Eigenschaften des Photons

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1 Eigenschaften des Photons Das Photon ist das Energiequant der elektromagnetischen Wellen, d.h. Licht hat wie von Einstein postuliert nicht nur Wellencharakter, sondern auch Teilchencharakter mit den oben angegebenen Eigenschaften (Einstein bekam den Nobelpreis für den photoelektrischen Effekt und nicht wie gemeinhin angenommen für die Relativitätstheorie). Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

2 Teilchencharakter des Photons aus: Photoeffekt Comptonstreuung Gravitation Plancksche Temperaturstrahlung Wellencharakter des Elektrons aus: Interferenz bei Beugung an Kristallen oder Doppelspalt Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

3 Wechselwirkung zwischen Photonen und Materie Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

4 Wechselwirkungen zwischen Photonen und Materie pe: Photoeffekt; : Rayleighstreuung; : Comptonstreuung; : nuc Paarproduktion im Kernfeld; : e Paarproduktion im Elektronenfeld; : gdr Absorption des Photons vom Kern (Quelle: Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

5 De-Broglie Beziehung Photon: E=hv=hc/ und E 2 =p 2 c 2 +m 2 c 4 Daher: für m=0 gilt: E=pc=hc/ oder p=h/ (de Broglie) Um Interferenzen der Elektronen zu erklären postulierte de Broglie das diese Beziehung auch für Teilchen gilt! Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

6 Winkelabhängigkeit der Rutherford-Streuung Interpretation: Masse von Goldatom schwerer als Masse von 4 He Atom und diese Masse ist konzentriert in einem Kern mit einem Radius R von ca cm mit Ladung Ze. Rutherford konnte zeigen, dass die 1/sin 4 (θ/2) Abhängigkeit der Winkelverteilung gerade die Coulomb Streuung an einer punktförmigen Ladung entspricht. Ze= Ladung des Kerns 2e= Ladung des He-Atoms Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

7 Vollständiges Termschema des H-Atoms Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

8 Frank-Hertz Versuch beweist Energie Quantelung der Energieniveaus Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

9 Auswahlregeln für erlaubte Übergänge Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

10 Räumliche Einstellung eines Drehimpulses: 2l+1 Einstellungen Eigenfunktionen des Drehimpulsoperators sind die Kugelflächenfunktionen. Für jedes Paar Quantenzahlen l,m gibt es eine eigene Funktion Y l,m (,φ) Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

11 Zusammenfassung Spin des Elektrons Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

12 Zusammenfassung Spin-Bahn-Kopplung Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

13 Energieverschiebung durch Spin-Bahn-Kopplung 2L.S und Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

14 Der anomale Zeeman-Effekt (mit Spin) (= Normalfall!) Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

15 Berechnung des Landé-Faktors Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

16 Paschen-Back-Effekt Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

17 Vektormodell für J=L+S Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

18 Röntgenstrahlung Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

19 Aufbau eines Lasers 3 Komponenten: Medium mit metastabilen Energieniveaus Resonator mit Spiegeln Energiequelle zum Pumpen Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

20 Pumpen eines Lasers Um die Elektronen in einen angeregten Zustand zu bringen, muß der Laser "gepumpt" werden. Dies kann z.b. durch Gasentladung, Licht oder andere Laser geschehen. Bei einem 3-Niveau-Laser wird dabei ein Elektron in ein noch höheres Energieniveau gebracht und fällt dann wieder auf das Energieniveau E2 zurück (siehe Skizze). Die dabei entstehende Energie wird als Wärme abgegeben. Freq. des Lasers: Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

21 Periodensystem mit Elektronen-Konfiguration Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

22 Elektronenanordnung im Grundzustand Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

23 Beispiel der QZ für die np 2 Konfiguration B S A A S A S S A S S A Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

24 Verbotene QZ Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

25 Homonukleare Moleküle Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

26 sp-hybridisierung Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

27 Heteronukleare Moleküle Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

28 Vielatomige Moleküle Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

29 sp 3 -Hybridwellenfunktion Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

30 Zusammenfassung Schwingungen denn dann symmetrische Ladungsverteilung Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

31 Zusammenfassung: Molekülare Rotation Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

32 Rotation-und Vibrationsspektren P Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

33 Rotations-Schwingungspektroskopie Wichtigste Auswahlregeln bei der Rotations- Schwingungsspektroskopie: n= 1 für Schwingungen l= 1,0 für Rotationen Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,

34 IR und Raman Spektroskopie Energieniveaus bei Raman Streuung.Die Liniendicke ist proportional zur Intensität. Wim de Boer, Karlsruhe Atome und Moleküle,