
    (Übung, 1 SWS, Günter Zwicknagel, Fr, 15:30 - 16:15, 2.031)

Inhalt:

1. Situation vor Etablierung der Quantenphysik am Ende des 19. Jh. und Anfang des 20. Jh.
(a) Errungenschaften und offene Fragen der klassischen Physik
(b) Neue Befunde zur Licht-Materie-Wechselwirkung, Welleneigenschaften des Elektrons
2. Quantennatur des Lichts
(a) Wellencharakter des Lichts, Beugung und Interferenz am Einfach- und Mehrfachspalt
(b) Teilchencharakter des Lichts: Fotoeffekt, Photonhypothese, Energie und Impuls des Photons, Compton-Effekt
(c) Strahlung des schwarzen Körpers: Experimentelle Befunde und Erklärungsversuche im Rahmen der klassischen Physik Wellen/Moden im Hohlraum als Ensemble von harmonischen Oszillatoren Quantenhypothese und Plancksches Strahlungsgesetz

3. Materiewellen
(a) Welleneigenschaften des Elektrons
(b) Materiewellen, De Broglie Wellenlänge, Interferenz von Atomen/Molekülen (z.B. C60)
(c) Interferenzexperimente mit einzelnen Quantenobjekten (Elektronen, Photonen): Doppelspaltexperimente, Welle-Teilchen Dualismus, stochastische Messergebnisse Strahlteiler und Interferometer
(d) Wahrscheinlichkeitsverteilungen und Wellenfunktionen
(e) Messungen an Quantenobjekten, Veränderung des Zustandes durch Messung
(f) Unbestimmtheitsrelation, Konsequenzen für gebundene Zustände
4. Quantennatur der Atome, quantenhafte Energieaufnahme/-abgabe
(a) Linienspektren, Röntgenspektren, Franck-Hertz Versuch
(b) Existenz diskreter Energiezustände der Atome, Bohrsches Atommodell
5. Schrödingergleichung
(a) Wellengleichungen in der klassischen Physik
(b) Wellengleichung für Materiewellen: Zeitabhängige Schrödingergleichung
(c) Freies Teilchen, Wellenpakete
(d) Stationäre Schrödingergleichung
(e) Zustände/Eigenfunktionen eindimensionaler Systeme: Gebundene Zustände: Potentialtopf mit unendlich hohen Wänden, endlich tiefer Topf Streuzustände Reflexion und Transmission an Potentialstufen/-barrieren, Resonanzen, Tunneleffekt
(f) Harmonischer Oszillator (1D)
(g) 3D-Potentialtöpfe, 3D harmonischer Oszillator
(h) Wellenfunktionen, Orbitale und Quantenzahlen des Wasserstoffatoms

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• erläutern und erklären die experimentellen Grundlagen und die quantitativ-mathematische Beschreibung der Quantenphysik gemäß den detaillierten Themen im Inhaltsverzeichnis

• wenden die physikalischen Gesetze und jeweiligen mathematischen Methoden auf konkrete Problemstellungen an

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Berufspädagogik Technik (Master of Education)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Berufspädagogik Technik (Master of Education) | Gesamtkonto | Unterrichtsfach (Zweitfach) inkl. Fachdidaktik | Physik | Quantenphysik)
2. Berufspädagogik Technik (Master of Education)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Berufspädagogik Technik (Master of Education) | Gesamtkonto | Unterrichtsfach (Zweitfach) inkl. Fachdidaktik | Physik | Quantenphysik)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Quantenphysik: Optik und Quanteneffekte (Prüfungsnummer: 64901)

(englischer Titel: Quantum physics: Optics and quantum phenomena)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2022/2023, 1. Wdh.: WS 2022/2023 (nur für Wiederholer)

1. Prüfer:

Günter Zwicknagel