Kada je u pitanju fizika, koncept energije je lukava stvar, podložan mnogim raznim značenjima i ovisan o mnogim mogućim kontekstima. Na primjer, kada govorimo o atomima i česticama, energija dolazi u nekoliko oblika, poput električne energije, toplinske energije i svjetlosne energije.
Ali kada netko dođe u polje kvantne mehanike, daleko složenije i izdajničko područje, stvari postaju još zamršenije. U ovom se području znanstvenici oslanjaju na koncepte poput Fermi energije, koncepta koji se obično odnosi na energiju najviše zauzetog kvantnog stanja u sustavu fermiona s apsolutnom nultom temperaturom.
Fermioni:
Fermioni dobivaju svoje ime po poznatom talijanskom fizičaru 20. stoljeća Enricu Fermiju. To su subatomske čestice koje su obično povezane s materijom, dok su subatomske čestice poput bozona nosioci sile (povezane s gravitacijom, nuklearnim silama, elektromagnetizmom itd.) Te čestice (koje mogu imati oblik elektrona, protona i neutrona) pokoravaju se Pauli Načelo isključenja, koje kaže da nijedna dva fermiona ne mogu zauzeti isto (jednočestice) kvantno stanje.
U sustavu koji sadrži mnogo fermiona (poput elektrona u metalu), svaki će fermion imati različit skup kvantnih brojeva. Fermi energija je, kao pojam, važna za određivanje električnih i toplinskih svojstava krutih tvari. Vrijednost Fermijeve razine u apsolutnoj nuli (-273,15 ° C) naziva se Fermijeva energija i konstanta je za svaku krutu tvar. Fermijeva se razina mijenja kako se krutina zagrijava i kako se elektroni dodaju ili povlače iz krute tvari.
Izračun energije Fermija:
Da bismo odredili najnižu energiju koju sustav fermiona može imati (aka. To je najniža moguća Fermijeva energija), prvo grupiramo države u skupove s jednakom energijom i naredimo ih tako što povećavamo energiju. Počevši s praznim sustavom, pa dodajemo čestice jedno po drugo, uzastopno popunjavajući nezauzeta kvantna stanja s najnižom energijom.
Kad se stave sve čestice, Fermijeva energija je energija najviše okupiranog stanja. To znači da, čak i ako smo izvukli svu moguću energiju iz metala hlađenjem na gotovo apsolutnu nultu temperaturu (0 kelvin), elektroni u metalu se još uvijek kreću. Najbrži se kreću brzinom koja odgovara kinetičkoj energiji jednakoj Fermijevoj energiji.
Prijave:
Fermijeva energija jedan je od važnih pojmova fizike kondenzirane materije. Koristi se, na primjer, za opisivanje metala, izolatora i poluvodiča. Vrlo je važna količina u fizici supravodiča, u fizici kvantnih tekućina poput helijuma niske temperature (i normalnog i super tečnog 3He), a vrlo je važno nuklearna fizika i razumjeti stabilnost bijelih patuljastih zvijezda protiv gravitacijskog kolapsa ,
Zbunjujući pojam "Fermijeva energija" često se koristi za opisivanje različitog, ali usko povezanog pojma, razine Fermija (koja se također naziva i kemijski potencijal). Energija i kemijski potencijal Fermija jednaki su u apsolutnoj nuli, ali se razlikuju kod drugih temperatura.
Ovdje smo pisali mnoge zanimljive članke o kvantnoj fizici u časopisu Space Magazine. Evo što je Borov atomski model ?, Objašnjeno je kvantno upletanje, što je model elektronskog oblaka, što je eksperiment s dvostrukim prorezom? Što je kvantna gravitacija petlje? i objedinjujući kvantni princip - teče zajedno u četiri dimenzije.
Ako želite više informacija o Fermi energiji, pogledajte ove članke iz Hyperphysics and Science World.
Također smo snimili i cijelu epizodu Astronomy Cast-a, sve o kvantnoj mehanici. Slušajte ovdje, epizoda 138: Kvantna mehanika.
izvori:
- Wikipedia - Fermi energija
- Wikipedia - Fermion
- Enciklopedija Britannica - Fermi energija
- Hiperfizika - Fermi razina
