In diesem Kapitel gehen wir in einem ersten Teil auf die in diesem Buch verwendete Notation ein. Anschliessend folgen Übersichtstabellen zu den in diesem Buch verwendeten mathematischen Symbolen, Abkürzungen, physikalischen Einheiten, physikalischen Grössen und physikalischen Konstanten.
Bei der Notation wurde Wert darauf gelegt sich an die üblichen Regeln der Physikliteratur zu halten. Dennoch geben wir hier eine kurze Übersicht über ein paar allgemeine Punkte, die in diesem Buch berücksichtigt wurden.
Als Schriftart für Text und Formeln wurde die Standardschrift CM in Latex gewählt, für Abbildungen Arial. Physikalische und mathematische Grössen wurden dabei kursiv dargestellt, physikalische Einheiten in normaler Schrift. Eine Ausnahme bilden jedoch die Abbildungen, wo einheitlich die normale Schrift verwendet wurde.
Wie in der Literatur üblich dienen griechische Buchstaben zur Bezeichnung von Winkeln. Ausserdem ist zu bemerken, dass wenn nichts anderes angegeben ist Winkel immer in Radiant gemessen werden.
Alle vektoriellen Grössen (z.B. Kraft, Geschwindigkeit, elektrische Feldstärke, ...) wurden mit einem Pfeil versehen (, , , ...). Eine Ausnahme bilden wiederum die Abbildungen, in denen anstelle des Vektorpfeils die jeweilige Grösse fett dargestellt wurde. Vektorielle Grössen ohne Pfeil bzw. nicht fett stehen für den Betrag dieser Grösse.
Ist eine physikalische Grösse mit einem oder zwei Punkten versehen, stehen diese für die erste bzw. zweite Ableitung nach der Zeit.
Innerhalb dieses Buchs treten diverse unterschiedliche Wellenfunktionen mit ebenfalls unterschiedlichen Bezeichnungen auf. Tab. L.1 gibt eine Übersicht. Da die Behandlung des Wasserstoffatoms ein zentrales Thema dieses Buchs darstellt, listen wir die Wellenfunktionen, welche in diesem Zusammenhang auftreten, separat auf.
Sei eine beliebige Observable, d.h. eine physikalische Messgrösse, dann wird der zugehörige Operator mit einem Dach versehen. Wird die Messgrösse gemessen, so wird der Messwert (Eigenwert von ) mit bezeichnet.
Der Erwartungswert und die Unschärfe einer beliebigen Observablen ist gegeben durch bzw. . Bezieht sich die Observable auf ein Teilchen im Zustand wurde zum Teil die Bezeichnung mit dem Index ergänzt um explizit darauf hinzuweisen, dass sowohl der Wert des Erwartungswerts als auch der Wert der Unschärfe vom jeweiligen Zustand abhängt, d.h. die Notation lautet dann bzw. .
Im Rahmen der Quantenmechanik, insbesondere im Zusammenhang mit der Schrödinger-Gleichung, ist es üblich die potentielle Energie mit dem Buchstaben anstelle von der gängigen Schreibweise darzustellen. Zudem spricht man in diesem Kontext oft davon, dass sich ein Teilchen im Potential bewege, meint jedoch damit, dass Teilchen besitzt die potentielle Energie . In anderen Worten überall wo von Potential die Rede ist, ist eigentlich die potentielle Energie gemeint.
