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E-Book

Essenzielle Quantenmechanik

für Elektrotechniker und Informatiker

Autor	Peter Deák
Verlag	Wiley-VCH
Erscheinungsjahr	2015
Seitenanzahl	231 Seiten
ISBN	9783527683864
Format	PDF
Kopierschutz	DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	23,99 EUR

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Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

Cover	1
Titelseite	5
Impressum	6
Inhaltsverzeichnis	9
Vorwort	13
1 Einführung. Die klassische Physik und die Physik der Informationstechnologie	17
1.1 Der Zustand der Materie in der klassischen Physik	17
1.2 Axiome in der klassischen Physik	18
1.3 Stand und Wirkung der klassischen Physik bis zum Ende des 19. Jahrhunderts	20
1.4 Physikalischer Hintergrund der High-Tech-Ära	23
1.5 Entwicklung der Physik im Spiegel der Beleuchtungstechnik	24
1.5.1 Die Glühlampe	24
1.5.2 Die Entladungslampe	26
1.5.3 Leucht- und Laserdioden	27
1.6 Physikbedarf der Elektrotechnik heute und morgen	28
1.7 Wissen testen	31
2 Wärmestrahlung: Physik der Glühbirne und des Pyrometers	33
2.1 Wärmestrahlung geheizter Körper	33
2.2 Energieverteilung des elektromagnetischen Feldes in einem Metallkasten bei Temperatur T	35
2.3 Bestimmung der Durchschnittsenergie pro Freiheitsgrad	36
2.4 Praktische Anwendungen des Planck'schen Strahlungsgesetzes	38
2.5 Bedeutung des Planck'schen Strahlungsgesetzes für die Physik	40
2.6 Wissen testen	43
3 Photonen. Die Physik des Lasers	45
3.1 Der fotoelektrische Effekt	45
3.2 Praktische Anwendungen des Fotoeffekts	47
3.3 Der Compton-Effekt	48
3.4 Die Einstein'sche Photonhypothese	49
3.5 Planck'sches Strahlungsgesetz und die Photonen	50
3.6 Der Laser	52
3.7 Wissen testen	56
4 Elektronen. Die Physik der Entladungslampe	57
4.1 Die Entladungslampe	57
4.2 Frank-Hertz-Experiment	58
4.3 Modelle des Wasserstoffatoms	60
4.4 Praktische Folgen der Energiequantelung für die Entladungslampe	64
4.5 Die de Broglie-Hypothese	67
4.6 Das Davisson-Germer-Experiment	68
4.7 Teilchen-Welle-Dualismus des Elektrons	69
4.8 Wissen testen	71
5 Das Teilchenkonzept der Quantenmechanik	73
5.1 Teilchen und Wellen in der klassischen Physik	73
5.2 Doppelspaltexperiment mit einem einzigen Elektron	76
5.3 Die Born-Jordan-Interpretation der Elektronenwelle	77
5.4 Die Heisenberg'sche Unschärferelation	77
5.5 Das Teilchenkonzept der Quantenmechanik	78
5.6 Die Skalenabhängigkeit der Physik	80
5.7 In Richtung einer neuen Physik	81
5.8 Wellennatur der Elektronen in der Elektrotechnik	82
5.9 Darstellung der Elektronenwelle	83
5.10 Wissen testen	84
6 Die quantenmechanische Messung. Postulate 1–3	87
6.1 Die Zustandsfunktion	88
6.2 Mathematische Begriffe bezüglich der Zustandsfunktionen	89
6.3 Die messbaren Größen der Quantenmechanik	90
6.4 Mathematische Begriffe bezüglich der Operatoren	91
6.5 Die Messung in der Quantenmechanik	92
6.6 Wissen testen	98
7 Quantenmechanische Operatoren. Postulate 4–5. Übergang zwischen klassischer Mechanik und Quantenmechanik	99
