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Kontrollfragen zur Vorlesung Wintersemester 2013/2014 1. Was

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Kontrollfragen zur Vorlesung Wintersemester 2013/2014
1.
Was besagen die Kirchhoff'schen Strahlungsgesetze?
2.
Wie lautet die Planck'sche Strahlungsformel?
3.
Aufgrund welcher Experimente kam Max Planck zu seiner Strahlungsformel?
4.
Was besagt das Wien'sche Verschiebungsgesetz?
5.
Wie lautet das Stefan-Boltzmann'sche Strahlungsgesetz?
6.
Worauf beruht die Einstein´sche Ableitung der Planck´schen Strahlungsformel?
7.
Wie unterscheiden sich spontane und stimulierte Emission?
8.
Wie wird die Hintergrundstrahlung des Weltalls gemessen und auf welche
Temperatur des „Schwarzen Strahlers“ Weltall kommt man?
9.
Was besagt der Franck-Hertz-Versuch?
10.
Auf welchen Annahmen beruht das Bohr'sche Atommodell?
11.
Wie groß ist der Bohr'sche Radius?
12.
Worin liegen die Defizite des Bohr'schen Atommodells?
13.
Wie lautet die Schrödingergleichung
im stationären Fall
im zeitabhängigen Fall?
14.
Wie wird eine Materialwelle an einer Wand reflektiert – wie unterscheiden sich
das klassische und das quantenmechanische Bild?
15.
Was besagt der Tunneleffekt?
16.
Was ist das klassische Analogon zum Tunneleffekt?
17.
Nennen Sie Beispiele, in denen der Tunneleffekt eine entscheidende Rolle spielt.
18.
Was ist das Prinzip der Tunnelmikroskopie?
19.
Was ist das Prinzip der Rasterkraftmikroskopie?
20.
Wie lauten die Wellenfunktionen für einen quantenmechanischen (linearen)
harmonischen Oszillator? Was sind die zugehörigen Eigenwerte?
21.
Leiten Sie die Heisenbergsche Unschärferelation aus der Abschätzung des
räumlichen Auflösungsvermögens eines Lichtmikroskops ab.
22.
Wie wird im Rahmen der Quantenmechanik ein „freies“ und ein lokalisiertes
Teilchen dargestellt?
23.
Wie kommt man zur Lösung der Schrödingergleichung für ein Teilchen in einem
kugelsymmetrischen Potential?
24.
Durch welche Quantenzahlen sind die Kugeloberflächenfunktionen
charakterisiert?
25.
Warum hängen die Kugeloberflächenfunktionen nicht von dem Radialverlauf des
Potentials ab?
26.
Wie hängen die Kugeloberflächenfunktionen von den Winkeln θ und ϕ ab?
27.
Wie lautet die Schrödingergleichung für Einelektronen-Atome?
28.
Warum macht die Trennung von Schwerpunkt- und Relativbewegung Sinn?
29.
Wieviele Quantenzahlen braucht man zur Charakterisierung der Wellenfunktion
des H-Atoms?
30.
Was besagt der Entartungsgrad eines quantenmechanischen Zustandes?
31.
Wie verhält sich die radiale Aufenthaltswahrscheinlichkeit mit größer werdender
Quantenzahlen n und l?
32.
Wie ist der Erwartungswert für eine quantenmechanische Variable definiert?
33.
Wie groß ist der Erwartungswert r für den mittleren Abstand des Elektrons vom
Kern für den Grundzustand (1s ) des H-Atoms? Stimmt er mit dem Bohr´schen
Radius überein?
34.
Was ist der Wertebereich der Quantenzahlen n,l,m? Welche mathematischen
Überlegungen haben die Hauptrolle gespielt?
35.
Wie ist die Rydbergkonstante definiert?
36.
Welche Bedeutung haben die Quantenzahlen n, l, m?
37.
Welche Experimente beweisen die Existenz des Elektronenspins?
38.
Wie viele Einstellungen des Spins sind möglich?
39.
Was besagt der Einstein-de-Haas-Effekt?
40.
Wie kann man den Landé-Faktor direkt messen und welche theoretische
Begründung hat er?
41.
Was besagt die Spin-Bahn-Kopplung und in welcher Weise wirkt sie sich auf die
Feinstruktur der Spektren aus?
42.
Wie ist das Bohr´sche Magneton definiert?
43.
Wie unterscheiden sich Bahndrehimpuls und Spin?
44.
Gibt es eine klassische Interpretation des Spins?
45.
Was beschreibt der Landé-Faktor g, wie kann er gemessen werden?
46.
Was ist der prinzipielle Aufbau eines Elektron-Spin- Resonanz (ESR)Spektrometers?
47.
Wie lautet die Schrödinger-Gleichung für das Heliumatom?
48.
Warum ist die Wellenfunktion nicht mehr in einen Radial- und einen Winkelanteil
separierbar?
49.
Wie lautet das Termschema des Heliums?
50.
Worin unterscheiden sich Para- und Ortho-Helium?
51.
