Elementare moderne Physik

1 Vorbemerkungen.- 1.1 Das Programm der Physik.- 1.2 Die Erhaltungssätze der Physik.- 1.3 Die klassischen Wechselwirkungen.- 1.4 Elektromagnetische Felder und Wellen.- 1.5 Das Korrespondenzprinzip.- 1.6 Strahlenoptik und Wellenoptik.- 1.7 Teilchen- und Wellenbild in der klassischen Physik.- 1.8 Phasen- und Gruppengeschwindigkeit.- 2 Relativistische Kinematik: Raum und Zeit.- 2.1 Das Relativitätsprinzip.- 2.2 Galilei-Transformation.- 2.3 Invarianz der klassischen Mechanik gegenüber der Galilei-Transformation.- 2.4 Das Versagen der Galilei-Transformation.- 2.5 Das zweite Postulat und die Lorentz-Transformation.- 2.6 Längen- und Zeitintervalle in der Relativitätstheorie.- 2.7 Raum-Zeit-Ereignisse und der Lichtkegel.- 2.8 Das Zwillings-Paradoxon.- 2.9 Zusammenfassung.- 2.10 Aufgaben.- 3 Relativistische Dynamik: Impuls und Energie.- 3.1 Relativistische Masse und relativistischer Impuls.- 3.2 Relativistische Energie.- 3.3 Äquivalenz von Masse und Energie, Systeme von Teilchen.- 3.4 Vierervektor von Impuls und Energie.- 3.5 Spezielle Relativitätstheorie und elektromagnetische Wechselwirkung.- 3.6 Praktische Rechnungen und Einheiten in der relativistischen Mechanik.- 3.7 Zusammenfassung.- 3.8 Aufgaben.- 4 Quanteneffekte: die Teilchennatur der elektromagnetischen Strahlung.- 4.1 Quantelung in der klassischen Physik.- 4.2 Der Photoeffekt.- 4.3 Röntgenstrahlung und Bremsstrahlung.- 4.4 Der Compton-Effekt.- 4.5 Paarbildung und Zerstrahlung.- 4.6 Wechselwirkungen zwischen Photonen und Elektronen.- 4.7 Absorption von Photonen.- 4.8 Zusammenfassung.- 4.9 Aufgaben.- 5 Quanteneffekte: die Wellennatur materieller Teilchen.- 5.1 De Broglie-Wellen.- 5.2 Die Braggsche Gleichung.- 5.3 Röntgen- und Elektronenbeugung.- 5.4 Beweis der Braggschen Gleichung.- 5.5 Komplementarität.- 5.6Deutung der de Broglie-Wellen als Wahrscheinlichkeit.- 5.7 Die Unschärferelation.- 5.8 Wellenpakete und Geschwindigkeit der de Broglie-Wellen.- 5.9 Quantenmechanische Beschreibung eines Teilchens in einem Kastenpotential.- 5.10 Die Schrödinger-Gleichung.- 5.11 Zusammenfassung.- 5.12 Aufgaben.- 6 Der Bau des Wasserstoffatoms.- 6.1 Streuung von ?-Teilchen.- 6.2 Das klassische Planetenmodell.- 6.3 Das Wasserstoffspektrum.- 6.4 Die Bohrsche Theorie des Atombaues.- 6.5 Das Wasserstoffatom und das Korrespondenzprinzip.- 6.6 Erfolge und Grenzen der Bohrschen Theorie.- 6.7 Das Wasserstoffatom und seine Wellenfunktionen nach der Schrödinger-Gleichung.- 6.8 Der Elektronenstoßversuch von Franck und Hertz.- 6.9 Zusammenfassung.- 6.10 Aufgaben.- 7 Atome mit mehreren Elektronen.- 7.1 Die Bewegungskonstanten eines klassischen Systems.- 7.2 Quantelung des Bahndrehimpulses.- 7.3 Wasserstoffähnliche Atome.- 7.4 Richtungsquantelung.- 7.5 Der normale Zeeman-Effekt.- 7.6 Elektronenspin.- 7.7 Der Stern-Gerlach-Versuch.- 7.8 Das Pauli-Prinzip und das Periodensystem der Elemente.- 7.9 Charakteristische Röntgenspektren.- 7.10 Zusammenfassung.- 7.11 Aufgaben.- 8 Kernphysikalische Meßgeräte und Teilchenbeschleuniger.- 8.1 Ionisation und Absorption der Kernstrahlung.- 8.2 Detektoren.- 8.3 Teilchenspurdetektoren.- 8.4 Messung von Geschwindigkeit, Impuls und Masse der Teilchen.- 8.5 Teilchenbeschleuniger.- 8.6 Zusammenfassung.- 8.7 Aufgaben.- 9 Kernbau.- 9.1 Kernbausteine.- 9.2 Kräfte zwischen Nukleonen.- 9.3 Deuteronen.- 9.4 Stabile Kerne.- 9.5 Kernradien.- 9.6 Bindungsenergie stabiler Kerne.- 9.7 Kernmodelle.- 9.8 Zerfall instabiler Kerne.- 9.9 ?-Zerfall.- 9.10 ?-Zerfall.- 9.11 ?-Zerfall.- 9.12 Natürliche Radioaktivität.- 9.13 Zusammenfassung.- 9.14 Aufgaben.- 10 Kernreaktionen.-10.1 Kernumwandlungen.- 10.2 Energetik der Kernreaktionen.- 10.3 Erhaltung des Impulses bei Kernreaktionen.- 10.4 Wirkungsquerschnitt.- 10.5 Zwischenkerne und Energieniveaus der Kerne.- 10.6 Freie Neutronen; Erzeugung, Nachweis, Messung und Moderation.- 10.7 Kernspaltung.- 10.8 Kernreaktoren.- 10.9 Kernfusion.- 10.10 Zusammenfassung.- 10.11 Aufgaben.- 11 Elementarteilchen.- 11.1 Elektromagnetische Wechselwirkung.- 11.2 Fundamentale Wechselwirkungen.- 11.3 Fundamentale Teilchen und ihre Eigenschaften.- 11.4 Universelle Erhaltungssätze.- 11.5 Zusätzliche Erhaltungssätze bei der starken und der elektromagnetischen Wechselwirkung.- 11.6 Resonanzteilchen.- 11.7 Quarks, Bausteine der Hadronen.- 11.8 Aufgaben.- 12 Molekular- und Festkörperphysik.- 12.1 Molekülbindung.- 12.2 Rotationen und Schwingungen der Moleküle.- 12.3 Statistische Verteilungsgesetze.- 12.4 Anwendung der Maxwell-Boltzmann-Verteilung auf ein ideales Gas.- 12.5 Anwendung der Maxwell-Boltzmann-Verteilung auf die Wärmekapazität eines zweiatomigen Gases.- 12.6 Laser.- 12.7 Strahlung des schwarzen Körpers.- 12.8 Quantentheorie der Wärmekapazität eines Festkörpers.- 12.9 Elektronentheorie der Metalle.- 12.10 Bändermodell des Festkörpers: Leiter, Isolatoren und Halbleiter.- 12.11 Zusammenfassung.- 12.12 Aufgaben.- 13 Anhang.- 13.1 Häufig verwendete physikalische Konstanten.- 13.2 Tabelle der wichtigsten Nuldide.- 13.3 Lösungen der ungeradzahligen Aufgaben.- Namen- und Sachwortverzeichnis.