Zusätzlich gehen wir an dieser Stelle auf die Schreibweise der Energiewerte des Wasserstoffatoms ein. Grundsätzlich wird der Energiewert durch den Buchstaben dargestellt, welcher durch die relevanten Quantenzahlen in Form eines Index ergänzt wird (z.B. ). Die Aufspaltung (Abstand) zwischen zwei Energiewerten wird mit bezeichnet. Teilweise wird diese Bezeichnung noch mit einem zusätzlichen oberen oder unteren Index ergänzt. Im Rahmen der Behandlung der Feinstrukturaufspaltung (siehe Abschnitt 14.2) und des anomalen Zeeman-Effekts (siehe Abschnitt 14.3) treten diverse Korrekturterme in erster Ordnung (Rayleigh-Schrödinger-) Störungstheorie auf, welche mit bezeichnet werden. Ein zusätzlicher Index legt die Ursache für die Energiewertkorrektur fest (z.B. SB für Spin-Bahn-Kopplung). Allgemein ist zu bemerken, dass die Bezeichnung mit einem oberen Index semi ergänzt wurde, wenn die Bestimmung der entsprechenden Grösse innerhalb einer semiklassischen Betrachtung erfolgte. Ausserdem weist ein oberer Index (1) darauf hin, dass die Herleitung der entsprechenden Grösse innerhalb erster Ordnung (Rayleigh-Schrödinger-) Störungstheorie erfolgte. Eine genau Übersicht über alle Bezeichnungen liefert Tab. L.2.
Die Zustände von Einelektronenatomen (z.B. des Wasserstoffatoms) werden durch Quantenzahlen in Kleinbuchstaben (, , , ) beschrieben. Dabei gilt die Schreibweise (spektroskopische Notation) . Ebenfalls verwendet man Quantenzahlen in Kleinbuchstaben (, , , ) für die Zustände der einzelnen Elektronen im Schalenmodell für Mehrelektronenatome. Hingegen werden die Quantenzahlen, welche zu den Gesamtdrehimpulsen , und von Mehrelektronenatomen gehören, mit Grossbuchstaben dargestellt. Entsprechend lautet die spektroskopische Notation für Mehrelektronenatome bzw. für Atome mit einem einzigen Elektron in der äussersten Unterschale.
Tab. L.3 gibt eine Übersicht über die im Buch verwendeten mathematischen Symbole.
Neben vielen gebräuchlichen Abkürzungen wie Abb. für Abbildung, Tab. für Tabelle, d.h. für das heisst, bzw. für beziehungsweise, z.B. für zum Beispiel, sin für Sinus, cos für Kosinus oder tan für Tangens, treten innerhalb dieses Buchs einige weitere Abkürzungen auf, die in der Tab. L.4 zusammengefasst und erklärt werden. Dabei ist zu bemerken, dass auf das Aufführen einiger Abkürzungen, welche in Form eines Index auftreten, verzichtet wurde. Dies aus zwei Gründen: Einerseits gehört der Index teilweise zur Bezeichnung einer physikalischen Grösse (z.B. der Index g bei der Gruppengeschwindigkeit ) und andererseits treten die selben Indizes teilweise mit unterschiedlichen Bedeutungen auf.
Im ganzen Buch werden die physikalischen Grössen in SI-Einheiten gemessen. Diese gliedern sich in Basiseinheiten (siehe Tab. L.5) und abgeleitete Einheiten (siehe Tab. L.6), welche sich durch die Basiseinheiten ausdrücken lassen. Tab. L.7 gibt zudem eine Übersicht über Zehnerpotenzen und den zugeordneten Abkürzungen und Vorsilben.
In Tab. L.8 - L.11 sind die im Buch verwendeten physikalischen Grössen zusammen mit ihrem Symbol und ihrer physikalischen Einheit (SI-System) aufgelistet. Für die Energiebezeichnungen bei der Wärmestrahlung verweisen wir auf die Auflistung in Abschnitt 5.4.6, für die diversen Bezeichnungen der Wellenfunktionen auf Tab. L.1 und für die Energiewerte beim Wasserstoffatom auf Tab. L.2.
In Tab. L.12 sind die in diesem Buch vorkommenden physikalischen Konstanten aufgelistet. Wie im ganzen Buch sind die Zahlenwerte im SI-Einheitensystem angegeben.
