Fizik söz konusu olduğunda, enerji kavramı birçok farklı anlama ve olası birçok bağlama bağlı olarak zor bir şeydir. Örneğin, atomlardan ve parçacıklardan bahsederken, enerji elektrik enerjisi, ısı enerjisi ve ışık enerjisi gibi çeşitli şekillerde gelir.
Ancak, kuantum mekaniği alanına, çok daha karmaşık ve hain bir alana girdiğinde, işler daha da zorlaşır. Bu alanda, bilim adamları, mutlak sıfır sıcaklıkta bir fermiyon sistemindeki genellikle en yüksek işgal edilen kuantum durumunun enerjisini ifade eden bir kavram olan Fermi Enerji gibi kavramlara güvenmektedir.
Fermionlar:
Fermiyonlar adını ünlü 20. yüzyıl İtalyan fizikçisi Enrico Fermi'den alıyor. Bunlar genellikle madde ile ilişkili atomaltı parçacıklar, oysa bozonlar gibi atomaltı parçacıklar kuvvet taşıyıcılar (yerçekimi, nükleer kuvvetler, elektromanyetizma, vb. İle ilişkili) Bu parçacıklar (elektron, proton ve nötron şeklinde olabilir) Pauli'ye itaat eder. İki fermiyonun aynı (tek parçacık) kuantum halini işgal edemeyeceğini belirten Dışlama İlkesi.
Birçok fermantasyon içeren bir sistemde (metal içindeki elektronlar gibi), her fermantasyonun farklı bir kuantum sayıları seti olacaktır. Kavram olarak Fermi enerjisi, katıların elektriksel ve termal özelliklerinin belirlenmesinde önemlidir. Fermi seviyesinin mutlak sıfırdaki değerine (-273.15 ° C) Fermi enerjisi denir ve her katı için bir sabittir. Katı ısıtıldıkça ve katıya elektronlar eklendikçe veya katıdan çekildikçe Fermi seviyesi değişir.
Fermi Enerjisinin Hesaplanması:
Bir fermiyon sisteminin sahip olabileceği en düşük enerjiyi belirlemek için (diğer bir deyişle mümkün olan en düşük Fermi enerjisidir), önce devletleri eşit enerjili setler halinde gruplandırırız ve bu setleri enerjiyi artırarak sıralarız. Boş bir sistemle başlayarak, boşta kalan kuantum durumlarını art arda en düşük enerjiyle doldurarak, birer birer parçacıklar ekliyoruz.
Tüm parçacıklar konduğunda, Fermi enerjisi en yüksek işgal edilen durumun enerjisidir. Bunun anlamı, bir metalden mümkün olan tüm enerjiyi mutlak sıfır sıcaklığa (0 kelvin) yakın bir yere soğutsak bile, metal içindeki elektronlar hala hareket ediyor. En hızlı olanlar, Fermi enerjisine eşit bir kinetik enerjiye karşılık gelen bir hızda hareket ederler.
Uygulamalar:
Fermi enerjisi yoğun madde fiziğinin önemli kavramlarından biridir. Örneğin metalleri, izolatörleri ve yarı iletkenleri tanımlamak için kullanılır. Süperiletkenlerin fiziğinde, düşük sıcaklık helyumu (hem normal hem de aşırı akışkan 3He) gibi kuantum sıvıların fiziğinde çok önemli bir miktardır ve nükleer fizik için ve beyaz cüce yıldızların yerçekimi çöküşüne karşı kararlılığını anlamak oldukça önemlidir. .
Kafa karıştırıcı bir şekilde, “Fermi enerjisi” terimi genellikle farklı ama yakından ilişkili bir kavram olan Fermi seviyesini (kimyasal potansiyel olarak da adlandırılır) tanımlamak için kullanılır. Fermi enerjisi ve kimyasal potansiyeli mutlak sıfırda aynıdır, ancak diğer sıcaklıklarda farklılık gösterir.
Space Magazine'de kuantum fiziği hakkında birçok ilginç makale yazdık. İşte Bohr Atom Modeli Nedir ?, Kuantum Dolaşıklığı Açıklanıyor, Elektron Bulut Modeli Nedir, Çift Yarık Deneyi Nedir ?, Döngü Kuantum Yerçekimi Nedir? ve Kuantum Prensibinin Birleştirilmesi - Dört Boyutta Akan.
Fermi Enerji hakkında daha fazla bilgi edinmek isterseniz, Hiperfizik ve Bilim Dünyası'ndaki bu makalelere göz atın.
Ayrıca Kuantum Mekaniği ile ilgili tüm bir Astronomi Oyuncusu bölümünü de kaydettik. Burada dinle, Bölüm 138: Kuantum Mekaniği.
Kaynaklar:
- Vikipedi - Fermi Enerji
- Vikipedi - Fermion
- Britannica Ansiklopedisi - Fermi Enerji
- Hiperfizik - Fermi Seviyesi
