Када је у питању физика, концепт енергије је шкакљива ствар, подложна многим разним значењима и зависи од многих могућих контекста. На пример, када говоримо о атомима и честицама, енергија долази у неколико облика, као што су електрична, топлотна и светлосна енергија.
Али када неко дође у поље квантне механике, далеко сложеније и издајничке области, ствари постају још замршеније. У овој области научници се ослањају на концепте попут Ферми енергије, концепта који се обично односи на енергију највише заузетог квантног стања у систему фермиона при апсолутној нулту температури.
Фермионс:
Фермиони су своје име добили по познатом италијанском физичару 20. века Енрицу Фермију. То су субатомске честице које су обично повезане са материјом, док су субатомске честице попут бозона носиоци силе (повезане са гравитацијом, нуклеарним силама, електромагнетизмом итд.) Ове честице (које могу имати облик електрона, протона и неутрона) покоравају се Паули Принцип искључења, који каже да ниједна два фермиона не могу заузети исто квантно стање (једна честица).
У систему који садржи много фермиона (попут електрона у металу), сваки фермион ће имати различит скуп квантних бројева. Ферми енергија је, као концепт, важна за одређивање електричних и топлотних својстава чврстих материја. Вредност нивоа Фермија при апсолутној нули (-273,15 ° Ц) назива се Фермијева енергија и константа је за сваку чврсту супстанцу. Ферми ниво се мења како се чврста супстанца загрева и како се електрони додају или повлаче из чврсте супстанце.
Израчунавање Ферми енергије:
Да бисмо одредили најнижу енергију коју систем фермиона може имати (ака. То је најнижа могућа енергија Фермија), прво групирамо државе у скупове са једнаком енергијом и наређујемо их тако што повећавамо енергију. Полазећи од празног система, затим додајемо честице, једну по једну, узастопно попуњавајући незаузета квантна стања са најнижом енергијом.
Када се ставе све честице, Фермијева енергија је енергија највише заузетог стања. То значи да, чак и ако смо извукли сву могућу енергију из метала хлађењем на скоро апсолутну нулту температуру (0 келвин), електрони у металу се још увек крећу. Најбржи се крећу брзином која одговара кинетичкој енергији једнакој Ферми енергији.
Апликације:
Фермијева енергија је један од важних концепата физике кондензоване материје. Користи се, на пример, за опис метала, изолатора и полуводича. То је веома важна количина у физици суправодича, у физици квантних течности попут хелијума ниске температуре (нормалног и супер течног 3Хе), а врло је важно нуклеарна физика и разумевање стабилности белих патуљастих звезда против гравитационог колапса .
Збуњујуће је појам „Фермијева енергија“ који се често користи за описивање различитог, али уско повезаног концепта, нивоа Фермија (који се такође назива хемијски потенцијал). Енергија и хемијски потенцијал Фермија су исти при апсолутној нули, али се разликују на другим температурама.
Овде смо писали много занимљивих чланака о квантној физици у часопису Спаце Магазине. Ево шта је Боров атомски модел ?, Објашњено је квантно заплетање, шта је модел електронског облака, шта је експеримент са двоструким прорезом? Шта је квантна гравитација петље? и обједињавање квантног принципа - тече заједно у четири димензије.
Ако желите више информација о компанији Ферми Енерги, погледајте ове чланке из Хиперпхисицс анд Сциенце Ворлд.
Такође смо снимили читаву епизоду Астрономи Цаст-а о квантној механици. Слушајте овде, епизода 138: Квантна механика.
Извори:
- Википедија - Ферми Енерги
- Википедија - Фермион
- Енцицлопаедиа Британница - Ферми Енерги
- Хиперфизика - ниво Фермија
