फर्मी ऊर्जा क्या है?

Send

जब भौतिकी की बात आती है, तो ऊर्जा की अवधारणा एक कठिन बात है, कई अलग-अलग अर्थों के अधीन और कई संभावित संदर्भों पर निर्भर है। उदाहरण के लिए, जब परमाणुओं और कणों की बात की जाती है, तो ऊर्जा कई रूपों में आती है, जैसे विद्युत ऊर्जा, ऊष्मा ऊर्जा और प्रकाश ऊर्जा।

लेकिन जब कोई क्वांटम यांत्रिकी के क्षेत्र में पहुँच जाता है, तो एक अधिक जटिल और विश्वासघाती क्षेत्र, चीजें और भी पेचीदा हो जाती हैं। इस दायरे में, वैज्ञानिकों ने फेरमी एनर्जी जैसी अवधारणाओं पर भरोसा किया, एक ऐसी अवधारणा जो आमतौर पर निरपेक्ष शून्य तापमान पर प्रणाली की उच्चतम अधिकृत क्वांटम राज्य की ऊर्जा को संदर्भित करती है।

Fermions:

20 वीं शताब्दी के इतालवी भौतिक विज्ञानी एनरिको फर्मी से फर्मों ने अपना नाम लिया। ये उप-परमाणु कण हैं जो आमतौर पर पदार्थ से जुड़े होते हैं, जबकि बोसॉन जैसे उप-परमाणु कण बल वाहक होते हैं (गुरुत्वाकर्षण, परमाणु बल, विद्युत चुंबकत्व आदि से जुड़े) ये कण (जो इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का रूप ले सकते हैं) पौली का पालन करते हैं। बहिष्करण सिद्धांत, जिसमें कहा गया है कि कोई भी दो उपद्रव समान (एक-कण) क्वांटम स्थिति पर कब्जा नहीं कर सकते।

एक प्रणाली जिसमें कई फ़र्मियन होते हैं (जैसे धातु में इलेक्ट्रॉन), प्रत्येक फ़र्मियन में क्वांटम संख्याओं का एक अलग सेट होगा। एक अवधारणा के रूप में फर्मी ऊर्जा, ठोस पदार्थों के विद्युत और थर्मल गुणों को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण है। निरपेक्ष शून्य (-273.15 डिग्री सेल्सियस) पर फर्मी स्तर के मूल्य को फर्मी ऊर्जा कहा जाता है और प्रत्येक ठोस के लिए एक स्थिर होता है। Fermi का स्तर ठोस के रूप में बदल जाता है और इलेक्ट्रॉनों को ठोस से जोड़ा या वापस ले लिया जाता है।

फर्मी ऊर्जा की गणना:

सबसे कम ऊर्जा का निर्धारण करने के लिए एक प्रणाली में फेरमों की ऊर्जा हो सकती है (उर्फ। यह सबसे कम संभव फर्मी ऊर्जा है), हम पहले राज्यों को समान ऊर्जा के साथ सेट करते हैं, और बढ़ती ऊर्जा द्वारा इन सेटों का आदेश देते हैं। एक खाली सिस्टम के साथ शुरू करते हुए, हम तब एक समय में एक कण जोड़ते हैं, सबसे कम ऊर्जा वाले राज्यों को लगातार भरते हुए।

जब सभी कणों को डाल दिया गया है, तो फर्मी ऊर्जा सबसे अधिक कब्जे वाली अवस्था की ऊर्जा है। इसका मतलब यह है कि भले ही हमने किसी धातु से सभी संभावित ऊर्जा को पूर्ण शून्य तापमान (0 केल्विन) के पास ठंडा करके निकाल दिया है, फिर भी धातु में इलेक्ट्रॉन घूम रहे हैं। सबसे तेजी से फैमी ऊर्जा के बराबर गतिज ऊर्जा के लिए एक वेग से आगे बढ़ रहे हैं।

अनुप्रयोग:

Fermi ऊर्जा संघनित पदार्थ भौतिकी की महत्वपूर्ण अवधारणाओं में से एक है। इसका उपयोग, उदाहरण के लिए, धातु, इन्सुलेटर और अर्धचालक का वर्णन करने के लिए किया जाता है। सुपरकंडक्टर्स की भौतिकी में, निम्न तापमान हीलियम (सामान्य और सुपरफ्लूड 3He) जैसी क्वांटम तरल पदार्थों की भौतिकी में यह एक बहुत महत्वपूर्ण मात्रा है, और यह परमाणु भौतिकी के लिए और गुरुत्वाकर्षण पतन के खिलाफ सफेद बौने तारों की स्थिरता को समझने के लिए काफी महत्वपूर्ण है। ।

भ्रामक रूप से, "फ़र्मी ऊर्जा" शब्द का उपयोग अक्सर एक अलग लेकिन बारीकी से संबंधित अवधारणा, फर्मी स्तर (जिसे रासायनिक क्षमता भी कहा जाता है) का वर्णन करने के लिए किया जाता है। Fermi ऊर्जा और रासायनिक क्षमता पूर्ण शून्य पर समान हैं, लेकिन अन्य तापमानों पर भिन्न हैं।

हमने अंतरिक्ष पत्रिका में क्वांटम भौतिकी के बारे में कई दिलचस्प लेख लिखे हैं। यहाँ बोह्र परमाणु मॉडल क्या है ?, क्वांटम एंटैंग्लमेंट समझाया गया, इलेक्ट्रॉन क्लाउड मॉडल क्या है, डबल स्लिट प्रयोग क्या है ?, लूप क्वांटम ग्रेविटी क्या है? और क्वांटम सिद्धांत को एकीकृत करना - चार आयामों में प्रवाहित होना।

यदि आप फ़र्मी एनर्जी के बारे में अधिक जानकारी चाहते हैं, तो हाइपरफिज़िक्स और साइंस वर्ल्ड के इन लेखों को देखें।

हमने क्वांटम यांत्रिकी के बारे में सभी खगोल विज्ञान कास्ट का एक पूरा प्रकरण दर्ज किया है। यहां सुनें, एपिसोड 138: क्वांटम मैकेनिक्स।

सूत्रों का कहना है: