Anhang L
Notation, Symbole, Abkürzungen, Einheiten, Bezeichnungen und Konstanten

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.

L.1 Notation

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.

L.2 Mathematische Symbole

Tab. L.3 gibt eine Übersicht über die im Buch verwendeten mathematischen Symbole.

L.3 Abkürzungen

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 ⃗vg   ) und andererseits treten die selben Indizes teilweise mit unterschiedlichen Bedeutungen auf.

L.4 Physikalische Einheiten

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.

L.5 Physikalischen Grössen und deren Bezeichnung

In Tab. L.8L.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.

L.6 Physikalische Konstanten

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 ϕ(p)  , ϕ(p,t)
Mehrteilchen ψ (1,2,...,n)  , ψ(⃗r1,⃗r2,t)  , ψS(⃗r1,⃗r2,t)  , ψA(⃗r1,⃗r2,t)
Mehrteilchen, stationär u(⃗r1,⃗r2)  , uS(⃗r1,⃗r2)  , uA (⃗r1,⃗r2)
Ortsraum ψ (x, t)  , ψ(x,y,z,t)  , ψ (r,ϑ, φ,t)  , φ(x,t)  , ξ(x, t)
Ortsraum, stationär u(x)  , u(x,y,z)  , u(r,ϑ,φ )
H-Atom, Grundmodell ψn,l,ml(r,ϑ,φ,t)  , un,l,ml(r,ϑ,φ)
H-Atom, azimutal Φml (φ)
H-Atom, polar Θl,ml(ϑ)
H-Atom, radial Rn,l(r)
H-Atom, Spin χms (σ)
H-Atom, gesamt ψ        (r,ϑ,φ, σ,t)
  n,l,ml,ms
H-Atom, Eigenfunktion  ˆ
J⃗2   Ψn,l,j,mj (r,ϑ,φ, σ,t)


  

Tab. L.1: Wellenfunktionen.




Symbol

Beschreibung



  

En

Energiewert des Wasserstoffatoms im quantenmechanischen Grundmodell

Esenm,mil

Energiewert des Wasserstoffatoms mit Zeeman-Effekt (ohne Spin) im semiklassischen Modell

En,ml

Energiewert des Wasserstoffatoms mit Zeeman-Effekt (ohne Spin) im quantenmechanischen Modell

Ems

Energiewert eines freien Elektrons mit Spin im Magnetfeld (Zeeman-Effekt)

Esenm,li,j

Energiewert des Wasserstoffatoms mit Spin-Bahn-Kopplung im zweiten semiklassischen Modell (siehe Abschnitt 14.2.4)

  (1)
E n,l,j

Energiewert des Wasserstoffatoms mit Spin-Bahn-Kopplung in erster Ordnung Störungstheorie

  (1)
E n,j

Energiewert des Wasserstoffatoms unter Berücksichtigung relativistischer Korrekturen

  (1)
E n,l,j,mj

Energiewert des Wasserstoffatoms unter Berücksichtigung relativistischer Korrekturen und des anomalen Zeeman-Effekts



  

Δ

Aufspaltung (Abstand) der Energiewerte En,ml

Δ (s)

Aufspaltung (Abstand) der Energiewerte Ems

ΔseSmBi

Aufspaltung (Abstand) der Energiewerte des Wasserstoffatoms unter Berücksichtigung der Spin-Bahn-Kopplung im ersten semiklassischen Modell (siehe Abschnitt 14.1)

Δselmi

Aufspaltung (Abstand) der Energiewerte Esne,ml,ij=l+1∕2   und Esemi
  n,l,j=l-1∕2   für l > 0



  

  semi
E SB

Korrekturterm zu En  aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung im zweiten semiklassischen Modell (siehe Abschnitt 14.2.4)

ΔE  (1S)B

Korrekturterm zu En  aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung in erster Ordnung Störungstheorie

ΔE  (1)
    R

Korrekturterm zu En  aufgrund der relativistischen Korrektur in erster Ordnung Störungstheorie

    (1)
ΔE  D

Korrekturterm zu En  aufgrund des Darwin-Terms in erster Ordnung Störungstheorie

    (1)
ΔE  Z

Korrekturterm zu En  aufgrund des anomalen Zeeman-Effekts in erster Ordnung Störungstheorie



  

Tab. L.2: Übersicht über die diversen Energiebezeichnungen beim Wasserstoffatom.




Beschreibung Symbol


  
Abrunden auf die nächstkleinere ganze Zahl ⌊...⌋
Adjungiert (Operator) †
Antikommutator {...,...}
Aufrunden auf die nächsthöhere ganze Zahl ⌈...⌉
Diracsche Deltafunktion (1D und 3D) δ(x )  , δ(⃗r)
Diracscher Deltaoperator (1D und 3D) δ(ˆx)  , δ(3)(ˆ⃗r)
Gradient ⃗∇
Identisch (im Sinn einer Definition) ≡
Kommutator [...,...]
Konjugiert komplex *
Kronecker-Delta δ
 i,j
Laplace-Operator Δ
Menge der ganzen Zahlen ℤ
Menge der ganzen Zahlen ohne null ℤ \ {0}
Menge der komplexen Zahlen ℂ
Menge der natürlichen Zahlen ℕ
Menge der natürlichen Zahlen mit null ℕ
  0
Menge der reellen Zahlen ℝ
Partielle Ableitung ∂
Raum der quadratisch integrablen Funktionen L2


  

Tab. L.3: Mathematische Symbole.




Beschreibung Abkürzung


  
Arkuskosinus arccos
Arkustangens arctan
Charge-Coupled-Device CCD
Dimension D (1D, 2D, 3D)
Elektronen in Abbildungen e-
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


  

Tab. L.4: Abkürzungen.




Name Symbol


  
Ampère A
Kelvin K
Kilogramm kg
Meter m
Mol mol
Sekunde s


  

Tab. L.5: Die Basiseinheiten des SI-Einheitensystems.





Name SymbolAbhängigkeit Basiseinheiten



   
Angström Å 10-10   m
Coulomb C 1 As
Elektronenvolt eV            - 19
1.602177 ⋅10   J
Farad F 1 A2   s4   / (kgm2   )
Hertz Hz 1/s
Joule J 1 kgm2   / s2
Newton N 1 kgm / s2
Ohm Ω  1 kgm2   / (A2   s3   )
Pascal Pa 1 kg / (ms2   )
Siemens S 1 A2   s3   / (kgm2   )
Tesla T 1 kg / (As2   )
Volt V 1 kgm2   / (s3   A)
Watt W 1 kgm2   / s3



   

Tab. L.6: Die abgeleiteten Einheiten des SI-Einheitensystems.





Zahl AbkürzungVorsilbe



   
10- 15   f Femto
10- 12   p Piko
10-9   n Nano
  -6
10   μ  Mikro
  -3
10   m Milli
10-2   c Zenti
10-1   d Dezi
101   da Deka
   2
10   h Hekto
103   k Kilo
106   M Mega
109   G Giga
1012   T Tera



   

Tab. L.7: Zehnerpotenzen und die zugeordneten Abkürzungen und Vorsilben.





Name Symbol Einheit



   
Absorptionskoeffizient A (ν )  1
Abstand Einzelspalte (Doppelspalt) a  m
Arbeit W  J, eV
Arbeit, Austritts- W  , eϕ  J, eV
Atommasse, relative Arel   kg/mol
Aufenthaltswahrscheinlichkeit W  1
Auflösungsvermögen d m
Bahndrehimpuls ⃗L  kgm2   /s
Beschleunigung, Zentripetal- aZ   m/s2
Beugungswinkel α  1
Beweglichkeit, Mobilität μe   m2   /(Vs)
Bose-Einstein-Verteilungsfunktion f(ν)  1
Breite, Gauss-Verteilung a  m
Brennweite (Linse) f  m
Dichte ρ  kg/m3
Dielektrizitätskonstante ϵ  As/(Vm)
Dipolmoment, elektrisches ⃗p  Cm
Drehmoment M⃗  Nm
Druck, Strahlungsdruck p Pa
Durchmesser d  m
Einsteinscher A-Koeffizient Aji  1/s
Einsteinsche B-Koeffizienten B
  ij  , B
 ji  m/kg
Elastizitätsmodul E  Pa
Elektrische Feldstärke E⃗  V/m
Elektrische Flussdichte D⃗  As/m2
Emissivität ϵ(T)  1
Energie E  , ϵ  J, eV
Energie, kinetische Ekin   J, eV
Energie, potentielle Epot   J, eV
Energieunschärfe ΔE  J, eV
Entwicklungskoeffizienten c
 i  1
Erzeugungsoperator HO ˆb† 1
Federkonstante k  N/m
Fermi-Dirac-Verteilungsfunktion PFD(E )  1
Fermi-Energie EF   J, eV
Fläche A  m2
Fläche, aktive df  , dF  m2
Fläche, Kreisring dS  m2
Flächennormale ⃗n  1
Foliendicke D  m
Frequenz ν  Hz



   

Tab. L.8: Physikalische Grössen mit Symbol und Einheit (SI-System) A - F.





