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Donnerstag, 24. August 2023

[ #eText ] Elektrodynamik - Vorlesungsskriptum


[Free eBook] Unter klassischer Elektrodynamik - oder auch einfach nur "Elektrodynamik" - versteht man ein Teilgebiet der Physik, das sich mit den elektromagnetischen Wellen, den elektrischen und magnetischen Feldern und Potentialen und der Dynamik elektrisch geladener Teilchen und Objekte beschäftigt.

Die elektromagnetischen Kräfte die dominierenden Kräfte des täglichen Lebens und die einzigen, die vollständig verstanden sind. Anfänglich waren Elektrizität (Katzenfell, Batterien, Ströme, Elektrolyse, Blitze u.ä.) und Magnetismus (Stabmagneten, Kompassnadel, Nordpol u. ä.) getrennte Diszipline. 1820 aber entdeckte Oersted, dass elektrische Ströme magnetische Kompassnadeln beeinflussen. Kurz danach behauptete Ampere richtigerweise, dass alle magnetischen Phänomene auf sich bewegenden elektrischen Ladungen basieren. 1831 entdeckte Faraday, dass ein bewegter Magnet einen elektrischen Strom verursacht. Als dann Maxwell und Lorentz die endgültige Theorie formulierten, waren Elektrizität und Magnetismus eng verbunden als Elektromagnetismus.

Ruhr-Universität Bochum. Ein Lob gebühren der Universität und dem Autor dafür, dass sie das "Script" unentgeltlich öffentlich zugänglich gemacht haben. Das ist nicht nur im deutschen Sprachraum noch keineswegs eine Selbstverständlichkeit und wirkt in praxi dem Vorurteil vom Elfenbeinturm wirksam entgegen.


 [FREIHANDbuch]⇒ 
  • Elektrodynamik - Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität Bochum - Institut für Theoretische Physik - Weltraum- und Astrophysik - Manuskript zur Vorlesung - Theoretische Physik II: Elektrodynamik -3. korrigierte Auflage -basierend auf der Vorlesung von Reinhard Schlickeiser - Institut für Theoretische Physik - Lehrstuhl IV: Weltraum- und Astrophysik - Bochum 2009 - 223 Seiten, pdf, 1,30 MB, 23,2,2009
  • [Google Search] ⇒ Elektrodynamik - Vorlesungsskriptum
  • Nütze auch diesen oben stehenden Link „Google Search ⇒ “. Er liefert allenfalls einen aktuelleren Link oder im Falle einer Verwaisung einen neueren und aktuelleren. Fast immer aber hilft er auch für zusätzliche Infos!
  • TIPP: Das ⇒ #Vorarlberger Bloghaus verlinkt interessante Weblogs.
  • Beachte dort auch weitere Informationen zum Thema unter "Nachschlagen A-Z".
  • 24.8.23 [Letzte Aktualisierung, online seit 4.4.11]

Samstag, 10. Juni 2023

[ #eText ] KworkQuark -Teilchenphysik für alle!


Sie wollen wissen, woraus das Universum besteht? Was es mit Quarks und Elektronen auf sich hat? Dann ist diese Einführung genau das Richtige. 
Service. Dies ist nur der Hinweis auf einen Beitrag eines hier verlinkten Weblogs, einer Website oder eines Downloads. Mehr erfährt man, wenn man den untenstehenden Links folgt! Nütze auch den Link „[Google Search] ⇒ “. Er liefert allenfalls einen aktuelleren Link im Falle einer Verwaisung und/oder auch zusätzliche oder aktuellere Infos!


 [ #FREIHANDbuch ]⇒ 

Mittwoch, 18. Januar 2023

[ #eText ] Quantenmechanik - Skriptum zur Vorlesung

[Free eBook] Die Quantenmechanik ist eine physikalische Theorie, welche das Verhalten der Materie im atomaren und subatomaren Bereich beschreibt. Sie ist eine der Hauptsäulen der modernen Physik. Das vorliegende 400seitige Werk ist ein kostenloses! "Skriptum" (nicht nur) für die Studenten der Ruhr-Uni Bochum.

Die Quantenmechanik. Darunter versteht der Insider eine physikalische Theorie, welche das Verhalten der Materie im atomaren und subatomaren Bereich beschreibt. Sie erlaubt im Gegensatz zu den Theorien der klassischen Physik eine Berechnung der physikalischen Eigenschaften von Materie auch im Größenbereich der Atome und darunter. Sie bildet die Grundlage zur Beschreibung der Phänomene der Atomphysik, der Festkörperphysik und der Kern- und Elementarteilchenphysik, aber auch verwandter Wissenschaften wie der Quantenchemie.

Quantenmechanik ist eine der Hauptsäulen der modernen Physik. Das vorliegende 400seitige Werk ist ein "Skriptum" für die Studenten der Ruhr-Uni Bochum.


Ruhr-Universität Bochum. Ein Lob gebühren der Universität und dem Autor dafür, dass sie das "Script" unentgeltlich öffentlich zugänglich gemacht haben. Das ist nicht nur im deutschen Sprachraum noch keineswegs eine Selbstverständlichkeit und wirkt in praxi dem Vorurteil vom Elfenbeinturm wirksam entgegen.