7.1 Heisenberg'sche Vertauschungsrelationen	99
7.2 Die Schrödinger'sche Operatorwahl	100
7.3 Der Vektoroperator des Drehimpulses	101
7.4 Die zeitabhängige Schrödinger-Gleichung	103
7.5 Zeitentwicklung der physikalischen Größen	104
7.6 Das Ehrenfest-Theorem	106
7.7 Wissen testen	108
8 Quantenmechanische Zustände	109
8.1 Ortseigenzustände	110
8.2 Impulseigenzustände	112
8.3 Stationäre Zustände	113
8.4 Freie Bewegung	115
8.5 Gebundene Zustände	117
8.6 Wissen testen	121
9 Der Potenzialtopf: Grundlage moderner Leuchtdioden	123
9.1 Quantentopf LEDs	123
9.2 Energieeigenwerte im Quantentopf	125
9.3 Anwendung in LED und Detektoren	129
9.4 Stationäre Elektronenzustände im Potenzialtopf	130
9.5 Unendlicher Potenzialtopf	131
9.6 Der unendliche Quantentopf und das klassische Punktmassenkonzept	133
9.7 Wissen testen	135
10 Der Tunneleffekt und seine elektrotechnische Bedeutung	137
10.1 Das Rastertunnelmikroskop	137
10.2 Elektron an der Potenzialwand	138
10.3 Feldemission, Leckströme, Durchschlagsfeldstärke. Flash-Speicher	143
10.4 Resonanztunneln. Quantum-FET, Kaskadenlaser	146
10.5 Wissen testen	151
11 Das Wasserstoffatom. Quantenzahlen. Elektronenspin	153
11.1 Eigenzustände von Lz	154
11.2 Eigenzustände von L2	155
11.3 Energieeigenzustände des Elektrons im Wasserstoffatom	158
11.4 Drehimpuls der Elektronen. Der Spin	163
11.5 Wissen testen	167
12 Quantenmechanik für Mehrteilchensysteme. Chemische Eigenschaften der Atome. Quanteninformationstechnik	169
12.1 Mehrteilchensysteme. Chemische Eigenschaften der Atome. Quanteninformationstechnik.	169
12.2 Das Pauli-Prinzip	170
12.3 Näherung unabhängiger Elektronen (Ein-Teilchen-Näherung)	172
12.4 Atome mit mehreren Elektronen	175
12.5 Chemische Eigenschaften der Atome	176
12.6 Periodensystem der Elemente	177
12.7 Bedeutung der Superpositionszustände für die Zukunft der Elektronik	179
12.8 Wissen testen	183
Anhang A Formelsammlung aus der Newton'schen Mechanik	185
A.1 Grundbegriffe	185
A.1.1 Punktmasse	185
A.1.2 Bezugssytem	185
A.1.3 Bahn	185
A.1.4 Kinematik	186
A.2 Newton'sche Axiome der klassischen Mechanik	187
A.3 Erhaltungsgesetze der dynamischen Größen	187
A.4 Beispiele: Dynamik des Teilchens unter verschiedenen Krafttypen	188
A.4.1 Elektronen im homogenen Kraftfeld	188
A.4.2 Harmonische Schwingung	189
A.5 Wellen im elastischen Medium	189
A.6 Wellenoptik	191
A.6.1 Beugung am Doppelspalt	192
A.6.2 Röntgenbeugung am Kristallgitter	192
A.7 Energieverteilung unter vielen Teilchen im Gleichgewicht	193
A.8 Kanonisch konjugierte Größen	194
A.9 Spezielle Relativitätstheorie	195
Anhang B Mathematische Formelsammlung	197
B.1 Zahlen	197
B.2 Differenzial- und Integralrechnung	198
B.3 Operatoren	200
B.4 Differenzialgleichungen	201
B.5 Vektoren und Matrizen	201
Anhang C Notationsverzeichnis	203
Richtig gelöst	209
Mehr zum Thema	217
Quellennachweis	219
Stichwortverzeichnis	223
EULA	231

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