Dieser Lernzettel behandelt zentrale Konzepte der modernen Quantenphysik, insbesondere Phänomene, die die Teilchennatur des Lichts und die Wechselwirkung von Strahlung mit Materie belegen.

Ein zentrales Thema ist der Photoeffekt, der zeigt, dass Licht in Form von Photonen auftritt und Energie nur in bestimmten Quanten übertragen wird. Dies wird durch Einsteins Photonenhypothese beschrieben, wonach die Energie eines Photons von seiner Frequenz abhängt. Die Gegenfeldmethode hilft dabei, die kinetische Energie der herausgelösten Elektronen experimentell zu bestimmen.

Der Compton-Effekt ist ein weiteres wichtiges Experiment, das den Teilchencharakter von Licht bestätigt. Dabei werden Photonen an Elektronen gestreut, wobei die Wellenlänge der Photonen verändert wird.

Die Welleneigenschaften von Materie werden durch das Doppelspalt-Experiment mit Elektronen und die De-Broglie-Hypothese veranschaulicht. Diese besagen, dass sich Elektronen nicht nur wie Teilchen, sondern auch wie Wellen verhalten. Dies führt direkt zur Heisenbergschen Unschärferelation, die besagt, dass Ort und Impuls eines Teilchens nicht gleichzeitig exakt bestimmt werden können.

Das Bohrsche Atommodell beschreibt Elektronen auf stabilen Bahnen um den Atomkern, während das Schrödinger-Modell eine genauere Quantenmechanik mit Wahrscheinlichkeitsverteilungen für Elektronenpositionen einführt. Dies wird durch Orbitale und Quantenzahlen beschrieben, die das Verhalten der Elektronen in Atomen bestimmen.

Weitere Themen umfassen den Laser, dessen kohärente Lichtstrahlung durch stimulierte Emission entsteht, sowie die Energiequantisierung in Atomen, die durch Spektrallinien und den Franck-Hertz-Versuch nachgewiesen werden kann.

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