Dalam soal fizik, konsep tenaga adalah perkara yang sukar, bergantung kepada banyak makna dan bergantung pada banyak kemungkinan konteks. Contohnya, apabila bercakap mengenai atom dan zarah, tenaga datang dalam beberapa bentuk, seperti tenaga elektrik, tenaga haba, dan tenaga cahaya.
Tetapi apabila seseorang menceburkan diri dalam bidang mekanik kuantum, dunia yang jauh lebih kompleks dan khianat, keadaan menjadi lebih sukar. Dalam bidang ini, para saintis bergantung pada konsep seperti Fermi Energy, konsep yang biasanya merujuk kepada tenaga keadaan kuantum yang paling tinggi diduduki dalam sistem fermion pada suhu sifar mutlak.
Fermion:
Fermions mengambil nama mereka dari ahli fizik Itali abad ke-20 yang terkenal, Enrico Fermi. Ini adalah zarah subatom yang biasanya dikaitkan dengan jirim, sedangkan zarah subatom seperti bos adalah pembawa daya (berkaitan dengan graviti, daya nuklear, elektromagnetisme, dll.) Zarah-zarah ini (yang boleh mengambil bentuk elektron, proton dan neutron) mematuhi Pauli Prinsip Pengecualian, yang menyatakan bahawa tidak ada dua fermion yang dapat menempati keadaan kuantum yang sama (satu partikel).
Dalam sistem yang mengandungi banyak fermion (seperti elektron dalam logam), setiap fermion akan mempunyai set nombor kuantum yang berbeza. Tenaga Fermi, sebagai konsep, penting dalam menentukan sifat elektrik dan terma pepejal. Nilai tahap Fermi pada sifar mutlak (-273.15 ° C) dipanggil tenaga Fermi dan merupakan pemalar bagi setiap pepejal. Tahap Fermi berubah apabila pepejal dihangatkan dan ketika elektron ditambahkan atau ditarik keluar dari pepejal.
Mengira Tenaga Fermi:
Untuk menentukan tenaga terendah yang dapat dimiliki oleh sistem fermion (alias tenaga Fermi serendah mungkin), pertama-tama kami mengelompokkan negeri ke dalam set dengan tenaga yang sama, dan memesan set ini dengan meningkatkan tenaga. Bermula dengan sistem kosong, kami kemudian menambahkan zarah satu demi satu, secara berturut-turut mengisi keadaan kuantum yang tidak dihuni dengan tenaga terendah.
Apabila semua zarah telah dimasukkan, tenaga Fermi adalah tenaga dari keadaan yang paling tinggi. Maksudnya adalah bahawa walaupun kita telah mengeluarkan semua tenaga yang mungkin dari logam dengan menyejukkannya ke suhu sifar mutlak (0 kelvin), elektron dalam logam masih bergerak. Yang terpantas bergerak pada kelajuan yang sepadan dengan tenaga kinetik sama dengan tenaga Fermi.
Permohonan:
Tenaga Fermi adalah salah satu konsep penting fizik bahan terkondensasi. Ia digunakan, misalnya, untuk menggambarkan logam, penebat, dan semikonduktor. Ini adalah kuantiti yang sangat penting dalam fizik superkonduktor, dalam fizik cecair kuantum seperti helium suhu rendah (baik normal dan superfluid 3He), dan sangat penting bagi fizik nuklear dan memahami kestabilan bintang kerdil putih terhadap keruntuhan graviti .
Dengan membingungkan, istilah "tenaga Fermi" sering digunakan untuk menggambarkan konsep yang berbeza tetapi berkait rapat, tahap Fermi (juga disebut potensi kimia). Potensi tenaga dan kimia Fermi sama pada sifar mutlak, tetapi berbeza pada suhu lain.
Kami telah menulis banyak artikel menarik mengenai fizik kuantum di sini di Space Magazine. Inilah Model Atomik Bohr ?, Kuantum Entanglement Dijelaskan, Apa itu Model Awan Elektron, Apa itu Eksperimen Celah Ganda ?, Apa itu Loop Quantum Gravity? dan Menyatukan Prinsip Kuantum - Mengalir dalam Empat Dimensi.
Sekiranya anda mahukan lebih banyak maklumat mengenai Fermi Energy, lihat artikel ini dari Hyperphysics and Science World.
Kami juga telah merakam keseluruhan episod Astronomi Cast mengenai Quantum Mechanics. Dengarkan di sini, Episod 138: Mekanik Kuantum.
Sumber:
- Wikipedia - Fermi Energy
- Wikipedia - Fermion
- Ensiklopedia Britannica - Fermi Energy
- Hyperphysics - Tahap Fermi