Was besagt das Pauli-Prinzip?
52.
.Welche experimentelle Beobachtung war der Ausgangspunkt für das PauliPrinzip?
53.
Nennen Sie äquivalente Formulierungen des Pauli-Prinzips
54.
Gemäß welcher Nomenklatur werden Energiezustände von Atomen
gekennzeichnet?
55.
Wie unterscheiden sich ein Singluett und ein Triplett Zustand? Beschreiben Sie
die jeweiligen Einstellmöglichkeiten des Spins.
56.
Wie sind die Spinmatrizen definiert?
57.
Was besagt der normale, was der anomale Zeeman-Effekt?
58.
Wie unterscheidet sich der normale Zeeman-Effekt bei transversaler und
longitudinaler Beobachtung?
59.
Wie wirkt sich die Spin-Bahn-Kopplung bei dem anomalen Zeeman-Effekt aus?
60.
Zeichnen Sie das Vektor-Diagramm für die Addition der Drehimpulse j = l + s
G
G
G
und der magnetischen Momente μ j = μs + μl .
61.
Welchen Zahlenwert hat der Landé-Faktor für reinen Bahn-Magnetismus und
reinen Spin-Magnetismus?
62.
Unter welchen Bedingungen tritt der Paschen-Back-Effekt auf?
63.
Wie ändert sich das Vektordiagramm im Falle des Paschen-Back-Effekts?
64.
Was besagt die Hund'sche Regel?
65.
In welcher Weise unterscheidet sich die elektronische Struktur eines Alkali von
einem Halogen-Atom?
66.
Wieviel Elektronen können sich in dem (neutralen) Atom befinden, in dem im
Grundzustand die K-, L-Schalen und die 3s-Unterschale sowie die 3pUnterschale mit zwei Elektronen belegt sind? Welches Atom ist das?
67.
Welche Quantenzahlen besitzt das Außen-(Valenz-) Elektron des Natriumatoms
im Grundzustand?
68.
Schreiben Sie die Elektronenkonfigurationen für folgende Atome auf: 1) Neon;
2) Nickel; 3) Germanium.
69.
Was ist das Prinzip einer Valenzbindung ?
70.
Nennen Sie Beispiele für Valenzbindungen.
71.
Was ist das Prinzip einer van-der-Waals-Bindung?
72.
Nennen Sie Beispiele für van-der-Waals-Bindungen.
73.
Warum ist die van-der-Waals-Bindung anziehend?
74.
Bei welchem physikalischen Prozess spielt die van-der Waals-Bindung die
entscheidende Rolle?
75.
Mit welcher Potenz klingt die Wechselwirkungsenergie mit dem Abstand bei
der "van-der-Waals-Bindung" ab?
76.
Was ist eine Multipolentwicklung?
77.
Mit welcher Potenz klingt die Dipol-Dipol Wechselwirkungsenergie ab?
78.
Was ist das Prinzip der Ionischen Bindung?
79.
Nennen Sie Beispiele für Ionische Bindungen.
80.
Was ist das Prinzip der Wasserstoffbrücken Bindung?
81.
Nennen Sie Beispiele für Wasserstoffbrücken Bindungen?
82.
Was ist ein Lennard-Jones-Potential?
83.
Erklären Sie die einzelnen Beiträge zu einem Lennard-Jones-Potential.
84.
Was ist eine σ-, was ist eine π-Bindung? Wie kommen sie zustande?
85.
Was heißt Hybridisierung und welche physikalischen Ursachen hat sie?
86.
Wie unterscheiden sich die Hybridtypen sp, sp2, sp3, sp2d,sp3d, sp3d2?
87.
Welche Information enthält ein Walsh-Diagramm?
88.
Wie kommen delokalisierte π-Elektronensysteme zustande?
89.
Was besagt die Born-Oppenheimer-Näherung?
G
G
G
90.
Was besagt das Franck-Condon-Prinzip, wie zeigt es sich in Spektren?
91.
Wie hängen die Auswahlregeln bei Übergängen zwischen zwei atomaren
Zuständen mit Erhaltungssätzen und den Symmetrieeigenschaften zusammen?
92.
Unter welchen Bedingungen gelten die Auswahlregeln nicht mehr in Strenge?
93.
Das Spektrum der elektromagnetischen Welle überstreicht mehr als 20
Größenordnungen und es reicht von extrem niedrigen Frequenzen (<10-2Hz) bis
zum Spektralgebiet der Gammastrahlung (≥ 1020Hz). Welche unterschiedlichen
Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie finden bei welcher Frequenz bzw.
Energie der Photonen statt?
94.
Was bestimmt den mikroskopische Ursprung des Brechungsindex n*?
95.
Warum sind der Brechungsindex n* und die dielektrische Funktion
komplexe Größe?
96.
Welchen Effekt beschreibt der Realteil n´ des komplexen Brechungsindex n* und
welchen der Imaginärteil n´´ ?
97.
Welchen Effekt beschreibt der Realteil
* und welchen der Imaginärteil ´´ ?
