Gesammelt wird in un serer Zeit vieles - und vieles Ungewohnliches. Mittlerweile sind zu vielen Sammelgebieten teilweise gigantische Tauschborsen entstanden, an denen die Sammler ihre Sammelobjekte feilbieten. Wir haben auch eine Sammelleidenschaft - gehabt miissen wir wohl sagen, denn aus der Not heraus, Aufgaben zur Festkorperphysik zu brauchen, haben wir mit dem Sammeln von Festkorperphysik-Aufgaben begonnen und dies iiber Jahre hinweg beibehalten. Der Anlass zu einer solch ungewohnlichen Sammelleidenschaft war die Tatsache, in der Ersten StaatsprUfung fiir das Lehramt an Gymnasien im Fach Physik eine Klausur mit Aufgaben zur Festkorperphysik schreiben zu miissen, zu der vorher geiibt werden muss. Neben einer Vielzahl und Vielfalt an Aufgaben zur Einfiihrung in die Physik tat sich nach langem Suchen eine groBe Liicke auf, sucht man nach praxisbezogenen und anwendungsorientier ten Aufgaben aus der Festkorperphysik, die zum einen den experimentellen Stoff vertiefen und zum anderen auf Anwendungen (und sei es "nur" das Physikalische Praktikum fur Fortgeschrittene) vorbereiten sollen. Not macht aber bekanntlich erfinderisch - und finderisch manchmal auch. Und so ha ben wir uns auf die Suche nach Aufgaben gemacht. So kam im Laufe der Zeit ein ganzer Berg an Obungsaufgaben zusammen, den wir, vielfachen Wiinschen entsprechend, griind lich gesichtet und iiberarbeitet, den einzelnen Stoffgebieten zugeordnet - und mit Losun gen versehen haben. Bei der Auswahl der Aufgabeninhalte haben wir uns dabei an den Obungen orientiert, wie sie am Fachbereich Physik der Universitat Kaiserslautern, unserer "Heimat-Uni", iiber Jahre hinweg gestellt wurden.
Gesammelt wird in un serer Zeit vieles - und vieles Ungewohnliches. Mittlerweile sind zu vielen Sammelgebieten teilweise gigantische Tauschborsen entstanden, an denen die Sammler ihre Sammelobjekte feilbieten. Wir haben auch eine Sammelleidenschaft - gehabt miissen wir wohl sagen, denn aus der Not heraus, Aufgaben zur Festkorperphysik zu brauchen, haben wir mit dem Sammeln von Festkorperphysik-Aufgaben begonnen und dies iiber Jahre hinweg beibehalten. Der Anlass zu einer solch ungewohnlichen Sammelleidenschaft war die Tatsache, in der Ersten StaatsprUfung fiir das Lehramt an Gymnasien im Fach Physik eine Klausur mit Aufgaben zur Festkorperphysik schreiben zu miissen, zu der vorher geiibt werden muss. Neben einer Vielzahl und Vielfalt an Aufgaben zur Einfiihrung in die Physik tat sich nach langem Suchen eine groBe Liicke auf, sucht man nach praxisbezogenen und anwendungsorientier ten Aufgaben aus der Festkorperphysik, die zum einen den experimentellen Stoff vertiefen und zum anderen auf Anwendungen (und sei es "nur" das Physikalische Praktikum fur Fortgeschrittene) vorbereiten sollen. Not macht aber bekanntlich erfinderisch - und finderisch manchmal auch. Und so ha ben wir uns auf die Suche nach Aufgaben gemacht. So kam im Laufe der Zeit ein ganzer Berg an Obungsaufgaben zusammen, den wir, vielfachen Wiinschen entsprechend, griind lich gesichtet und iiberarbeitet, den einzelnen Stoffgebieten zugeordnet - und mit Losun gen versehen haben. Bei der Auswahl der Aufgabeninhalte haben wir uns dabei an den Obungen orientiert, wie sie am Fachbereich Physik der Universitat Kaiserslautern, unserer "Heimat-Uni", iiber Jahre hinweg gestellt wurden.
