Die Grundlagenforschung über elektrische und magnetische Felder und ihre zeitlichen Änderungen hat bereits im vorigen Jahrhundert zu vielen Anwendungen geführt, welche entscheidend zur technischen Revolution beigetragen haben. Beispiele sind die Erzeugung und der Transport von elektrischer Energie und ihr Einsatz in Industrie, Verkehr und in Haushalten. Wir wollen hier nur die wichtigsten Anwendungen behandeln, die auch heute noch von großer Bedeutung sind.

Die beiden nächsten Kapitel sind von großer Wichtigkeit, nicht nur für die Hochfrequenztechnik, sondern vor allem für ein grundlegendes Verständnis der Entstehung, der Eigenschaften und Ausbreitung elektromagnetischerWellen. Die mathematische Behandlung ist in weiten Teilen analog zur Beschreibung mechanischer Schwingungen und Wellen, die ausführlich in Bd. 1, Kap. 11, dargestellt wurde.

Nachdem wir uns im vorigen Kapitel mit den Eigenschaften elektromagnetischer Wellen im Vakuum befasst haben, wollen wir nun untersuchen, welchen Einfluss Materie auf die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen hat. Wir müssen dazu die vereinfachten Maxwell-Gleichungen (7.1) im Vakuum, aus denen sich die Wellengleichung für Wellen im Vakuum ergab, durch Terme ergänzen, welche den Einfluss des Mediums enthalten.

In den letzten Jahren sind eine Reihe neuer optischer Techniken entwickelt und zur Anwendungsreife gebracht worden, die zwar zum Teil auf alten Ideen beruhen, aber erst jetzt realisiert werden konnten, weil früher die technischen Voraussetzungen dazu fehlten. Sie beginnen sich aber in vielen Gebieten durchzusetzen und führen oft zu erstaunlich effizienten neuen Möglichkeiten oder erweitern die Grenzen älterer Methoden. Solche Techniken sollen in diesem Kapitel kurz vorgestellt werden, um die Aussage im Vorwort, dass wir am Anfang einer „optischen Revolution“ stehen, zu untermauern. Die Literaturangaben in den einzelnen Abschnitten geben dem Leser die Möglichkeit, sich detaillierter über die verschiedenen Techniken zu informieren.

In diesem Kapitel werden die Grundlagen stationärer elektrischer Ströme und ihrer verschiedenen Wirkungen behandelt sowie die daraus resultierenden Verfahren zu ihrer Messung. Insbesondere werden die Mechanismen elektrischer Stromleitung in fester, gasförmiger und flüssiger Materie diskutiert und einige Möglichkeiten vorgestellt, elektrische Stromquellen zu realisieren.

Für viele Anwendungszwecke ist die Wellennatur des Lichtes von untergeordneter Bedeutung, weil es hauptsächlich auf die Ausbreitungsrichtung des Lichtes und deren Änderung durch abbildende Elemente wie Spiegel oder Linsen ankommt

Unser Sehvermögen ist wohl die wichtigste Verbindung zwischen dem menschlichen Individuum und seiner Außenwelt. Obwohl vomoptischen Standpunkt aus das Auge eine ziemlich schlechte Linse mit vielen Linsenfehlern darstellt, bildet es doch, in Verbindung mit unserem die Linsenfehler korrigierenden Gehirn, ein bewundernswertes optisches Instrument, das sich in weiten Grenzen an die jeweiligen optischen Bedingungen optimal anpassen kann. Trotzdem benötigt es für viele Situationen zusätzliche Instrumente, die seinen Wahrnehmungsbereich vergrößern können. Diese können das räumliche Auflösungsvermögen erhöhen (Lupe, Mikroskop), die in das Auge gelangende Lichtintensität verstärken (Fernrohr) oder den Spektralbereich erweitern (Bildwandler). Wir wollen in diesem Kapitel die wichtigsten optischen Instrumente, ihre Vorteile und ihre Begrenzungen kennen lernen. Außerdem sollen die für die Spektroskopie wichtigen Spektrographen vorgestellt und ihr spektrales Auflösungsvermögen diskutiert werden.

In atoms with more than one electron additional problems arise that are caused by mutual electrostatic and magnetic interactions between the electrons. In addition, we are now confronted with new symmetry principles that are valid if two electrons are exchanged. These stem from the fact that electrons cannot be distinguished from each other.

Over the last few years, several very interesting new developments in atomic and molecular physics were initiated that have considerably widened our understanding of the interaction of light with matter and opened new possibilities for many applications. In this chapter we will briefly discuss some of the experiments that have pushed forward these developments.

Based on the discussions in Chap. 4 we will now apply the quantum mechanical treatment to the simplest atom, the $$\mathrm {H}$$ atom, which consists of one proton and one electron moving in the spherical symmetric Coulomb potential of the proton. These one-electron systems, such as the hydrogen atom and the ions $$\mathrm {He}^{+}$$ , $$\mathrm {Li}^{++}$$ , $$\mathrm {Be}^{+++}$$ , etc., are the only real systems for which the Schrödinger equation can be exactly (i.e., analytically) solved. For all other atoms or molecules approximations have to be made. Either the Schrödinger equation for these systems can be solved numerically (which offers a mathematical solution within the accuracy of the computer program, but generally gives little insight into the physical nature of the approximation), or the real atoms are described by approximate models that can be calculated analytically. In any case, for all multielectron systems, one has to live with approximations, either in the numerical solution of the exact atomic model or for the exact solution of the approximate model.