98.
Wie sind der komplexe Brechungsindex n* und die komplexe dielektrische
Funktion ε* miteinander verküpft?
99.
Wie hängt der Imaginärteil n´´ von n* mit dem Absorptionskoeffizienten des
Lambert-Beer'schen Gesetzes zusammen?
100.
Was besagen die Kramers-Kronig-Beziehungen? Unter welchen
Vorraussetzungen gelten sie ?
101.
Durch welche Eigenschaften sind normale Dispersion und anomale Dispersion
charakterisiert?
102.
Weder n* noch ε* sind konstant; sie hängen von Frequenz, Temperatur und
Druck in charakteristischer Weise ab. Unter welchen Vorraussetzungen ist es
trotzdem manchmal möglich von der Dielektrizitätskonstanten zu sprechen und
den Brechungsindex als konstant anzunehmen?.
103.
Wie lautet die Formel für den quantenmechanischen Rotator?
104.
Was ist ein Morse-Potential?
105.
Welche molekulare Information gewinnt man aus IR-Spektren?
106.
Wie viele Schwingungsmoden hat ein N-atomiges Molekül?
107.
Unter welchen Bedingungen sind Schwingungsmoden IR-aktiv, wann sind sie
Raman-aktiv?
108.
Was ist das Prinzip eines Fourierspektrometers?
109.
Was besagt der Multiplex-, was der Throughput-Vorteil?
110.
Wodurch ist das spektrale Auflösungsvermögen eines Gitter- Spektrometers
und eines Fourierspektrometers bestimmt?
111.
Warum braucht man eine Apodisationsfunktion?
112.
Wie wirkt sich die Apodisationsfunktion auf das spektrale Auflösungsvermögen
aus?
113.
Was ist das Prinzip des Raman-Effektes?
114.
Was sind Stokes- und was Anti-Stokes Linien? Was kann man aus dem
Verhältnis ihrer Intensitäten lernen?
* i. A.
´ der komplexen dielektrischen Funktion
115.
In welcher Weise ergänzen sich IR und Raman-Spektroskopie?
116.
Was ist sind die Vor-und Nachteile der Raman-Spektroskopie?
117.
Was ist das Prinzip eines Gitterspektrometers?
118.
Wodurch ist das spektrale Auflösungsvermögen eines Gitter-Spektrometers oder
eines Prismen-Spektrometers bestimmt?
119.
Was ist ein Relaxationsprozess? Wie unterscheidet er sich von
Schwingung?
120.
Welche Annahmen liegen der Debye Formel zugrunde?
121.
Was besagt die Langevin Funktion?
122.
Was ist der Informationsgehalt dielektrischer Spektren?
123.
Nennen Sie Beispiele für dielektrisch aktive Verlustprozesse.
124.
Was besagt ein Jablonski-Diagramm
125.
Was ist der Unterschied zwischen Fluoreszenz und Phosphoreszenz?
126.
Durch welche Mechanismen kann die Fluoreszenz unterdrückt werden?
127.
Was ist das Prinzip der konfokalen Mikroskopie?
128.
Welche Auflösung lässt sich mit einem konfokalen Mikroskop realisieren?
129.
Was ist das Prinzip der Stimulated Emission Depletion (STED) Mikroskopie.
Welche laterale Auflösung kann damit erreicht werden?
130.
Was ist eine Correlationsfunktion? Welche Eigenschaften hat sie?
131.
Was ist das Prinzip der Fluoreszenz-Correlations-Spektroskopie (FCS)?
132.
Was ist das Prinzip eines Lasers?
133.
Wie lauten die Ratengleichungen bei einem 3-Niveau-System?
134.
Wodurch ist die Laserschwelle bestimmt?
135.
Nennen Sie einige Lasertypen!
136.
Was ist ein Freie-Elektronen-Laser?
137.
Nennen Sie Beispiele aus dem Alltag, in dem Laser eine Rolle spielen?
138.
Wie lautet die Langevin-Gleichung für ein fluktuierendes Teilchen?
139.
Was besagt das Fluktuations-Dissipations-Theorem?
140.
Welche Beziehung besteht zwischen spektraler Leistungsdichte und der
Geschwindigkeits-Korrelationsfunktion?
141.
Welches experimentelle Ergebnis bildet den Ausgangspunkt der
Quantenmechanik
142.
In welchem Jahr hatte A. Einstein sein „annum mirabilis? Welche
bahnbrechenden Erkenntnisse hat er dabei errungen?
143.
Für welche Arbeit wurde A. Einstein wann mit dem Nobelpreis ausgezeichnet?
144.
Was ist der zentrale Beitrag von W. Heisenberg zu der Formulierung der
Quantenmechanik? Wann gelang dieser Durchbruch?
145.
Was ist der zentrale Beitrag von E. Schrödinger zu der Formulierung der
Quantenmechanik? Wann gelang dieser Durchbruch?
146.
Was ist die Kernaussage der „Kopenhagener Interpretation der
Quantenmechanik“?
einer
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