Molekülphysik und Umweltphysik
Vorbereitungskurs zur Diplomprüfung in Experimentalphysik WS01/02
Diese Seite strukturiert den Stoff der Kursvorlesung Physik IV und gibt
Hinweise zur Vorbereitung (Literatur...). Wenn Sie die Testfragen
(die so ähnlich in einer Prüfung gestellt werden
könnten)
locker beantworten können, dann sind Ihre
Prüfungsvorbereitungen
schon ziemlich weit gediehen. Sie dienen der Überprüfung des
'physikalischen Verständnisses'. Solche Fragen sind schwieriger zu
beantworten als Fragen zum 'Faktenwissen'. In einer Prüfung werden
natürlich auch viele Fragen gestellt, die einfach Fakten abfragen.
Beispiele wären:
Testfragen dieser Farbe
gehen
über die Atomphysik hinaus - sehr beliebt bei Prüfungen.
10) Moleküle
10.1) Molekülbindung
- Kovalente Bindung und Ionenbindung qualitativ
- Das H2+ Molekül: Schrödingergleichung für festen
Protonenabstand,
Näherungslösung mit LCAO, Berechnung der Energie in
Störungsrechnung.
Symmetrischer Bindungszustand; Energie, Wellenfunktion, Rolle der
Austauschenergie
- Das H2 Molekül: Schrödingergleichung. Ansatz mit
Einteilchen
Wasserstoffwellenfunktionen. Para- und Orthowasserstoff. Berechnung der
Coulombstörterme: Austauschwechselwirkung.
Aufenthaltswahrscheinlichkeit
der Elektronen.
- Symmetrie des Moleküls um die Achse: Quantisierung von Lz.
Nomenklatur
der Molekülzustände.
- Abfolge und Besetzungszahlen der Molekülorbitale. Die
einfachsten
homöopolaren Moleküle.
- Beispiele für 'Ionenbindung'. Elektronendichte und el.
Dipolmoment
im NaCl
- Hybridisierung: sp, sp2,sp3 mit Beispielen, Pi- und
Sigmabindungen.
Beispiele
: H2O, Azetylen, Äthylen, Methan, Benzol, Fullerene
- Erklären Sie die Herkunft der
'Austauschenergie'
im H2. Wann ist sie gross, wann klein? Warum ist sie entscheidend
für
die chemische Bindung?
- Skizzieren Sie den Verlauf der
Potentialkurve
für
ein homöopolares Molekül. Erklären Sie sie qualitativ.
- Warum bilden Edelgase keine Moleküle?
- Wie sieht die Elektronendichte bei
2-atomigen
Molekülen
aus 2 Atomsorten aus?
- Was bedeuten die Bindungsstriche der
Chemiker?
- Welche kovalenten Bindungen gibt es;
warum
sind sie
unterschiedlich stark? Skizzieren Sie die Elektronendichte bei einer
Dreifachbindung
des Kohlenstoffs: Bsp. Azetylen
- Was ist Hybridisierung, warum nutzen
verschiedene
Verbindungen unterschiedliche Hybridwellenfunktionen?
10.2) Molekülspektroskopie
- Das Energiespektrum von 2-atomigen Molekülen: Elektron-,
Schwingungs-
und Rotationsanregungen; Hierarchie der Energieabstände
- Besetzungsdichte der Niveaus bei Normaltemperatur, statistische
Verteilung
- Mikrowellenspektroskopie: Auswahlregel, Spektrum, Bestimmung der
Roationskonstante
und eff. Molekülabstand
- Infrarotspektroskopie; R- und P- Zweige, Auswahlregel für
Vibrationsanregungen
- Eigenschwingungen mehratomiger Moleküle: Beispiel CO2.
- Sichtbares Molekülspektum, Stokes shift
- Prinzip von Fluoreszenz und Phosphoroszenz
- Messung von Spurengasen durch Molekülspektroskopie; Prinzip
an
wenigen
Beispielen
- Skizzieren Sie das Energiespektrum eines
2-atomigen
Moleküls incl der ersten elektronischen Anregung
- In welchen Energiebereich liegen die
Aufspaltungen
für el. Anregung, Vibration und Rotation?
- Welche Zustände sind bei
'Normaltemperatur'
bevölkert und wie stark?
- Wie würden Sie nach Spurengasen
durch
Infrarotspektroskopie
suchen? Wie sieht ein typisches Absorptionsspektrum aus?
- Erläutern Sie die Eigenschwingungen
eines mehratomigen
Moleküls, wie machen die sich im Absorptionsspektrum bemerkbar?
- Was ist Fluoreszenz und Phosphoreszenz?
11) Kühlen von Atomen und Bose- Einsteinkondensation
Dieses Thema ist sehr aktuell und spannend. Die Grundkonzepte sollten
klar
sein
- Laserkühlung: Prinzip
- Magnetooptische Fallen
- Verdampfungskühlung
- Bedingungen für Bose-Einstein Kondensation
- Kurze Erläuterung eines Experiments zur Bose-Einstein
Kondensation.
Eine schöne Darstellung finden Sie hier:
Laser
cooling and trapping of neutral atoms (PDF 650 kB)
- Warum sind Na Atome Bosonen?
- Wie tief lässt sich ein Gas mit
optischer Kühlung
abkühlen?
- Wie sieht die Feldkonfiguration einer
magnetischen
Falle aus? Welche Kräfte wirken auf das Atom?
- Wann tritt Bose-Einstein Kondensation
ein,
wie macht
sie sich bemerkbar?
12. Umweltphysik
12.1 Die Strahlungsbilanz der Erde
- Einstrahlung, Albedo, Absiorptionsvermoegen
- Treibhauseffekt
- Rolle der Spurengase
- Strahlungstransport
- Zeitliche Entwicklung der Spurengase
- CO2 Emission und dessen Aufnahme durch Atmosphaere,
Ozean und Landmasse
- Bei gegebener Solarkonstante un Albedo soltle die Erde eine
Temperatur von ca. 255 K haben... de facto sind es aber 290 K
was ist die Ursache dafuer
- welche Rolle spielen die
Treibhausgase- wie sieht die Absiorption der Atmiosphaere im IR und
sichtbaren Bereich aus?
- welcher Anteil des
emittierten CO2 bleibt in der Atmosphaere?
12.2 Fluiddynamik
- Ursachen fuer die grossskaligen Stroemungen (Zirkulationen) in
der Atmosphaere und im Ozean
- Beobachtete Stroemungen
- Was ist der fundamentale Antrieb
der globalen Zirkulationen?
- warum unterscheidet sich diese auf
der Nord- und Suedhalbkugel
- was ist die thermohaline
Zirkulation?
12.3 Klimaarchive
- Gletscher als Klimaarchive (warum?)
- Informationen aus Eiskernbohrungen
- moegliche ursachen der zyklischen Klimaschwankungen zwischen Eis-
und Warmzeiten
- wie kann aus Eiskernen die
Temperatur der Atmosphaere bestimmt werden
- wie sieht der langfristige (500
000 Jahre) Verlauf von Temperatur und Spurengaskonzentration aus?
- wie vergleicht sich die
heutige CO2 Konzentration in der Atmosphaere
mit der in Eis- und Warmzeiten gemessenen?