Inhalt:
        Vorlesung Theoretische Physik III
        (Quantenmechanik)
        gehalten
        Reinhard Schlickeiser
        Institut f¨ur Theoretische Physik
        Lehrstuhl IV: Weltraum- und Astrophysik
        Grafiken von Christian R¨oken
        Bochum 2007
        399 Seiten
        Downloadgröße: 2,24 MB


 [ #FREIHANDbuch]  

Ein Blick auf das Inhaltsverzeichnis sagt mehr:
0 Einleitung 1
0.1 Vorbemerkung  1
1 Wellenmechanik 3
1.1 Welle-Teilchen Dualismus 3
1.2 Teilcheneigenschaften elektromagnetischer Wellen   3
1.2.1 Photoelektrischer Effekt    3
1.2.2 Compton-Effekt 6
1.3 Wellenaspekte der Materie 8
1.4 Wellenfunktion  9
1.5 Wellenmechanik der Materie 10
1.5.1 Korrespondenzmaßiger Ubergang zu Differentialoperatoren im Orts-
raum, Freie Schrodinger-Gleichung    10
1.5.2 Klein-Gordon-Gleichung fur ein kr  aftefreies Teilchen   12
1.5.3 Konstruktion eines freien Wellenpakets   13
1.5.4 Ausbreitung eines freien Wellenpakets aufgrund der Schrodinger-Gleichung 17
1.6 Statistische Interpretation der Wellenmechanik   22
2 Schrodinger-Gleichung 27
2.1 Bewegungsgleichungen im Schrodinger-Bild    27
2.1.1 Zwischenbemerkung: Operatoren    27
2.1.2 Wellengleichung 27
2.1.3 Allgemeines Verfahren fur Systeme mit klassischer Korrespondenz   30
2.1.4 Mehrdeutigkeiten bei der korrekten Herstellung des Hamilton-Operators 31
2.2 Normerhaltung und Kontinuitatsgleichung    31
2.2.1 Beispiel: Teilchen im eindimensionalen Potential   33
2.2.2 Kontinuitatsgleichung 33
2.3 Erwartungswerte 34
2.3.1 Ortsdarstellung 34
2.3.2 Impulsdarstellung 36
2.3.3 Symmetrisierung 38
2.4 Rechnen mit Operatoren 39
2.4.1 Rechenregeln fur Kommutatoren    40
2.4.2 Der Bahndrehimpuls-Operator    41
2.5 Ehrenfestscher Satz 42
2.6 Heisenbergsche Unscharferelation    44
2.6.1 Beispiel 1: Wellenpaket    46
2.6.2 Beispiel 2: Beugung am Spalt    47
2.6.3 Konsequenz der Unscharferelation fur Atome    48
2.7 Wellenmechanik als formale klassische Feldtheorie (Ausbau der allgemeinen
Theorie)  49
2.7.1 Lagrange- und Hamilton-Formalismus fur Felder    49
2.7.2 Lagrange-Dichte und Hamilton-Dichte   49
2.7.3 Lagrange-Formalismus 51
2.7.4 Hamilton-Dichte 52
2.8 Zeitunabhangige Schrodinger-Gleichung    52
2.8.1 Separationsansatz 52
2.8.2 Vorteile von separablen Losungen    54
2.9 Erweiterung auf Mehrteilchensysteme    55
3 Eindimensionale Quantensysteme 57
3.1 Eindimensionale Schrodinger-Gleichung    57
3.2 Potentialtopf mit unendlich hohen Wanden    59
3.2.1 Losungseigenschaften 62
3.3 Der harmonische Oszillator 64
3.3.1 Algebraische Methode 65
3.3.2 Analytische Methode 68
3.3.3 Hermitesche Polynome    72
3.3.4 Die Nullpunktsenergie 76
3.4 Freie Teilchen  78
3.5 Potentialstufe  80
3.5.1 Fall 1: Teilchenenergie oberhalb Potentialstufe E > V0  81
3.5.2 Fall 2: Teilchenenergie unterhalb Potentialstufe E < V0  84
3.5.3 Unendlich hohe Potentialstufe V0 → ∞   85
3.5.4 Wellenpakete 85
3.6 Differentialgleichungen mit regularen Singularitaten   86
3.6.1 Allgemeine Betrachtungen    87
3.6.2 Die konfluente hypergeometrische Differentialgleichung  91
3.7 Differentialgleichungen der Fuchsschen Klasse   96
3.7.1 Beispiel 1: Besselfunktion    97
3.7.2 Beispiel 2: Hypergeometrische Differentialgleichung   98
3.7.3 Nebenbemerkung: Zusammenhang zwischen der hypergeometrischen
und der konfluenten hypergeometrischen Differentialgleichung  98
3.7.4 Fuchssche Differentialgleichungen    99
4 Naherungsverfahren Schrodinger-Gleichung 107
4.1 Lineare homogene Differentialgleichung 2Ordnung   107
4.1.1 Normalform 107
4.1.2 Selbst-adjungierte Form    108
4.1.3 Beispiel: konfluente hypergeometrische Differentialgleichung  109
4.1.4 Riccati-Gleichung 110
4.2 WKB-Naherung (Methode von Liouville-Green)   111
4.2.1 Methode 111
4.2.2 Anwendung auf die stationare Schrodinger-Gleichung  112
4.2.3 Anwendung: Linearer harmonischer Oszillator (III)   122
4.2.4 Rezept zur approximativen Losung linearer homogener Differentialgleichungen
2Ordnung    123
4.2.5 Rezept zur approximativen Losung selbstadjungierter linearer Differentialgleichungen
2Ordnung    123
4.3 Anwendung: α-Zerfall, Tunneleffekt    125
4.3.1 Tunneleffekt 125
4.3.2 Anwendung auf den α-Zerfall    128
4.4 Rayleigh-Ritz Variationsmethode    131
4.4.1 Theorie 131
4.4.2 Beispiel: Grundzustand des linearen harmonischen Oszillators (IV)  132
4.4.3 Bezug zur Variationsrechnung    134
5 Allgemeine Formulierung der Quantenmechanik 135
5.1 Zustande und Observable im Hilbert-Raum    135
5.1.1 Ket-Vektor 135
5.1.2 Dualer Vektorraum, Bra-Vektor    136
5.1.3 Observablen 138
5.1.4 Basis  141
5.2 Darstellung von Vektoren 143
5.3 Darstellung von Operatoren 144
5.4 Eigenwertgleichung in Matrixform    146
5.4.1 Sakulargleichung 146
5.4.2 Entartete Eigenwerte, Schmidtsches Orthonormierungsverfahren  147
5.5 Wechsel der Darstellung, unitare Transformationen   148
5.6 Messprozess  151
5.6.1 Axiome der Quantenmechanik    151
5.6.2 Gleichzeitige Messbarkeit    152
6 Quantendynamik 155
6.1 Schrodinger-Bild 155
6.2 Heisenberg-Bild 156
6.3 Anmerkungen zum Schrodinger-Bild und Heisenberg-Bild   158
6.4 Wechselwirkungs-Bild 160
6.5 Heisenbergsche Operatormechanik    161
6.5.1 Quantenmechanische Beschreibung physikalischer Systeme im Heisenberg-Bild  162
6.5.2 Beispiel: Linearer harmonischer Oszillator (V=I)   162
6.6 Allgemeine Unscharferelation 164
