Pokiaľ ide o fyziku, pojem energia je zložitá, podlieha mnohým rôznym významom a závisí od mnohých možných súvislostí. Napríklad, keď hovoríme o atómoch a časticiach, energia má niekoľko foriem, napríklad elektrickú energiu, tepelnú energiu a svetelnú energiu.
Ale keď sa človek dostane do oblasti kvantovej mechaniky, oveľa zložitejšej a zradnejšej ríše, veci sú ešte zložitejšie. V tejto oblasti sa vedci spoliehajú na koncepcie, ako je Fermi Energy, koncept, ktorý sa zvyčajne odvoláva na energiu najvyššieho okupovaného kvantového stavu v systéme fermionov pri absolútnej nulovej teplote.
Fermióny:
Fermions sa pomenúvajú od známeho talianskeho fyzika 20. storočia Enrica Fermiho. Jedná sa o subatomické častice, ktoré sa zvyčajne spájajú s hmotou, zatiaľ čo subatomické častice, ako sú bozóny, sú nosičmi sily (spojené s gravitáciou, jadrovými silami, elektromagnetizmom atď.). Tieto častice (ktoré môžu mať formu elektrónov, protónov a neutrónov) poslúchajú Pauliho Zásada vylúčenia, ktorá uvádza, že žiadne dve fermióny nemôžu obsadzovať rovnaký kvantový stav (jedno častice).
V systéme obsahujúcom veľa fermionov (ako elektróny v kovu) bude mať každá fermión odlišnú množinu kvantových čísel. Fermiho energia je ako koncept dôležitá pri určovaní elektrických a tepelných vlastností tuhých látok. Hodnota hladiny Fermiho v absolútnej nule (-273,15 ° C) sa nazýva Fermiho energia a je konštanta pre každú pevnú látku. Hladina Fermi sa mení, keď sa tuhá látka zahreje a ako sa elektróny pridávajú alebo odoberajú z tuhej látky.
Výpočet energie Fermi:
Aby sme určili najnižšiu energiu, ktorú môže mať systém fermionov (aka. Je to najnižšia možná Fermiho energia), najprv zoskupíme štáty do množín s rovnakou energiou a zoradíme tieto množiny zvýšením energie. Začínajúc prázdnym systémom, potom postupne pridávame častice a postupne zaplňujeme neobsadené kvantové stavy najnižšou energiou.
Po vložení všetkých častíc je Fermiho energia energiou najvyššie obsadeného štátu. To znamená, že aj keď sme všetku možnú energiu z kovu získali jeho ochladením na takmer nulovú teplotu (0 kelvinov), elektróny v kovu sa stále pohybujú. Najrýchlejší sa pohybujú rýchlosťou zodpovedajúcou kinetickej energii rovnajúcej sa Fermiho energii.
Aplikácia:
Fermiho energia je jedným z dôležitých konceptov fyziky kondenzovaných látok. Používa sa napríklad na popis kovov, izolátorov a polovodičov. Je to veľmi dôležité množstvo vo fyzike supravodičov, vo fyzike kvantových tekutín, ako je hélium s nízkou teplotou (normálne aj superfluidné 3He), a je celkom dôležité, aby jadrová fyzika pochopila stabilitu bielych trpasličích hviezd proti gravitačnému kolapsu. ,
Mätúce, termín „Fermiho energia“ sa často používa na opis iného, ale úzko súvisiaceho konceptu, hladiny Fermiho (tiež nazývaného chemický potenciál). Energia a chemický potenciál Fermi sú rovnaké pri absolútnej nule, ale pri iných teplotách sa líšia.
Tu sme napísali veľa zaujímavých článkov o kvantovej fyzike tu v časopise Space Magazine. Tu je Čo je Bohr atómový model ?, Vysvetlené kvantové zapletenie, čo je model elektrónového oblaku, čo je experiment s dvojitou štrbinou ?, Čo je kvantová gravitácia slučky? a zjednotenie kvantového princípu - plynúce pozdĺž štyroch dimenzií.
Ak chcete získať viac informácií o spoločnosti Fermi Energy, prečítajte si tieto články z článku Hyperphysics and Science World.
Zaznamenali sme tiež celú epizódu Obsadenia astronómie o kvantovej mechanike. Počúvajte tu, Episode 138: Quantum Mechanics.
zdroj:
- Wikipedia - Fermi Energy
- Wikipedia - Fermion
- Encyklopédia Britannica - Fermi Energy
- Hyperphysics - Fermi Level
