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Experimentalphysik 3+4: Optik und Quanteneffekte / Atom- und Molekülphysik (EP-34)15 ECTS (englische Bezeichnung: Experimental Physics 3&4: Optics and Quantum Effects / Atomic and Molecular Physics)
(Prüfungsordnungsmodul: Experimentalphysik 3 + 4: Optik und Quanteneffekte / Atom- und Molekülphysik)
Modulverantwortliche/r: Vahid Sandoghdar, Peter Hommelhoff, Joachim von Zanthier Lehrende:
Vahid Sandoghdar, Pascal Del'Haye, Birgit Stiller
Startsemester: |
WS 2021/2022 | Dauer: |
2 Semester | Turnus: |
jährlich (WS) |
Präsenzzeit: |
165 Std. | Eigenstudium: |
285 Std. | Sprache: |
Deutsch |
Lehrveranstaltungen:
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- Optik und Quantenphänomene
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Experimentalphysik 3 für Physik-Studierende: Optik und Quantenphänomene (WS 2021/2022)
(Vorlesung, 4 SWS, N.N., Di, Fr, 8:00 - 10:00, HH)
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Übungen zu Experimentalphysik 3 für Physik-Studierende: Optik und Quantenphänomene (WS 2021/2022)
(Übung, 2 SWS, N.N. et al., Fr, 10:00 - 12:00, HE, SR 02.779, SR 01.779, SRLP 0.179, SR 00.103, SR 01.332; Do, 8:00 - 10:00, SRTL (307), HE, SR 02.779)
- Atom- und Molekülphysik
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Experimentalphysik 4: Atom- und Molekülphysik (SS 2022)
(Vorlesung, 3 SWS, Pascal Del'Haye et al., Mi, 10:00 - 12:00, HE; Fr, 8:00 - 10:00, HE)
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Übungen zur Experimentalphysik 4: Atom- und Molekülphysik (SS 2022)
(Übung, 2 SWS, Pascal Del'Haye et al., Fr, Mo, 10:00 - 12:00, SR 02.779; Fr, 10:00 - 12:00, SR 01.332, SR 01.779, SR 02.729, HF, SRLP 0.179, SR 01.683)
Inhalt:
Optik und Quantenphänomene
Belege für die Wellennatur des Lichts, Herleitung der Wellengleichung aus den Maxwell-Gleichungen, Lösungen in Form von ebenen Wellen, Kugelwellen, monochromatische
Felder
Einzelstreuer (getriebener Dipol, Lichtstreuung), Feldausbreitung im homogenen Material,
Polarisation und Stromdichte, modifizierte Maxwell-Gleichungen, modifizierte
Wellengleichung, Stetigkeitsbedingungen an Grenzflächen, Brechungsgesetz,
Fresnelformeln, Brewsterwinkel, Totalreflexion, frustrierte Totalreflexion und
Tunneleffekt bei Licht, Polarisation des Materials (Suszeptibilität, Dispersion)
Strahlenoptik, Matrizenoptik (Prinzip, Anwendung auf Linsen, Abbildungen), Hauptebenen, Abbildungsfehler (chromatische Aberrationen, Fehler für monochromatische
Wellen), optische Resonatoren
Ausbreitungsgleichung unter Randbedingungen, Huygenssches Prinzip,
Fraunhoferbeugung (Entstehung des Beugungsbildes, Beugungsbilder, Grenzen),
Mikroskope, Teleskope, Auflösungsgrenzen, Abbildungstechniken, das Auge.
Polarisation elektromagnetischer Felder
Ebene Wellen im homogenen Material, Polarisationsformen von Licht, Polarisations-
phänomene im durchstrahlten Material, Doppelbrechung, polarisierende Elemente
Teilchencharakter des Lichts, äußerer lichtelektrischer Effekt (Photoeffekt),
Hohlraumstrahlung nach Planck, Compton-Effekt, Wellencharakter von Teilchen
(Elektronenbeugung, Streuung im Kristall), Konsequenzen der Wellennatur des Elektrons
Schrödinger-Gleichung, zeitunabhängige Schrödinger-Gleichung, Interpretation der
quantenmechanischen Wellenfunktion, Kastenpotenzial, Tunneleffekt mit Materiewellen Atom- und Molekülphysik
Hinweise auf die Existenz von Atomen, Atomgröße, Atommasse, Energieskalen im Atom,
Überblick der Wechselwirkungen, innere Struktur der Atome (Thomsonmodell,
Rutherfordmodell, Kernradius), kann man Atome sehen?
Erzeugung freier Elektronen, Elektronenladung, Elektronenmasse, Elektronenspin (Stern-Gerlach-Versuch), magnetisches Moment, Elektronengröße
Hohlraumstrahlung nach Einstein, Ratengleichungen, spontane und stimulierte Emission,
Laserprinzip
Materiewellen, Wellenpakete, Heisenbergsche Unschärferelation, Quantenstruktur der
Atome (Bohrsches Atommodell, Franck-Hertz-Versuch, Stabilität von Atomen), Was
unterscheidet die Quantenphysik von der klassischen Physik
Schrödinger-Gleichung, Erwartungswerte, Operatoren und Eigenwerte, mehrdimensionale
Probleme, der Drehimpuls in der Quantenmechanik, stationäre Störungstheorie
Elektron im Zentralpotential (Coulombfeld), Berücksichtigung des Elektronenspins,
Feinstruktur, Hyperfeinstruktur, Lambverschiebung, vollständige Beschreibung des
Wasserstoffatoms, spektroskopische Notation, Auswahlregeln
Atome im Magnetfeld (Zeeman-Effekt).
Das Helium-Atom (Singulett- und Triplett-Zustände), Pauliprinzip, Symmetrien, Aufbau
größerer Atome, Hundsche Regeln, Periodensystem der Elemente
Das Wasserstoff-Molekülion H2+ , das Wasserstoff-Molekül H2, Ursachen der
Molekülbindung, Molekülorbitale, LCAO-Näherung, spektroskopische Notation, Rotation
Lernziele und Kompetenzen:
Die Studierenden
erläutern und erklären die experimentellen Grundlagen und die quantitativ-mathematische Beschreibung der Optik, von Quantenphänomenen sowie der Atom- und Molekülphysik 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:
- Physik (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2020w | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Experimentalphysik 3 + 4: Optik und Quanteneffekte / Atom- und Molekülphysik)
Dieses Modul ist daneben auch in den Studienfächern "Mathematik (Bachelor of Science)", "Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien)" verwendbar. Details
Studien-/Prüfungsleistungen:
Optik und Quanteneffekte / Atom- und Molekülphysik (Prüfungsnummer: 61211)
(englischer Titel: Optics and Quantum Effects / Atomic and Molecular Physics)
- Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- Erstablegung: SS 2022, 1. Wdh.: SS 2022 (nur für Wiederholer)
1. Prüfer: | Vahid Sandoghdar |
1. Prüfer: | Peter Hommelhoff |
1. Prüfer: | Joachim von Zanthier |
1. Prüfer: | Pascal Del'Haye |
1. Prüfer: | Birgit Stiller |
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UnivIS ist ein Produkt der Config eG, Buckenhof |
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