Kar zadeva fiziko, je koncept energije težavna stvar, ki je odvisen od mnogih različnih pomenov in odvisen od številnih možnih kontekstov. Na primer, ko govorimo o atomih in delcih, energija prihaja v več oblikah, kot so električna energija, toplotna energija in svetlobna energija.
Ko pa se človek poda na področje kvantne mehanike, veliko bolj zapletene in izdajalne oblasti, postanejo stvari še bolj zapletene. V tej oblasti se znanstveniki opirajo na koncepte, kot je Fermi Energy, koncept, ki se običajno nanaša na energijo najvišje zasedenega kvantnega stanja v sistemu fermionov pri absolutni ničelni temperaturi.
Fermioni:
Fermioni so dobili ime po slavnem italijanskemu fiziku 20. stoletja Enricu Fermiju. Gre za subatomske delce, ki so ponavadi povezani s snovjo, medtem ko so subatomski delci, kot so bozoni, nosilci sile (povezani z gravitacijo, jedrskimi silami, elektromagnetizmom itd.) Ti delci (ki imajo obliko elektronov, protonov in nevtronov) ubogajo Pauli Načelo izključitve, ki pravi, da nobena dva fermiona ne moreta zasedati enakega (enodelnega) kvantnega stanja.
V sistemu, ki vsebuje veliko fermionov (kot elektroni v kovini), bo imel vsak fermion drugačen nabor kvantnih števil. Fermi energija je kot koncept pomembna pri določanju električnih in toplotnih lastnosti trdnih snovi. Vrednost Fermijeve ravni pri absolutni ničli (-273,15 ° C) se imenuje Fermijeva energija in je konstanta za vsako trdno snov. Fermijeva raven se spreminja, ko se trdna snov segreva in ko se trdni snovi dodajo ali odvzamejo trdni snovi.
Izračun energije Fermija:
Da bi določili najnižjo energijo, ki jo ima lahko fermions (aka. To je najnižja možna Fermijeva energija), najprej združimo stanja v sklope z enako energijo in jih določimo s povečanjem energije. Začenši s praznim sistemom, nato dodajamo delce enega za drugim in zaporedoma zapolnimo nezasedena kvantna stanja z najnižjo energijo.
Ko so vsi delci vstavljeni, je Fermijeva energija energija najvišje zasedenega stanja. To pomeni, da četudi smo iz kovine črpali vso možno energijo s hlajenjem na skoraj absolutno ničelno temperaturo (0 kelvin), se elektroni v kovini še vedno gibljejo. Najhitrejši se gibljejo s hitrostjo, ki ustreza kinetični energiji, enaki energiji Fermi.
Prijave:
Energija Fermi je eden pomembnih konceptov fizike kondenzirane snovi. Uporablja se na primer za opisovanje kovin, izolatorjev in polprevodnikov. Zelo pomembna je količina v fiziki superprevodnikov, v fiziki kvantnih tekočin, kot je nizkotemperaturni helij (tako normalen kot presežen 3He), zelo pomembno je tudi jedrska fizika in razumevanje stabilnosti belih pritlikavih zvezd pred gravitacijskim propadom .
Izraz „Fermijeva energija“ se pogosto uporablja za opis drugačnega, a tesno povezanega koncepta, ravni Fermija (imenovane tudi kemični potencial). Energija in kemični potencial Fermi sta enaka absolutni nič, pri drugih temperaturah pa se razlikujeta.
Tu smo napisali veliko zanimivih člankov o kvantni fiziki v reviji Space Magazine. Tukaj je kaj je Borov atomski model ?, razloženo kvantno zapletanje, kaj je model elektronskega oblaka, kaj je eksperiment z dvojno režo ?, kaj je kvantna gravitacija zanke? in poenotenje kvantnega načela - teče skupaj v štirih dimenzijah.
Če želite več informacij o družbi Fermi Energy, si oglejte te članke iz Hyperphysics and Science World.
Posneli smo tudi celo epizodo Astronomy Cast o kvantni mehaniki. Poslušajte tukaj, Epizoda 138: Kvantna mehanika.
Viri:
- Wikipedia - Fermi energija
- Wikipedia - Fermion
- Enciklopedija Britannica - Fermi Energy
- Hiperfizika - stopnja Fermija
