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Kurs Grundlagen der Quantenmechanik

Photonen, Wellenfunktionen und die Welt des Kleinen.
Level 3
1
Fragen & Antworten
  1. Was ist ein Photon?
2
Photoeffekt: Beschleunigungsspannung

Photoelektrischer Effekt einfach erklärt, bei dem ein Photon (mithilfe seiner Photonenenergie) ein Elektron aus einer Metallplatte (mit bestimmter Austrittsarbeit) herauslöst.

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Video

Hier lernst Du schnell alles wichtige über den <strong>photoelektrischen Effekt</strong>, mit dem du direkt nachweisen kannst, dass das Licht einen Teilchencharakter aufweist.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:25] Versuchsaufbau
  2. ⏲ [01:59] Versuchsdurchführung + Beobachtung
  3. ⏲ [05:41] Photoeffekt in einem Graph.
  4. ⏲ [07:34] Herleitung der Formeln
  5. ⏲ [11:25] Widersprüche zum klassischen Wellenmodell
  6. ⏲ [12:11] Zusammenfassung der Formeln
Übungsaufgaben mit Lösungen
Herleitungen & Experimente
Experiment

In diesem Versuch geht es darum, den äußeren Photoeffekt zu untersuchen. Dabei wurden Messwerte aufgenommen, die anschließend ausgewertet wurden.

3
Video

Erklärung der Materiewelle & der Bragg-Reflexion. Die De Broglie - Wellenlänge wird mit der Bragg-Gleichung hergeleitet.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:00] Was ist eine Materiewelle?
  2. ⏲ [01:22] De-Broglie-Wellenlänge (Materiewellenlänge)
  3. ⏲ [03:43] Bragg-Bedingung
Übungsaufgaben mit Lösungen
Quest mit Lösung Level 2

In dieser Aufgabe + Lösung berechnest Du die De-Broglie-Wellenlänge einer makroskopischen Kugel, die sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt.

4
Video

Video zum Franck-Hertz-Versuch. Mit dem Experiment wird gequantelte Absoprtion/ Emission von Energie nachgewiesen.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:39] Versuchsaufbau
  2. ⏲ [02:00] Ziel des Franck-Hertz-Experiments
  3. ⏲ [02:30] Erklärung des Franck-Hertz-Experiments
5
Video

Unbestimmtheitsrelation ist ein Gesetz aus der Quantenmechanik, welches eine gleichzeitige, genaue Bestimmung zweier komplementärer Observablen verhindert.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:25] Was besagt die Unbestimmtheitsrelation?
  2. ⏲ [01:28] Einfache Herleitung
6
Video

Der lineare Potentialtopf ist ein Modell aus der Quantenphysik, welches die Quantisierung der Energie veranschaulichen soll.

Inhalt des Videos
  1. ⏲ [00:27] Was ist ein quantenmechanischer Potentialtopf?
  2. ⏲ [01:12] Aufbau
  3. ⏲ [02:23] Stehende Elektronenwelle + Aufenthaltswahrscheinlichkeit
  4. ⏲ [03:56] Herleitung der quantisierten Energieniveaus
  5. ⏲ [06:14] Nullpunktsenergie
7
Video

Kopenhagener Deutung - eine der mehreren Interpretationen der Quantenmechanik, die den mathematischen Formalismus interpretiert.

Inhalt des Videos

Kopenhagener Deutung - eine der mehreren Interpretationen der Quantenmechanik, die in den Schulen und Universitäten so gelehrt wird, als gäbe es keine Alternativen... In diesem Video lernst du die Merkmale der dominierenden Kopenhagener Deutung kennen. Sie wurde hauptsächlich von den Vätern der Quantenmechanik, Niels Bohr und Werner Heisenberg formuliert und basiert auf Wahrscheinlichkeit, die nicht mit der klassischen Wahrscheinlichkeit unseres Alltags vergleichbar ist. Das Ergebnis eines Würfels lässt sich unter der Voraussetzung, dass man alle auf ihn einwirkenden Kräfte kennt, berechnen; während das Verhalten eines Quantenobjekts (z.B. Elektron), sich naturgemäß nicht berechnen lässt. An einem Doppelspalt-Experiment sieht man diese Unvorhersagbarkeit deutlich. Sogar Teilchen sind in der Lage Interferenz am Schirm zu verursachen; vorausgesetzt: sie werden nicht gemessen. Sobald eine Messung stattfindet, verschwindet das Interferenzmuster; weil die Superposition des Quantenobjekts -- laut der Kopenhagener Deutung -- zerstört wird (Kollaps der Wellenfunktion). Ein wichtiger Bestandteil dieser Interpretation neben dem Korrespondenzprinzip, ist auch der Welle-Teilchen-Dualismus. Ein Quantenobjekt, das sich sowohl als ein Teilchen und auch als eine Welle charakterisiert und niemals vorhersagbar ist? Albert Einstein war jedenfalls damit nicht einverstanden, weshalb er mit zwei anderen Physikern das EPR-Paradoxon (Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon) formulierte und eher das Konzept "Verborgene-Variablen-Theorie" verfolgte. Zu diesem Konzept gehört beispielsweise die Bohmsche Mechanik.

8
Betragsquadrat einer Wellenfunktion (Beispiel)

Zeitunabhängige (stationäre) und zeitabhängige Schrödinger-Gleichung einfach erklärt + Herleitung mithilfe einer ebenen Welle. Außerdem werden Wellenfunktion, Betragsquadrat und Aufenthaltswahrscheinlichkeit erklärt.

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Video

Hier lernst du innerhalb von 45 Minuten die Schrödinger-Gleichung kennen (1d und 3d, zeitunabhängig und zeitabhängig), wie sie hergeleitet wird und was die Wellenfunktion ist.

Inhalt des Videos
  1. [00:11] Was ist eine partielle DGL zweiter Ordnung?
  2. [01:11] Klassische Mechanik vs Quantenmechanik
  3. [04:12] Anwendungen
  4. [04:53] Herleitung der zeitunabhängigen Schrödinger-Gleichung (1d)
  5. [15:41] Betragsquadrat, Wahrscheinlichkeit und Normierung
  6. [23:04] Verhalten der Wellenfunktion & Energiequantisierung
  7. [32:46] Zeitunabhängige SGL in 3d & Hamilton-Operator
  8. [35:30] „Herleitung“ der zeitabhängigen Schrödinger-Gleichung
  9. [38:20] Variablenseparation und stationäre Zustände
Fragen & Antworten
  1. Welche Einheit hat die Wellenfunktion?
Passende Übungsaufgaben
Fragen & Antworten
  1. Was ist das Wirkungsquantum?
Formelsammlung
Details zum Kurs
  • Copyright: ©2020
  • Lizenz: CC BY 4.0Diese Lektion darf mit der Angabe des Copyrights weiterverwendet werden!
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