Name Symbol Einheit



   
Frequenz, Larmor- ωL   Hz
Funktionen f(x,t)  , g(p,t)  1
Gangunterschied Δ  m
Gesamtdrehimpuls ⃗J  kgm2   /s
Gesamtdrehimpulsquantenzahl j  1
Gesamtdrehimpulsquantenzahl, magnetische mj  1
Geschwindigkeit ⃗v  m/s
Geschwindigkeit, Gruppen- ⃗v
 g   m/s
Geschwindigkeit, Phasen- ⃗vph   m/s
Gitterkonstante a  m
Hauptachse, grosse an  m
Hauptachse, kleine bn,k  m
Hermite-Polynome Hn (x )  1
Impuls ⃗p  kgm/s
Impulsunschärfe Δp  kgm/s
Intensität I  , P ∕A  W/m2
Kernladungszahl / Ordnungszahl Z  1
Koordinaten, kartesische x  , y  , z  m
Koordinaten, Kugel- r  , ϑ  , φ  m, 1, 1
Koordinaten, Proton X  , Y  , Z  m
Koordinaten, Relativ- xr   , yr   , zr   m
Kraft ⃗
F  N
Kraft, Coulomb- FC   N
Kraft, Lorentz- FL   N
Kraft, Rückstell- Fk   N
Kraft, Zentripetal- FZ   N
Kreisfrequenz ω  Hz
Kugelfunktionen Y   (ϑ,φ)
 l,ml  1
Ladung q  C
Ladungsdichteverteilung ρ(x,y,z)  C/m3
Laguerre-Polynome Ln (x )  , Lr(y)  1
Laguerre-Polynome, zugeordnete Lmn (x)  , Lsr(y )  1
Lande-Faktor gj  1
Länge L  m
Legendre-Polynome Pl(x)  1
Legendre-Polynome, zugeordnete   ml
P l (x)  1
Leistung P  W
Leiteroperatoren, Spin- ˆ
S+   , ˆ
S- kgm2   /s
Lorentzfaktor γ  1
Magnetische Feldstärke ⃗
H  A/m
Magnetische Flussdichte ⃗
B  T
Magnetische Permeabilität μ  Vs/Am



   

Tab. L.9: Physikalische Grössen mit Symbol und Einheit (SI-System) F - M.





Name Symbol Einheit



   
Magnetisches Moment ⃗μ  Am2
Magnetisches Moment, Neutron ⃗μp   Am2
Magnetisches Moment, Proton ⃗μn   Am2
Masse m  kg
Masse, Elektronen- m  kg
Masse, Kern- M  kg
Masse, reduzierte μ  kg
Massenzahl A  1
Matrixelemente xβα  , yβα  , zβα  m
Mittlere freie Weglänge ℓ  m
Modendichte, spektrale g(ν)  Hz
Modenindex j  1
Moden, Anzahl der G (ν)  1
Molmasse M  kg/mol
Neutronenzahl N  1
Normierungskonstanten A , B , C , ... 1
Ortsunschärfe Δx  m
Ortsvektor ⃗r m
Pauli-Matrizen σx   , σy   , σz   1
Periode T  s
Potential, elektrisches U  , ϕ  V
Potential (= potentielle Energie) V  J, eV
Potential, Coulomb- VC (r)  J, eV
Potential, Vektor- ⃗A  Vs/m
Poyntingvektor ⃗S  W/m2
Produktwellenfunktion ψn,l,m ,ms (r,ϑ,φ, σ,t)
     l  1
Quantenzahl, Bahndrehimpuls- l  1
Quantenzahl, Haupt- n  1
Quantenzahl, magnetische ml  1
Quantenzahl, zweite (Sommerfeld) k  1
Quantenzahlen, Mehrelektronenatome L  , S  , J  1
Quantenzahloperator ˆn  1
Radius r  m
Radius, Bahn- (n-ter) rn  m
Radius, Kern R  m
Radius, Stoss- R  m
Radius, Zyklotron- r  m
Raumwinkel dΩ  1
Reflexionskoeffizient R (ν)  1
Rydbergkonstante, korrigierte RKern   1/m



   

Tab. L.10: Physikalische Grössen mit Symbol und Einheit (SI-System) M - R.