Name | Symbol |
Impulsraum | , |
Mehrteilchen | , , , |
Mehrteilchen, stationär | , , |
Ortsraum | , , , , |
Ortsraum, stationär | , , |
H-Atom, Grundmodell | , |
H-Atom, azimutal | |
H-Atom, polar | |
H-Atom, radial | |
H-Atom, Spin | |
H-Atom, gesamt | |
H-Atom, Eigenfunktion | |
Symbol | Beschreibung |
| Energiewert des Wasserstoffatoms im quantenmechanischen Grundmodell |
| Energiewert des Wasserstoffatoms mit Zeeman-Effekt (ohne Spin) im semiklassischen Modell |
| Energiewert des Wasserstoffatoms mit Zeeman-Effekt (ohne Spin) im quantenmechanischen Modell |
| Energiewert eines freien Elektrons mit Spin im Magnetfeld (Zeeman-Effekt) |
| Energiewert des Wasserstoffatoms mit Spin-Bahn-Kopplung im zweiten semiklassischen Modell (siehe Abschnitt 14.2.4) |
| Energiewert des Wasserstoffatoms mit Spin-Bahn-Kopplung in erster Ordnung Störungstheorie |
| Energiewert des Wasserstoffatoms unter Berücksichtigung relativistischer Korrekturen |
Energiewert des Wasserstoffatoms unter Berücksichtigung relativistischer Korrekturen und des anomalen Zeeman-Effekts |
|
| Aufspaltung (Abstand) der Energiewerte |
| Aufspaltung (Abstand) der Energiewerte |
| Aufspaltung (Abstand) der Energiewerte des Wasserstoffatoms unter Berücksichtigung der Spin-Bahn-Kopplung im ersten semiklassischen Modell (siehe Abschnitt 14.1) |
| Aufspaltung (Abstand) der Energiewerte und für |
| Korrekturterm zu aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung im zweiten semiklassischen Modell (siehe Abschnitt 14.2.4) |
| Korrekturterm zu aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung in erster Ordnung Störungstheorie |
| Korrekturterm zu aufgrund der relativistischen Korrektur in erster Ordnung Störungstheorie |
| Korrekturterm zu aufgrund des Darwin-Terms in erster Ordnung Störungstheorie |
| Korrekturterm zu aufgrund des anomalen Zeeman-Effekts in erster Ordnung Störungstheorie |
Beschreibung | Symbol |
Abrunden auf die nächstkleinere ganze Zahl | |
Adjungiert (Operator) | |
Antikommutator | |
Aufrunden auf die nächsthöhere ganze Zahl | |
Diracsche Deltafunktion (1D und 3D) | , |
Diracscher Deltaoperator (1D und 3D) | , |
Gradient | |
Identisch (im Sinn einer Definition) | |
Kommutator | |
Konjugiert komplex | |
Kronecker-Delta | |
Laplace-Operator | |
Menge der ganzen Zahlen | |
Menge der ganzen Zahlen ohne null | |
Menge der komplexen Zahlen | |
Menge der natürlichen Zahlen | |
Menge der natürlichen Zahlen mit null | |
Menge der reellen Zahlen | |
Partielle Ableitung | |
Raum der quadratisch integrablen Funktionen | |
Beschreibung | Abkürzung |
Arkuskosinus | arccos |
Arkustangens | arctan |
Charge-Coupled-Device | CCD |
Dimension | D (1D, 2D, 3D) |
Elektronen in Abbildungen | |
Harmonischer Oszillator | HO |
klassisch | kl |
Kotangens | cot |
Maximum | max |
Medium (nicht im Vakuum) | med |
Minimum | min |
Partielle Integration | PI |
Quantenmechanik | QM |
semiklassisch | semi |
Vakuum | vac |
Name | Symbol | Abhängigkeit Basiseinheiten |