6.6.1 Schwartzsche Ungleichung fur das Skalarprodukt    164
6.6.2 Ableitung der allgemeinen Unscharferelation   164
6.6.3 Beispiele 166
7 Dreidimensionale Quantensysteme 169
7.1 Schrodinger-Gleichung in Kugelkoordinaten    169
7.2 Drehimpuls-Operator 172
7.2.1 Bestimmung der Eigenwerte    173
7.2.2 Weiterer Beweis der Eigenwerteigenschaften   175
7.2.3 Eigenfunktionen des Drehimpuls-Operators in Ortsdarstellung  176
7.3 Legendre-Polynome 178
7.3.1 Eigenschaften der Legendre-Polynome   179
7.3.2 Assoziierte Legendre-Polynome    184
7.4 Zentralfelder  187
7.5 Coulomb-Problem 188
7.5.1 Losung mit Kummer-Funktion    190
7.5.2 Mitbewegung des Atomkerns    192
7.5.3 Das Spektrum des Wasserstoffatoms    194
7.5.4 Kontinuumszustande E > 0 im Coulomb-Feld   196
7.6 Darstellung des Spins 196
7.6.1 Spin s =   197
7.6.2 Gedankenexperiment zu den Konzepten der Quantenmechanik  200
7.6.3 Magnetisches Moment    201
7.6.4 Heuristische Herleitung der Spin-Bahn-Kopplung   202
7.7 Identische Teilchen, Pauli-Prinzip    202
7.8 Periodisches System 205
7.8.1 Helium (Z = 2) 205
7.8.2 Metalle (Z > 2) 206
8 Storungstheorie 209
8.1 Zeitunabhangige Storungstheorie    209
8.1.1 Nicht-entarteter Eigenwert    210
8.1.2 Entarteter Eigenwert 213
8.2 Anwendung: Feinstruktur von Wasserstoff    215
8.2.1 Relativistische Korrektur des Hamilton-Operators   215
8.2.2 Spin-Bahn-Kopplung 217
8.2.3 Feinstrukturformel 219
8.3 Anwendung: Stark-Effekt 220
8.3.1 Nicht-entarteter Grundzustand |n, l, mi =| 1, 0, 0i  221
8.3.2 Entarteter Zustand n = 2    223
8.4 Anwendung: Zeeman-Effekt 226
8.4.1 Zeeman-Storoperator 226
8.4.2 Ohne Spin-Berucksichtigung     228
8.4.3 Begrundung: Vernachl  assigung des Operators Hˆ0   229
8.4.4 Mit Spin-Berucksichtigung     230
8.4.5 Paschen-Back-Effekt 231
8.4.6 Schwacher Zeeman-Effekt    231
8.5 Zeitabhangige Storungstheorie    233
8.5.1 Uberg  ange 1Ordnung    234
8.5.2 Mathematische Zwischenbetrachtung    235
8.5.3 Goldene Regel 237
8.5.4 Periodische Storung 238
9 Semiklassische Theorie der Strahlung 241
9.1 Grundgleichungen 241
9.2 Absorption und induzierte Emission    243
9.2.1 Monochromatische externe Felder    243
9.2.2 Absorption 245
9.2.3 Induzierte Emission 246
9.2.4 Nicht-monochromatische externe Felder   247
9.3 Elektrische Dipol-Approximation    251
9.4 Spontane Emission 253
9.4.1 Lebensdauer angeregter Zustande    254
9.4.2 Linienverbreiterung 255
9.5 Auswahlregeln  255
9.5.1 Wasserstoffahnliche Atome    255
9.5.2 Lebensdauer des 2p-Zustands    259
9.5.3 Laporte’s Auswahlregel    261
9.5.4 Viel-Elektronen Systeme    262
9.5.5 Absolute Ubergangsraten und Oszillatorst  arke   262
9.6 Photoelektrischer Effekt 262
10 Streutheorie 269
10.1 Klassische Streutheorie 269
10.2 Quantenmechanische Streutheorie    272
10.3 Partialwellenmethode 273
10.3.1 Zerlegung nach Partialwellen    273
10.3.2 Exkurs uber Besselfunktionen     275
10.3.3 Radiallosung 279
10.3.4 Beispiel: Streuung an harter Kugel    281
10.3.5 Streuphasendarstellung, Optisches Theorem   282
10.3.6 Zuruck zur Streuung an harter Kugel     284
10.3.7 Integraldarstellung fur Streuphasen     287
10.3.8 Anwendung: Streuung langsamer Teilchen am Potentialtopf  290
10.3.9 Resonanzstreuung langsamer Teilchen am tiefen, breiten Potentialtopf 293
10.3.10 Breit-Wigner-Formel fur Resonanzstreuung    295
10.4 Bornsche Naherung 296
10.4.1 Integralform der Schrodinger-Gleichung   297
10.4.2 Bestimmung der Green’s-Funktion    298
10.4.3 Bornsche Darstellung der Streuamplitude   302
10.4.4 Erste Bornsche Naherung    303
10.4.5 Beispiel: Abgeschirmtes Coulombpotential=Yukawa-Potential  305
10.4.6 Bornsche Reihe 306
10.4.7 Gultigkeitsbereich der Bornschen N  aherung   307
11 Formale Streutheorie 309
11.1 Lippmann-Schwinger-Gleichung    309
11.2 Alternativer Zugang zur Lippmann-Schwinger-Gleichung   313
11.3 Die Streumatrix im zeitabhangigen Formalismus   317
11.4 Møllersche Operatoren 321
11.5 Die Transfermatrix 321
11.6 Goldene Regel, Optisches Theorem    322
11.7 Streutheorie bei Anwesenheit zweier Arten von Wechselwirkungen  325
11.7.1 Verzerrte Wellen-Naherung    328
12 Relativistische Quantenmechanik 331
12.1 Die Lorentz-Transformation 331
12.2 Minkowski-Raum 332
12.2.1 Vierer-Skalare, Vierer-Vektoren und Vierer-Tensoren   334
12.2.2 Freies Teilchen 335
12.3 Die Dirac-Gleichung 337
12.4 Losungen der freien Dirac-Gleichung    340
12.4.1 Ortunabhangige Losungen    340
12.4.2 Ebene Wellen-Losungen    341
12.4.3 Spinor-Normalisierung 344
12.4.4 Positron-Spinor 345
12.5 Alternative Form der Dirac-Gleichung    346
12.5.1 Erhaltungsgroßen fur das freie Fermiteilchen    347
12.5.2 Kontinuitatsgleichung und Zitterbewegung   349
12.6 Nichtrelativistischer Grenzfall der Dirac-Gleichung im elektromagnetischen Feld351
12.7 Feinstruktur als Konsequenz der Dirac-Gleichung   355
12.8 Exakte Losung der Dirac-Gleichung fur das Elektron im Coulomb-Feld   358
12.8.1 Energiequantelung 366
12.8.2 Eigenfunktionen 371
12.9 Die Foldy-Wouthuysen-Transformation fur stationare Zustande  377
12.9.1 Problemstellung 377
12.9.2 Die Foldy-Wouthuysen-Transformation im kraftefreien Fall  379
A Anhang 387
A.1 Empfohlene Literatur 387
A.1.1 Bucher zur Quantenmechanik:     387
A.1.2 Bucher fur mathematische Formeln (“Grundausstattung”):   387
A.1.3 Bucher fur mathematische Physik (“Grundausstattung”):   387