Inhaltsverzeichnis
1 Kristallstrukturen.- 1.1 Geometrie.- Harte-Kugel-Modelle von Gitterformen.- Strukturelemente am zweidimensionalen Gitter.- Abstand zwischen Gitteratomen in Natriumchlorid.- Bravais-Gitter.- Elementarzelle und Einheitszelle der kubischen Gitter.- Reziprokes Gitter eines zweidimensionalen Gitters.- Reziprokes Gitter einer fcc-Struktur.- 1.2 Strukturanalyse.- Wellenlängen bei Strukturanalysen.- Bragg-Reflexion an Kristallen.- Strukturbedingungen für fcc- und bcc-Reflexmuster.- Erlaubte Reflexe bei Diamant.- Reflexe an Mischkristallen.- Neutronenbeschuss von Aluminium.- Debye-Scherrer-Untersuchungen.- Ewald-Konstruktion.- 1.3 Bindungsverhältnisse.- Lennard-Jones-Potential.- Madelungkonstante zwei- und dreidimensionaler Gitter.- Federmodell eines linearen Kristalls.- Born-Mayer-Potential und Kompressionsmodul für Steinsalz.- Temperaturabhängigkeit der Gitterkonstanten.- Bindungsformanalyse aus Energiebilanz.- 2 Gitterschwingungen.- 2.1 Dynamische Eigenschaften des Gitters.- Dispersionsrelation für ein lineares Gitter verschiedener Massen.- Ebenes quadratisches Gitter.- Phononenspektrum für lineares Gitter identischer Atome.- Lineare Ketten mit unterschiedlichen Massenverhältnissen.- Phononenspektrum eines Kreisgitters.- Zustandsdichte für Phononen in ein, zwei und drei Dimensionen.- Bose-Einstein-Statistik für Phononen.- Brillouin-Streuung zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit.- Brillouin-Streuung in Quarz.- 2.2 Thermische Eigenschaften des Kristallgitters.- Innere Energie und spezifische Wärme der Grundgittertypen.- Wärmekapazität bei Graphit.- Klassische Theorie der Wärmekapazität.- Thermische Energie von Kohlenstoff klassisch und im Einstein-Modell.- Beitrag der optischen Phononen zur Wärmekapazität.- 3 Elektronen im Festkörper.- 3.1 Freies Elektronengas.- Freie Elektronen in Silber.- Superfluides Helium (3He).- Fermi-Fläche für ein freies Elektronengas I.- Fermi-Fläche für ein freies Elektronengas II.- Zustandsdichte eines freien Elektronengases.- Mittlere Energie von Elektronen im freien Elektronengas.- 3.2 Thermische und elektrische Eigenschaften.- Spezifische Wärme des Elektronengases.- Experimentelle Materialbestimmung.- Reinheitsgrad eines Kristalls.- Hall-Konstante von Kupfer.- Wiedemann-Franzsches Gesetz.- 4 Halbleiter.- 4.1 Eigenleitung.- Herstellung intrinsischer Halbleiter.- Innerer Photoeffekt bei Halbleitern.- Temperaturabhängigkeit eines NTC-Widerstandes.- Bandlücke und Fermi-Energie bei reinen Halbleitern.- Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes.- Eigenleitung bei III-V-Verbindungshalbleitern (GaAs).- 4.2 Störstellenleitung.- Störstellenreserve und Störstellenerschöpfung.- Ladungsträgerdichte und Fermi-Niveau bei n-Halbleitern.- Herstellung einer Silicium-Diode.- Breite und Kapazität der Sperrschicht eines pn-Übergangs.- 4.3 Halleffekt.- Bestimmung der Ladungsträgersorte und -konzentration.- Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger im Halbleiter.- 5 Dielektrische und magnetische Festkörper, Supraleitung.- 5.1 Dielektrische Festkörper.- Festkörper in Kondensatoren.- Dielektrische und optische Eigenschaften von Natriumchlorid.- Elektromagnetische Wellen in Metall (Gold).- Kristallfenster als Intensitätsfilter.- Dipolmomente von Gasen und Flüssigkeiten.- Ladungsverschiebung in Kaliumchlorid durch Polarisation.- 5.2 Magnetische Festkörper.- Faraday-Effekt bei magnetischen Gläsern.- Umlaufzeit von Elektronen im Magnetfeld.- De-Haas-van-Alphen-Effekt.- Bestimmung der effektiven Masse mittels Zyklotronresonanz.- Bestimmung der magnetischen Suszeptibilität mittels der Gouy-Waage.- 5.3 Supraleitung.- Absorption elektromagnetischer Strahlung in Supraleitern.- Kontaktstrom im supraleitenden Zustand.- Geometrie der Flussfäden.- Bestimmung von Flussquantenzahlen.- Magnetisierung von Metallproben am Nullpunkt.- Literatur.- Verzeichnis der benutzten Symbole und Konstanten.- Abbildungsverzeichnis.- Inde.