Angström | Å | m |
Coulomb | C | 1 As |
Elektronenvolt | eV | J |
Farad | F | 1 As / (kgm) |
Hertz | Hz | 1/s |
Joule | J | 1 kgm / s |
Newton | N | 1 kgm / s |
Ohm | 1 kgm / (As) | |
Pascal | Pa | 1 kg / (ms) |
Siemens | S | 1 As / (kgm) |
Tesla | T | 1 kg / (As) |
Volt | V | 1 kgm / (sA) |
Watt | W | 1 kgm / s |
Zahl | Abkürzung | Vorsilbe |
f | Femto | |
p | Piko | |
n | Nano | |
Mikro | ||
m | Milli | |
c | Zenti | |
d | Dezi | |
da | Deka | |
h | Hekto | |
k | Kilo | |
M | Mega | |
G | Giga | |
T | Tera | |
Name | Symbol | Einheit |
Absorptionskoeffizient | 1 | |
Abstand Einzelspalte (Doppelspalt) | m | |
Arbeit | J, eV | |
Arbeit, Austritts- | , | J, eV |
Atommasse, relative | kg/mol | |
Aufenthaltswahrscheinlichkeit | 1 | |
Auflösungsvermögen | m | |
Bahndrehimpuls | kgm/s | |
Beschleunigung, Zentripetal- | m/s | |
Beugungswinkel | 1 | |
Beweglichkeit, Mobilität | m/(Vs) | |
Bose-Einstein-Verteilungsfunktion | 1 | |
Breite, Gauss-Verteilung | m | |
Brennweite (Linse) | m | |
Dichte | kg/m | |
Dielektrizitätskonstante | As/(Vm) | |
Dipolmoment, elektrisches | Cm | |
Drehmoment | Nm | |
Druck, Strahlungsdruck | Pa | |
Durchmesser | m | |
Einsteinscher A-Koeffizient | 1/s | |
Einsteinsche B-Koeffizienten | , | m/kg |
Elastizitätsmodul | Pa | |
Elektrische Feldstärke | V/m | |
Elektrische Flussdichte | As/m | |
Emissivität | 1 | |
Energie | , | J, eV |
Energie, kinetische | J, eV | |
Energie, potentielle | J, eV | |
Energieunschärfe | J, eV | |
Entwicklungskoeffizienten | 1 | |
Erzeugungsoperator HO | 1 | |
Federkonstante | N/m | |
Fermi-Dirac-Verteilungsfunktion | 1 | |
Fermi-Energie | J, eV | |
Fläche | m | |
Fläche, aktive | , | m |
Fläche, Kreisring | m | |
Flächennormale | 1 | |
Foliendicke | m | |
Frequenz | Hz | |
Name | Symbol | Einheit |
Frequenz, Larmor- | Hz | |
Funktionen | , | 1 |
Gangunterschied | m | |
Gesamtdrehimpuls | kgm/s | |
Gesamtdrehimpulsquantenzahl | 1 | |
Gesamtdrehimpulsquantenzahl, magnetische | 1 | |
Geschwindigkeit | m/s | |
Geschwindigkeit, Gruppen- | m/s | |
Geschwindigkeit, Phasen- | m/s | |
Gitterkonstante | m | |
Hauptachse, grosse | m | |
Hauptachse, kleine | m | |
Hermite-Polynome | 1 | |
Impuls | kgm/s | |
Impulsunschärfe | kgm/s | |
Intensität | , | W/m |
Kernladungszahl / Ordnungszahl | 1 | |
Koordinaten, kartesische | , , | m |
Koordinaten, Kugel- | , , | m, 1, 1 |
Koordinaten, Proton | , , | m |
Koordinaten, Relativ- | , , | m |
Kraft | N | |
Kraft, Coulomb- | N | |
Kraft, Lorentz- | N | |
Kraft, Rückstell- | N | |
Kraft, Zentripetal- | N | |
Kreisfrequenz | Hz | |
Kugelfunktionen | 1 | |
Ladung | C | |
Ladungsdichteverteilung | C/m | |
Laguerre-Polynome | , | 1 |
Laguerre-Polynome, zugeordnete | , | 1 |
Lande-Faktor | 1 | |
Länge | m | |
Legendre-Polynome | 1 | |
Legendre-Polynome, zugeordnete | 1 | |
Leistung | W | |
Leiteroperatoren, Spin- | , | kgm/s |
Lorentzfaktor | 1 | |
Magnetische Feldstärke | A/m | |
Magnetische Flussdichte | T | |