Donnerstag, 20. Oktober 2022

[ #eText ] MINT-Frauen: Lise Meitner - Die Österreichische Kernphysikerin


"Lise Meitner (* 17. November 1878 in Wien; † 27. Oktober 1968 in Cambridge) war eine österreichisch-schwedische Kernphysikerin. 


Unter anderem lieferte sie im Januar 1939 zusammen mit Otto Frisch die erste physikalisch-theoretische Erklärung der Kernspaltung, die ihr Kollege Otto Hahn und dessen Assistent Fritz Straßmann am 17. Dezember 1938 entdeckt und mit radiochemischen Methoden nachgewiesen hatten."
Service. Dies ist nur der Hinweis auf einen Beitrag eines hier verlinkten Weblogs, einer Website oder eines Downloads. Mehr erfährt man, wenn man den untenstehenden Links folgt! Nütze auch den Link „[Google Search] ⇒ “. Er liefert allenfalls einen aktuelleren Link im Falle einer Verwaisung und/oder auch zusätzliche oder aktuellere Infos! 

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Dienstag, 13. September 2022

[ #Digitalisat ] Einstein Archives Online


"Einstein Archives Online" ist das Ergebnis der Zusammenarbeit des Albert-Einstein-Archivs an der Hebräischen Universität von Jerusalem und des Einstein Papers Project am Institute of Technology in Kalifornien. 

Eigentlich unnötig zu betonen, dass viele Dokumente - insbesondere die frühen vor Einsteins Exil - in deutscher Sprache abgefasst und damit deutsch lesbar sind.

Ergänzt wird das Angebot durch umfangreiche Suchmöglichkeiten in mehr als 40.000 Dokumenten von Einstein oder zu Einstein. Dazu gehören auch seine persönliche Korrespondenz, Notiz- und Reisetagebucheinträge sowie Unterlagen anderer Personen.

Einstein Archives Online. Die Startseite präsentiert zunächst die üblichen Hinweise auf Förderer und Kooperationen, rechtliche Verhältnisse insbesondere hinsichtlich der Digitalisate, Links zu der seit Anfang 2001 bestehenden Web-Seite des konventionellen Einstein-Archivs bei der Hebrew-Universität sowie zu verwandten Unternehmungen wie dem "Einstein Papers Project". Bei letzterem handelt es sich um eine Zusammenarbeit der Universitäten zu Jerusalem und Princeton, die das Werk des Nobelpreisträgers herausgeben.

Die Informationen des elektronischen Archivs erschließen sich grundsätzlich über zwei Wege, nämlich das Findmittel und die Datenbank. Das Findmittel ist so aufgebaut, dass es zunächst Kontextinformationen wie Bestandsbezeichnung, Laufzeiten und Archivumfang anbietet, denen eine biographische Übersicht und eine allgemeine Beschreibung der Sammlung folgen.

Der Grundstock des Bestandes wurde noch zu Einsteins Lebzeiten zusammengestellt und nach seinem Tod 1955 zunächst von seiner Sekretärin Helen Dukas und dem Nachlassverwalter Otto Nathan betreut sowie seit 1982 durch das damals entsprechend Einsteins Testament eingerichtete Archiv an der Jerusalemer Hochschule durch Sammlungsgut ergänzt.

Testament. In seinem Testament verfügte Albert Einstein, das seine Sekretärin Helen Dukas (1896-1982) und Dr. Otto Nathan (deutsch-amerikanischer Nationalökonom, 1893-1987) zu ihren Lebzeiten seinen literarischen Nachlass verwalten sollten. Danach sollte er der Hebräischen Universität in Jerusalem gehören.

Zum Zeitpunkt seines Todes enthielt Einsteins schriftlicher Nachlass ca. 14.000 Stücke. Durch das große Engagement und Dank des unermüdlichen Einsatzes von Helen Dukas und Dr. Otto Nathan wurden sehr viele Dokumente Einsteins zusammengetragen, gesichtet, sortiert und ausgewertet. So konnte die Anzahl der Schriftstücke in den Jahren 1955 bis 1982 auf ca. 42.000 erweitert werden.