Die Erkenntnisse und technischen Entwicklungen der Kernphysik und Hochenergiephysik haben inzwischen vielfältige Anwendungen in Biologie, Medizin, Umweltforschung, Archäologie, Geologie, Messtechnik und Energietechnik gefunden. In diesem Kapitel wollen wir kurz einige dieser Anwendungen diskutieren.

Wir haben in Kap. 5 gelernt, dass nach dem von H. Yukawa 1935 postulierten Modell der Kernkräfte die starke Wechselwirkung zwischen den Nukleonen durch Austausch von Teilchen mit einer Masse von etwa 140 MeV/c2 zustandekommt.Da diesesModell viele experimentelle Beobachtungen richtig beschreiben konnte, aber den großen Nachteil hatte, dass die hier geforderten Yukawa-Teilchen noch nicht gefunden worden waren, setzte eine intensive Suche nach ihnen ein.

Aus den Ergebnissen in Kap. 2 wissen wir, dass die starke Wechselwirkung zwischen den Nukleonen durch anziehende Kernkräfte bewirkt wird, die weit stärker sein müssen als die abstoßende Coulomb-Kraft zwischen den Protonen. Aus der praktisch homogenen Massendichte im Kern, die annähernd unabhängig von der Größe des Kerns ist, können wir schließen, dass Kernkräfte eine kurze Reichweite haben und deshalb hauptsächlich zwischen benachbarten Nukleonen wirken. In diesem Kapitel wollen wir etwas detailliertere Einsichten in die physikalische Natur der Kernkräfte und Modelle zu ihrer Charakterisierung gewinnen. Dies wird uns dann zu den verschiedenen Kernmodellen führen, die jeweils zur Beschreibung verschiedener Eigenschaften der Kerne optimiert wurden.

Nachdem wir uns in den beiden vorigen Kapiteln mit den grundlegenden Erkenntnissen über stabile und instabile Kerne befasst haben, soll nun erläutert werden, mit welchen experimentellen Techniken und Geräten diese und weitere Erkenntnisse in der Kern- und Teilchenphysik gewonnen werden können. Zu den wichtigsten Geräten gehören Teilchenbeschleuniger und Teilchendetektoren.

Man kann die Vielzahl der verschiedenen Festkörper nach unterschiedlichen Kriterien in Klassen einordnen. Ein wichtiges Ordnungskriterium ist ihre räumliche Struktur. Man unterscheidet dabei:

Second Edition of the Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry pulls key information into a single source for quick access to answers and/or in-depth examination of topics. SPEC-2 covers theory, methods, and applications for researchers, students, and professionals - combining proven techniques and new insights for comprehensive coverage of the field. The content is available in print and online via ScienceDirect, the latter of which offers optimal flexibility, accessibility, and usability through anytime, anywhere access for multiple users and superior search functionality. No other work gives analytical and physical (bio)chemists such unprecedented access to the literature. With 30% new content, SPEC-2 maintains the 'authoritative, balanced coverage' of the original work while also breaking new ground in spectroscopic research. The key features of the book include: incorporates more than 150 color figures, 5,000 references, and 300 articles (30% of which are new), for a thorough examination of the field; highlights new research and promotes innovation in applied areas ranging from food science and forensics to biomedicine and health; and features a new co-editor: David Koppenaal of Pacific Northwest National Laboratory, Washington, USA, whose work in atomic mass spectrometry has been recognized internationally.

ZusammenfassungAls Grenzfläche bezeichnet man eine Fläche im Raum, die zwei Gebiete trennt, in denen sich die Eigenschaften eines materiellen Systems unterscheiden. Dies kann z.B. die Dichte eines Stoffes sein, seine thermodynamische Phase, seine Struktur, die Orientierung seiner Atome bzw. Moleküle, die chemische Zusammensetzung. Oberflächen sind in diesem Sinne spezielle Grenzflächen, welche die feste oder flüssige Phase von der Gasphase trennen. Die räumliche Ausdehnung dieses Überganges zwischen den zwei Phasen kann sehr klein sein, d.h. der Übergang ist dann abrupt, die Oberfläche ist scharf definiert. Beispiele sind die Oberflächen einkristalliner Festkörper. Wenn eine solche Oberfläche entlang einer Netzebene verläuft, ist sie bis auf eine Atomlage genau definiert.

Nachdem wir in Kap. 11 die Struktur statischer Kristallgitter behandelt haben, wollen wir jetzt untersuchen, welche neuen Phänomene auftreten, wenn man berücksichtigt, daß die Atome im Kristall Schwingungen um ihre Gleichgewichtslage ausführen. Solche Schwingungen sind bei einem Festkörper bei der Temperatur T > 0 auf Grund der thermischen Energie immer angeregt. Bei N Atomen gibt es insgesamt 3 N − 6 ≈ 3N (für N ≫ 1) mögliche Eigenschwingungen eines Festkörpers, da jedes Atom drei Freiheitsgrade der Bewegung hat.