Name Symbol Einheit



   
Spaltbreite d  m
Spaltfaktor F  1
Spannung U  V
Spektralterme Tj  1/s
Spin  ⃗
S  kgm2   /s
Spin-Bahn-Kopplungskonstante aSB   J
Spinquantenzahl s  1
Spinquantenzahl, magnetische ms  1
Spinvariable σ  1
Spinwellenfunktion χ(σ)  1
Stossparameter b  m
Streukoeffizient, makroskopischer α  1/m
Streuwinkel ϑ  1
Strom I A
Strukturfaktor G  1
Teilchenanzahl N 1
Teilchendichte n  1/m3
Teilchenfluss Sein   , Strans   m/s
Teilchenhäufigkeit P  1
Temperatur T  K
Transmissionswahrscheinlichkeit T  1
Übergangswahrscheinlichkeit W α→ β  1
Van der Waals-Konstanten a  , b  Pam6   , m3
Vernichtungsoperator HO ˆb  1
Volumen V  m3
Wahrscheinlichkeit eines Messwerts Fi  wi  1
Wahrscheinlichkeit, Stoss- W  1
Wellenlänge λ  m
Wellenvektor / -zahl ⃗k  , k  1/m
Wellenzahl ν-  1/m
Wirkungsquerschnitt σ  m2
Zeit t  s
Zeitunschärfe Δt  s



   

Tab. L.11: Physikalische Grössen mit Symbol und Einheit (SI-System) S - Z.





Name Symbol Zahlenwert und Einheit



   
Avogadro-Konstante NA   6.02⋅ 1023   1/mol
Balmer-Konstante G  3.65 ⋅10-10   m
Bohr-Magneton μB   9.27 ⋅10-24   J/T
Bohrscher Radius a0   5.29 ⋅10-11   m
Boltzmann-Konstante kB   1.38 ⋅10-23   J/K
Compton-Wellenlänge λc   2.43 ⋅10-12   m
Elektrische Feldkonstante ϵ0           -12
8.85⋅ 10   As/(Vm)
Elektronenmasse me           -31
9.11⋅ 10   kg
Elementarladung e         -19
1.60 ⋅10   C
Feinstrukturkonstante α         - 3
7.30⋅10
Gyromagnetischer Faktor g0   2.00
Gyromagnetisches Verhältnis γBahndrehimpuls   8.79⋅1010   1/(sT)
γSpin   1.76⋅1011   1/(sT)
Intensität der Sonne auf der Erde ISE   1.37 ⋅103   W/m2
Kernmagneton μK   5.05 ⋅10-27   J/T
Lichtgeschwindigkeit (Vakuum) c  3.00 ⋅108   m/s
Magnetische Feldkonstante μ0   4π ⋅10- 7   Vs/(Am)
Mittlerer Abstand Sonne - Erde rSE   150⋅109   m
Mittlerer Sonnenradius rS   6.96 ⋅108   m
Plancksches Wirkungsquantum h  6.63 ⋅10-34   Js
ℏ = h ∕(2π )  1.05 ⋅10-34   Js
Protonenmasse mp   1.67⋅ 10-27   kg
Rydberg-Energie ER   13.6 eV
Rydberg-Konstante R         7
1.10 ⋅10   1/m
Sonnentemperatur TS          3
5.78 ⋅10   K
Stefan-Boltzmann-Konstante σ          -8
5.67 ⋅10   W/(m2   K4   )
Strahlungsleistung Sonne PS          26
3.85⋅10   W
Universelle Gaskonstante R  8.31 J/(molK)



   

Tab. L.12: Physikalische Konstanten mit Zahlenwert im SI-System. Wir geben hier die Zahlenwerte auf drei Ziffern genau an und verweisen für die nach heutigem Stand der Forschung genauen Werte auf die Homepage von NIST (National Institute of Standards and Technology): http://physics.nist.gov/constants.