Um Einsteins schriftlichen Nachlass für Forscher besser zugänglich zu machen, führte Helen Dukas gemeinsam mit dem Physiker Gerald Holton in den 1960er Jahren ein neues Ordnungssystem ein.

1982 übertrugen die Nachlassverwalter die Rechte an Einsteins Nachlass der Hebräischen Universität in Jerusalem. Dort fand er seinen endgültigen Platz in der Jüdischen National- und Universitätsbibliothek, im dort eingerichteten Albert Einstein Archiv.

Heute befinden sich dort ca. 55.000 Archivstücke, wovon ca. 10.000, zum Teil in handschriftlicher Form, von Einstein selbst stammen. Die anderen Stücke sind Kopien bzw. Transkripte von Einstein Originalen sowie Briefe, Manuskripte usw. die Einstein erhalten hat.

Mehr. Duplikate des Jerusalemer Einstein Archivs gibt es in Pasadena, in Princeton und in Zürich (ETH). Kleinere Sammlungen von Einstein-Material befinden sich z. B. im Leo-Baeck-Institut in New York, im Staatsarchiv Preußischer Kulturbesitz in Berlin und im California Institute of Technology in Pasadena.

Weiteres Archivmaterial, das sich noch in Einsteins Haus in der Mercer Street 112 in Princeton befand, wie z.B. Tagebücher, Fotos, seine Medaillen und Urkunden, seine Schallplatten und Musiknoten, seine Sammlung von Sonderdrucken und seine Bibliothek, befinden sich heute ebenfalls im Albert Einstein Archiv.

"Das Archiv enthält die weltweit größte Sammlung von Einsteins Originalmanuskripten und schließt seine ausgedehnte Korrespondenz mit den einflussreichsten Physikern und Intellektuellen des 20. Jahrhunderts ein. Ein großer Bestand an Literatur und weiterem Material zu Einstein wird fortlaufend ergänzt.

Das Albert Einstein Archiv stellt eine außerordentlich wertvolle historische Quellensammlung dar. Es gilt als eine der bedeutendsten Quellen für die Geschichte der modernen Physik. Kaum weniger Bedeutung hat es als Fundort für Dokumente zur Geschichte des Pazifismus, des Sozialismus und des Zionismus, ebenso wie zur deutschen, jüdischen, europäischen und amerikanischen Geistesgeschichte, der politischen und der Sozialgeschichte des 20. Jahrhunderts."



[FREIHANDbuch]

Donnerstag, 8. September 2022

[ #eText ] Schutz der Nacht - Lichtverschmutzung, Biodiversität und Nachtlandschaft


Grundlagen, Folgen, Handlungsansätze, Beispiele guter Praxis 

Rund 60 Prozent der Europäer können die Milchstraße nicht mehr sehen. 99 Prozent von ihnen leben laut Lichtverschmutzungsatlas von 2016 unter einem von Lichtimmissionen beeinflussten Himmel. 

Die professionelle Astronomie hat sich mit ihren Einrichtungen und Instrumenten schon längst in entlegene Gebiete der Erde oder den Weltraum zurückgezogen. In einigen europäischen Ländern gelten gesetzliche Vorschriften – mit Augenmerk auf einen echten Nachthimmel, darunter in Frankreich, Kroatien, Tschechien sowie in einigen Regionen Italiens und Spaniens. Für Sternenparks gibt es eigene Empfehlungen.


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Montag, 8. August 2022

[ #FreeBook ] "Der Kohlrausch" - 3 Bde. Physik


Praktische Physik, Bände 1-3 als Digitalisat (Friedrich Kohlrausch, 24. Auflage, erschienen 1996 im Teubner-Verlag).

Manche Schriften erreichen eine solche Berühmtheit, dass ein Name allein genügt, um zu wissen, um welchen Buchtitel es sich handelt. Spricht ein Physiker von „dem Kohlrausch“, so wissen alle anderen Physiker, was gemeint ist, nämlich ein bis zum Ende des 20. Jahrhunderts stets fortgeführtes Lehrbuch der Experimentalphysik, das im Jahr 1870 von Friedrich Kohlrausch erstmals herausgegeben wurde. Aus der damals einbändigen Erstausgabe von rund 150 Seiten, dem „Leitfaden der Praktischen Physik“ (mit dem Untertitel „Zunächst für das Physikalische Praktikum in Göttingen“), wurde schließlich das 3-bändige Kompendium „Praktische Physik“, das letztmalig in 24. Auflage im Jahr 1996 gedruckt erschien (mit rund 2460 Seiten). Weitere Aktualisierungen „des Kohlrausch“ wird es nicht geben.

Da die PTB und ihre Vorgängerinstitution, die PTR, eng mit diesem Standardwerk der Experimentalphysik verknüpft sind (Friedrich Kohlrausch war Präsident der PTR von 1895 bis 1905; die meisten Autoren „des Kohlrausch“ waren PTR- bzw. PTB-Wissenschaftler), hat die PTB ihr 125-jähriges Jubiläum im Jahr 2012 zum Anlass genommen, die letzte verfügbare Auflage digitalisieren zu lassen, und stellt sie hier allen Interessierten als „Kohlrausch online“ zur Verfügung. „Der Kohlrausch“ ist ein Nachschlagewerk, das nicht nur wissenschaftshistorisch bedeutsam ist, sondern auch für heutige Experimentalphysiker noch nützliche Ratschläge und Informationen bietet.


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Donnerstag, 30. Juni 2022

[ #FreeBook ] Hans Jürgen Lüdde: Klassische Mechanik


Kostenloses eBook (nicht nur) für Studenten.

Mit der Klassischen Mechanik begann im 17. Jahrhundert das, was wir heute exakte Naturwissenschaften nennen: die Beobachtung von Naturphänomenen mit Hilfe kontrollierter und reproduzierbarer Experimente einerseits und deren mathematische Modellierung andererseits, mit dem Ziel, aus einer Fülle von Einzelbeobachtungen Naturgesetze abzuleiten.