Magnetische Permeabilität | Vs/Am | |
Name | Symbol | Einheit |
Magnetisches Moment | Am | |
Magnetisches Moment, Neutron | Am | |
Magnetisches Moment, Proton | Am | |
Masse | kg | |
Masse, Elektronen- | kg | |
Masse, Kern- | kg | |
Masse, reduzierte | kg | |
Massenzahl | 1 | |
Matrixelemente | , , | m |
Mittlere freie Weglänge | m | |
Modendichte, spektrale | Hz | |
Modenindex | 1 | |
Moden, Anzahl der | 1 | |
Molmasse | kg/mol | |
Neutronenzahl | 1 | |
Normierungskonstanten | , , , ... | 1 |
Ortsunschärfe | m | |
Ortsvektor | m | |
Pauli-Matrizen | , , | 1 |
Periode | s | |
Potential, elektrisches | , | V |
Potential (= potentielle Energie) | J, eV | |
Potential, Coulomb- | J, eV | |
Potential, Vektor- | Vs/m | |
Poyntingvektor | W/m | |
Produktwellenfunktion | 1 | |
Quantenzahl, Bahndrehimpuls- | 1 | |
Quantenzahl, Haupt- | 1 | |
Quantenzahl, magnetische | 1 | |
Quantenzahl, zweite (Sommerfeld) | 1 | |
Quantenzahlen, Mehrelektronenatome | , , | 1 |
Quantenzahloperator | 1 | |
Radius | m | |
Radius, Bahn- (n-ter) | m | |
Radius, Kern | m | |
Radius, Stoss- | m | |
Radius, Zyklotron- | m | |
Raumwinkel | 1 | |
Reflexionskoeffizient | 1 | |
Rydbergkonstante, korrigierte | 1/m | |
Name | Symbol | Einheit |
Spaltbreite | m | |
Spaltfaktor | 1 | |
Spannung | V | |
Spektralterme | 1/s | |
Spin | kgm/s | |
Spin-Bahn-Kopplungskonstante | J | |
Spinquantenzahl | 1 | |
Spinquantenzahl, magnetische | 1 | |
Spinvariable | 1 | |
Spinwellenfunktion | 1 | |
Stossparameter | m | |
Streukoeffizient, makroskopischer | 1/m | |
Streuwinkel | 1 | |
Strom | A | |
Strukturfaktor | 1 | |
Teilchenanzahl | 1 | |
Teilchendichte | 1/m | |
Teilchenfluss | , | m/s |
Teilchenhäufigkeit | 1 | |
Temperatur | K | |
Transmissionswahrscheinlichkeit | 1 | |
Übergangswahrscheinlichkeit | 1 | |
Van der Waals-Konstanten | , | Pam, m |
Vernichtungsoperator HO | 1 | |
Volumen | m | |
Wahrscheinlichkeit eines Messwerts | 1 | |
Wahrscheinlichkeit, Stoss- | 1 | |
Wellenlänge | m | |
Wellenvektor / -zahl | , | 1/m |
Wellenzahl | 1/m | |
Wirkungsquerschnitt | m | |
Zeit | s | |
Zeitunschärfe | s | |
Name | Symbol | Zahlenwert und Einheit |
Avogadro-Konstante | 1/mol | |
Balmer-Konstante | m | |
Bohr-Magneton | J/T | |
Bohrscher Radius | m | |
Boltzmann-Konstante | J/K | |
Compton-Wellenlänge | m | |
Elektrische Feldkonstante | As/(Vm) | |
Elektronenmasse | kg | |
Elementarladung | C | |
Feinstrukturkonstante | ||
Gyromagnetischer Faktor | ||
Gyromagnetisches Verhältnis | 1/(sT) | |
1/(sT) | ||
Intensität der Sonne auf der Erde | W/m | |
Kernmagneton | J/T | |
Lichtgeschwindigkeit (Vakuum) | m/s | |
Magnetische Feldkonstante | Vs/(Am) | |
Mittlerer Abstand Sonne - Erde | m | |
Mittlerer Sonnenradius | m | |
Plancksches Wirkungsquantum | Js | |
Js | ||
Protonenmasse | kg | |
Rydberg-Energie | 13.6 eV | |
Rydberg-Konstante | 1/m | |
Sonnentemperatur | K | |
Stefan-Boltzmann-Konstante | W/(mK) | |
Strahlungsleistung Sonne | W | |
Universelle Gaskonstante | 8.31 J/(molK) | |