Physik für Studierende der Ingenieur– und Naturwissenschaften

Martin O. Steinhauser ist Professor für Angewandte Physik an der Hochschule Frankfurt. Außerdem ist er Dozent für Physik, Mathematik und Physikalische Chemie an der Hochschule Ostwestfalen-Lippe und als Privatdozent an der Universität Basel tätig.

Teil 1: Struktur der Materie

1. Einleitung

2. Historisches zur Entwicklung der Quantenmechanik
2.1 Planck'sches Strahlungsgesetz
2.2 Der Photoeffekt
2.3 De Broglie Wellen
2.4 Der Compton-Effekt
2.5 Das Doppelspaltexperiment
2.6 Das Strahlungsproblem
2.7 Heisenbergs Matrizenmechanik

3. Einführung in die Quantenmechanik
3.1 Die Wellenfunktion
3.2 Die Statistische Interpretation
3.3 Wahrscheinlichkeiten
3.4 Materiewellen
3.5 Fouriertransformation
3.6 Wellenpakete
3.7 Impuls und Unschärfe
3.8 Operatoren
3.9 Übungsaufgaben

4. Die formale Struktur der Quantenmechanik
4.1 Der Hilbert-Raum
4.2 Observable
4.3 Hermitesche Operatoren
4.4 Die Dirac'sche Delta-Funktion
4.5 Die Dirac-Notation
4.6 Übungsaufgaben

5. Die Schrödingergleichung
5.1 Stationäre Zustände
5.2 Das freie Teilchen
5.3 Der Potentialtopf
5.4 Die Potentialbarriere
5.5 Der Tunneleffekt
5.6 Der harmonische Oszillator
5.7 Das Delta-Potenzial
5.8 Die Unschärferelation
5.9 Übungsaufgaben

6. Das Zentralproblem
6.1 Variablenseparation
6.2 Der Drehimpuls
6.3 Die Winkelgleichung
6.4 Die Radialgleichung
6.5 Der Spin
6.6 Übungsaufgaben

7. Zwei-Teilchen-Systeme
7.1 Bosonen und Fermionen
7.2 Austauschkräfte
7.3 Übungsaufgaben

8. Atome und Moleküle
8.1 Helium
8.2 Das Wasserstoff-Molekül-Ion
8.3 Das Periodensystem der Elemente
8.4 Die elektronische Schrödingergleichung
8.5 Die Born-Oppenheimer Näherung
8.6 Die Hartree-Fock-Gleichung
8.7 Übungsaufgaben

9. Festkörper
9.1 Das freie Elektronengas
9.2 Die Bandstruktur
9.3 Halbleiter

10. Relativistische Quantenmechanik
10.1 Die Lorentz-Transformation
10.2 Hamilton-Funktion des Elektrons im elektromagnetischen Feld
10.3 Klein-Gordon-Gleichung
10.4 Die Dirac-Gleichung
10.5 Hamilton-Operator der Dirac-Gleichung
10.6 Nichtrelativistischer Grenzfall
10.7 Übungsaufgaben

Teil 2: Thermodynamik

11. Einleitung

12. Grundlegende Ideen
12.1 Makrozustand
12.2 Mikrozustand
12.3 Verteilungen
12.4 Die statistische Methode
12.5 Thermodynamische Grundbegriffe
12.6 Übungsaufgaben

13. Unterscheidbare Teilchen
13.1 Thermisches Gleichgewicht
13.1 Statistische Definition von Temperatur
13.2 Entropie
13.3 Die Boltzmann-Verteilung
13.4 Thermodynamische Funktionen
13.5 Übungsaufgaben

14. Kinetische Gastheorie
14.1 Gasdruck
14.2 Geschwindigkeitsverteilung
14.3 Übungsaufgaben

15. Hauptsätze der Thermodynamik
15.1 Wärme
15.2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik
15.3 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
15.4 Dritter Hauptsatz der Thermodynamik
15.5 Übungsaufgaben

16. Zustandsänderungen realer Gase
16.1 Van-der-Waalssche Zustandsgleichung
16.2 Gasverflüssigung
16.3 Phasenumwandlungen
16.4 Übungsaufgaben

17. Wärmeübertragung
17.1 Wärmeleitung
17.2 Konvektion
17.3 Wärmestrahlung
17.4 Übungsaufgaben

18. Literaturverzeichnis