Die mathematische Formulierung der Naturgesetze erlaubt wiederum die Herleitung neuer Zusammenhänge, die aus den ursprünglichen Beobachtungen nicht erkennbar waren. Dieses Buch gibt einen Überblick über die Newton’sche Mechanik und eine Einführung in die analytische Mechanik nach Hamilton und Lagrange. Der Text ist geeignet für Bachelor Studierende, die sich mit den Grundlagen der Theoretischen Physik vertraut machen wollen.

Der Autor. Hans Jürgen Lüdde hat 1981 an der Goethe-Universität, Frankfurt im Fach Theoretische Physik promoviert. Nach Forschungsaufenthalten in USA und Frankreich kehrte er wieder nach Frankfurt zurück und habilitierte 1990. Seit über 30 Jahren hält er Vorlesungen zu verschiedenen Themen der Theoretischen Physik. Seine Forschungsinteressen beinhalten u.a. die numerisch mathematische Behandlung des elektronischen Vielteilchen Problems. Darüber hinaus ist er Leiter des Hochleistungsrechenzentrums der Goethe-Universität.


[FREIHANDbuch]⇒

Lohnt sich ein Download? Ein kurzer Blick auf den Inhalt:

Inhaltsverzeichnis
1 Newtons Gesetze 1
1.1 Was beschreibt die Mechanik ?  1
1.2 Eine kurze Entwicklungsgeschichte der theoretischen Mechanik 1
1.3 Die Synthese: Newtons Gesetze  3
1.3.1 Kinematische Größen 3
1.3.2 Maßsysteme  4
1.3.3 Newtons Gesetze (moderne Formulierung) 5
1.4 Wie definiert man eine Masse? 7
1.5 Inertiale und beschleunigte Bezugssysteme 8
1.6 Beispiele 10
2 Bewegung in einer Dimension 13
2.1 Konstante Kräfte 13
2.1.1 Lösung der Bewegungsgleichung  13
2.1.2 Arbeit und Energie bei konstanter Kraft  18
2.1.3 Impuls und Leistung bei konstanter Kraft 20
2.2 Ortsabhängige Kräfte 20
2.2.1 Potentiale 22
2.2.2 Massenpunkte in der Nähe eines stabilen Gleichgewichtes 24
2.3 Geschwindigkeitsabhängige Kräfte 24
3 Oszillatoren 27
3.1 Der reibungsfreie harmonische Oszillator 29
3.2 Energie des freien harmonischen Oszillators 32
3.3 Gedämpfter harmonischer Oszillator 33
3.4 Der Phasenraum 38
3.5 Der getriebene Oszillator 39
3.6 Gekoppelte Oszillatoren 41
3.7 Nichtlineare Oszillatoren 43
3.8 Das freie mathematische Pendel  45
3.9 Das getriebene mathematische Pendel - chaotische Bewegungsformen 48
4 Bewegung zweier Massenpunkte 55
4.1 Der Schwerpunkt - Bewegung des Systems 56
4.2 Die Relativkoordinate - Interne Bewegung der Massenpunkte  57
4.3 Stöße  58
4.3.1 Elastische Stöße 58
4.3.2 Inelastische Stöße 62
4.4 Schwerpunkt- und Relativkoordinaten eines Systems mit N Massenpunkten 63
4.5 Bewegung einer Rakete 65
5 Bewegung in 3 Dimensionen - das Keplerproblem 67
5.1 Arbeit und Energie in 3 Dimensionen 67
5.2 Drehmoment und Drehimpuls 70
5.3 Zentralkräfte  72
5.4 Planetenbewegung als Einkörperproblem 72
6 Beschleunigte Bezugssysteme 79
6.1 Beschleunigte Bezugssysteme 79
6.2 Scheinkräfte auf der Erdoberfläche 82
6.2.1 Die Zentrifugalkraft  82
6.2.2 Die Corioliskraft 84
6.3 Gezeitenkräfte  87
7 Bewegung starrer Körper 93
7.1 Die kinetische Energie und der Trägheitstensor 93
7.2 Berechnung von Trägheitsmomenten 95
7.2.1 Das Parallelachsen-Theorem: Satz von Steiner (1796-1863)  95
7.2.2 Trägheitsmoment einfacher starrer Körper 97
7.3 Der Drehimpuls - Bewegungsgleichung eines starren Körpers  102
7.4 Hauptachsentransformation 104
7.5 Beispiele 105
8 Einfuhrung in die analytische Mechanik 113 ¨
8.1 Hamilton’s Prinzip  114
8.1.1 Variationsrechnung  115

Donnerstag, 16. Juni 2022

[ #eText ] Grundlagen der Quantenmechanik und Statistik


[Free eBook] Das vorliegende Skript kann (und soll) kein Lehrbuch ersetzen. Aber dieses Skript basiert auf der Vorlesung „Grundlagen der Quantenmechanik und Statistik“aus den Sommersemestern 2007 und 2008 an der Ruhr-Universität Bochum (gehalten von PD Dr. Horst Fichtner) und hat damit nicht nur akademische Weihen sondern verspricht auch eine gewisse sachorientierte Vollständigkeit, was sich ja auch aus dem Inhalt ergibt.


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Inhaltsverzeichnis
Vorwort 
I. Quantenmechanik 1
1. Warum Quantentheorie? 3
1.1. Teilchencharakter der Strahlung 3
1.1.1. Die Planck’sche Strahlungsformel  4
1.1.2. Der Photoe ekt 8
1.1.3. Der Compton-E ekt 9
1.2. Wellencharakter der Materie  10
1.2.1. Die Atommodelle von Rutherford und Bohr  10
1.2.2. Die Materiewellen  13
1.2.3. Interferenz von Materiewellen  15
1.3. Die Einordnung der Quantenmechanik 16
2. Wellenmechanik 17
2.1. Die Wellenfunktion  17
2.2. Die Dispersionsrelation für Materiewellen  19
2.3. Die Klein-Gordon- und die Schrödingergleichung  20
2.4. Eigenschaften der Schrödinger-Gleichung  24
2.5. Die Interpretation der Wellenfunktion 25
2.6. Erwartungswerte, Operatoren und das Korrespondenzprinzip  28
2.7. Die Eigenschaften der quantenmechanischen Operatoren  30
2.8. Die bra- und ket-Vektoren und der Hilbertraum  31
2.9. Die Heisenberg’sche Unschärferelation  32
3. Lösung der Schrödinger-Gleichung für spezielle physikalische Systeme 37
3.1. Das freie Teilchen  37
3.2. Der eindimensionale harmonische Oszillator  38
3.3. Allgemeines zu Potentialen, gebundenen und Streuzuständen  42
3.4. Der Tunnele ekt  45
3.4.1. Die WKB-Approximation  45
3.4.2. -Zerfall als Beispiel für den Tunnele ekt 48
3.5. Konservative Zentralkraftsysteme  50
3.5.1. Der Drehimpulsoperator  51
3.5.2. Das Wassersto atom  54
3.5.3. Die Feinstruktur des Wassersto atoms  62
4. Systeme von Quanten 67
4.1. Die Schrödinger-Gleichung für Teilchensysteme  67
4.2. Das Periodensystem der Elemente  69
5. Die Interpretation(sprobleme) der Quantenmechanik 71
II. Statistik 75
6. Warum Statistik (=ˆ statistische Mechanik)? 77
6.1. Pragmatische Motivation  77
6.2. „Prinzipielle“ Motivation  78
6.3. Physikalische Motivation  78
6.4. Hauptsätze der Thermodynamik  78
7. Kinetische Gastheorie 81
7.1. Verteilungsfunktionen und Momente  81
7.2. Die Maxwell’sche (Geschwindigkeits-)Verteilung und das ideale Gas 84
7.3. Die (Informations)Entropie  85
7.3.1. Allgemeine Betrachtung  85
7.3.2. Anwendung auf ein thermodynamisches System 86
7.3.3. Anwendung auf ein ideales Gas   87
7.3.4. Exkurs: Volumen eines Zustands im -Raum  90
8. Thermodynamik 91
8.1. Zustandsgrößen 91
8.2. Temperatur und Entropie 92
8.3. Zustandsänderungen: reversible und irreversible Prozesse 94
8.4. Die Hauptsätze 95
8.5. Zustandsgleichungen   95
8.5.1. Das ideale Gas  96
8.5.2. Das reale Gas 98
8.5.3. Flüssige und feste Stoffe  100
8.6. Der Carnot’sche Kreisprozess  101
8.7. Die thermodynamischen Potentiale 103
8.7.1. Konstante Teilchenzahl ( dN = 0) 103
8.7.2. Variable Teilchenzahl ( dN , 0)  106
9. Statistische Mechanik 109
9.1. Die Zustandssumme und die statistischen Gesamtheiten   109
9.1.1. Die Zustandssumme    109
9.1.2. Die statistischen Gesamtheiten  111
9.1.3. Die Zustandssumme des klassischen idealen Gases 113
9.2. Phasenraumdichte und Dichtematrix 114
9.2.1. Mikrodynamik im (klassischen) Phasenraum  114
9.2.2. Mikrodynamik im (quantenmechnischen) Hilbert-Raum 117
9.3. (Ideale) Quantengase 118
9.3.1. Die Zustandssumme und Besetzungszahlen 119
9.3.2. Bose-Einstein- und Fermi-Dirac-Statistik 120
9.3.3. Entropie der (idealen) Quantengase  121
9.3.4. Quantenstatistische Anwendung: das Photonengas 122
III. Anhang 125
A. Abschließender Überblick: Das Grundgerüst der Theoretischen Physik 127
A.1. Die Theoretische Physik im Studium  127
A.2. Mathematische Beschreibung 128
A.3. Die Grundgleichungen 128
B. Mathematische Grundlagen 129
B.1. Operatoren und Skalarprodukt 129
C. Periodensystem 131
D. Verzeichnisse 133
Literatur 133
Tabellenverzeichnis  135
Abbildungsverzeichnis  135 

Freitag, 9. Juli 2021

[ #Digitalisat ] Digital: Annalen der Physik: Hertz, Einstein, Planck, ...


Die Annalen der Physik sind eine bedeutende physikalische Fachzeitschrift. Sie erscheint seit 1799. 


Annalen (lateinisch (libri) annales, zu: annus = Jahr) steht als Pluralwort für chronologische Aufzeichnungen wichtiger Begebenheiten und Ereignisse eines Jahres. Die Bezeichnung Annalen wird auch häufig für Jahresberichte, Geschichtswerke und als Titel von Zeitschriften verwendet. So eben auch bei den  Annalen der Physik. Sie zählte zu den bedeutendsten Fachzeitschriften. Somit geben die dort veröffentlichten Artikel einen umfassenden Überblick über die Forschungstätigkeit in der Vergangenheit. Darüber hinaus sind die Artikel dort heute überwiegend ohne größere fachliche Vorkenntnisse zu verstehen und aus heutiger Sicht gelegentlich amüsant.

Wikipedia weiß aber auch, dass in den Annalen der Physik eine Vielzahl von bahnbrechenden wissenschaftlichen Erkenntnissen publiziert worden sind, so unter anderem:
Heinrich Hertz. Nachweis der von J.C. Maxwell vorhergesagten elektromagnetischen Wellen: Über sehr schnelle elektrische Schwingungen. Annalen der Physik 267, S. 421-448, 1887 die Entdeckung des lichtelektrischen Effekts (Photoeffekt): Ueber den Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung. Annalen der Physik 267, S. 983ff, 1887 
Max Planck. Die Geburtsstunde der Quantenphysik: Ueber das Gesetz der Energieverteilung im Normalspectrum. Annalen der Physik 309, S. 553-563
Albert Einstein. Die Erklärung des Photoeffekts: Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt, Annalen der Physik 322, S. 132–148, 1905
Die erste Arbeit zur Speziellen Relativitätstheorie: Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen der Physik 322, S. 891–921, 1905
Über die brownsche Bewegung: Über die von der molekulartheoretischen Theorie der Wärme geforderten Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen. Annalen der Physik 322, S. 549–560, 1905
Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie im gleichnamigen Aufsatz: Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie, Annalen der Physik 354, S. 769ff, 1916

 

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Montag, 25. Januar 2021

[ #FreeBook ] Einsteins Kolleginnen: Potraits von acht Wissenschafterinnen als PDF-Book


Das ~100seitige PDF-Buch "Einsteins Kolleginnen - Physikerinnen gestern und heute" wurde im Rahmen des Projektes "Gender im Einsteinjahr" für das Wissenschaftsjahr 2005 entwickelt.

Service. Dies ist nur der Hinweis auf einen Beitrag eines hier verlinkten Weblogs, einer Website oder eines Downloads. Mehr erfährt man, wenn man den untenstehenden Links folgt! Nütze auch den Link „[Google Search] ⇒ “. Er liefert allenfalls einen aktuelleren Link im Falle einer Verwaisung und/oder auch zusätzliche oder aktuellere Infos!

 [ #FREIHANDbuch ] 

Samstag, 30. Mai 2020

[ #eText ] Repetitorium der Atomphysik


Das Repetitorium gibt einen Überblick über die Grundlagen der Atomphysik wesentlich am Wasserstoffatom. 

Zur Illustration laden drei Windows-Programme ein (Rutherford, Bohr und Schrödinger). Dazu Paschen-Back-Effekt, Hundtsche Regeln, Hyperfeinstruktur, Schwingungs- und Rotationsübergänge.
Service. Dies ist nur der Hinweis auf einen Beitrag eines hier verlinkten Weblogs, einer Website oder eines Downloads. Mehr erfährt man, wenn man den untenstehenden Links folgt! Nütze auch den Link „[Google Search] ⇒ “. Er liefert allenfalls einen aktuelleren Link im Falle einer Verwaisung und/oder auch zusätzliche oder aktuellere Infos!

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Mittwoch, 29. April 2020

[ #eText ] Mechanik - Vorlesungsskriptum


[Free eBook] Die Mechanik als Teilgebiet der Physik befasst sich mit der Bewegung von Körpern und der Einwirkung von Kräften. Die Grundgesetze der Mechanik wurden von Galileo Galilei (1564–1642) und Isaac Newton (1643–1727) entwickelt. Bis ins 19. Jhd. galten sämtliche physikalischen Erscheinungen als Folge mechanischer Vorgänge.


Ausgangspunkt der Physik. Historisch gesehen ist die klassische Mechanik der Ausgangspunkt der Physik im modernen Sinne. Viele alltägliche Phänomene werden durch die klassische Mechanik ausreichend genau beschrieben. Trotzdem wurden im Verlauf der Geschichte Phänomene entdeckt, die mit der klassischen Mechanik nicht mehr erklärt oder nicht mehr in Einklang gebracht werden können. In diesen Bereichen wurde die klassische Mechanik durch eine genauere Theorie ersetzt, wie z.B. durch die spezielle Relativitätstheorie oder die Quantenmechanik. Die Grundlagen zur Mechanik wurden aus einer Vielzahl von Beobachtungen zusammengetragen, und haben ihre Verallgemeinerung in einer mathematischen Sprache gefunden.

Ruhr-Universität Bochum. Ein Lob gebühren der Universität und dem Autor dafür, dass sie das "Script" unentgeltlich öffentlich zugänglich gemacht haben. Das ist nicht nur im deutschen Sprachraum noch keineswegs eine Selbstverständlichkeit und wirkt in praxi dem Vorurteil vom Elfenbeinturm wirksam entgegen.

 [ #FREIHANDbuch ] 
                Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität Bochum
                Institut für Theoretische Physik
                Weltraum- und Astrophysik
                Manuskript zur Vorlesung
                Theoretische Physik I:
                Mechanik
                basierend auf der Vorlesung von
                Reinhard Schlickeiser 3. Auflage
                Institut für Theoretische Physik
                Lehrstuhl IV: Weltraum- und Astrophysik
                Bochum 2009
                279 Seiten, pdf, 1,43 MB, 2.10.2009

        Samstag, 25. April 2020

        [ #eText ] Historie der Schallaufzeichnung

        Die Historie, die anlässlich des 50jährigen Bestehens des Deutschen Rundfukarchivs von einem langjährigen Mitabeiter der Tontechnik zusammengestellt wurde, bietet einen detaillierten Einblick in die Stadien der Schallspeicherung. 

        Die Entwicklung reicht vom Nadel- über den Magnet- und Lichtton bis zur digitalen Aufzeichnung.

         
        Historie der Schallaufzeichnung.   Das gesprochene Wort, der Gesang, Klänge, Geräusche – Schall, ein Medium, das nur im Augenblick des Entstehens erlebbar wird, mit den angeborenen Fähigkeiten der Menschen nicht mehr rückholbar, dem Schall, so scheint es, wohnen mystische Eigenschaften bei. Nur über den Weg der Erinnerung an Schallereignisse sind wir in der Lage, Gesagtes in die Form eines gedanklichen Echos zu bringen. Weiterreichen läßt sich dieser Zustand allerdings nicht. Kein Wunder also, daß Menschen schon vor langer Zeit dem Phänomen Schall und dessen Konservierung nachgingen. Das Problem tauchte in den geschichtlichen Fernen der Vergangenheit immer wieder auf. Die "Historie der Schallaufzeichnung" bietet einen detaillierten Einblick in die verschiedenen Stadien der Schallspeicherung.

        Inhalt: Wie alles begann. - Nadelton. Mit Nadel und Membran - Edisons Walzenstory - Unschlagbare Konkurrenz: Die Schallplatte - Die elektrische Revolution - Zwei Ohren hören mehr - Magnetton.Elektrisierende Grundlagen - Ein Däne auf Draht - Am laufenden Band - Lichtton. Klangbild auf Zelluloid - Von Sprossen und Zacken - Digitalaufzeichnung. Geschichten aus "Null" und "Einer" Nacht - Grenzbereich: Mechanische Musikinstrumente. Faszination des Unsichtbaren - Literatur.


         [FREIHANDbuch]⇒