¿QUé ES FERMI ENERGY?

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Cuando se trata de física, el concepto de energía es algo complicado, sujeto a muchos significados diferentes y dependiente de muchos contextos posibles. Por ejemplo, cuando se habla de átomos y partículas, la energía se presenta en varias formas, como energía eléctrica, energía térmica y energía luminosa.

Pero cuando uno entra en el campo de la mecánica cuántica, un reino mucho más complejo y traicionero, las cosas se ponen aún más complicadas. En este ámbito, los científicos confían en conceptos como Fermi Energy, un concepto que generalmente se refiere a la energía del estado cuántico más alto ocupado en un sistema de fermiones a temperatura cero absoluta.

Fermiones:

Los fermiones toman su nombre del famoso físico italiano del siglo XX Enrico Fermi. Estas son partículas subatómicas que generalmente están asociadas con la materia, mientras que las partículas subatómicas como los bosones son portadores de fuerza (asociados con la gravedad, las fuerzas nucleares, el electromagnetismo, etc.) Estas partículas (que pueden tomar la forma de electrones, protones y neutrones) obedecen al Pauli Principio de exclusión, que establece que no hay dos fermiones que puedan ocupar el mismo estado cuántico (una partícula).

En un sistema que contiene muchos fermiones (como los electrones en un metal), cada fermión tendrá un conjunto diferente de números cuánticos. La energía fermi, como concepto, es importante para determinar las propiedades eléctricas y térmicas de los sólidos. El valor del nivel de Fermi en cero absoluto (-273.15 ° C) se llama energía de Fermi y es una constante para cada sólido. El nivel de Fermi cambia a medida que se calienta el sólido y se añaden o retiran electrones del sólido.

Cálculo de la energía de Fermi:

Para determinar la energía más baja que puede tener un sistema de fermiones (también conocido como la energía Fermi más baja posible), primero agrupamos los estados en conjuntos con la misma energía, y ordenamos estos conjuntos aumentando la energía. Comenzando con un sistema vacío, luego agregamos partículas de una en una, llenando consecutivamente los estados cuánticos desocupados con la energía más baja.

Cuando se han introducido todas las partículas, la energía de Fermi es la energía del estado ocupado más alto. Lo que esto significa es que incluso si hemos extraído toda la energía posible de un metal al enfriarlo a una temperatura cercana al cero absoluto (0 grados Kelvin), los electrones en el metal todavía se están moviendo. Los más rápidos se mueven a una velocidad correspondiente a una energía cinética igual a la energía de Fermi.

Aplicaciones:

La energía de Fermi es uno de los conceptos importantes de la física de la materia condensada. Se utiliza, por ejemplo, para describir metales, aislantes y semiconductores. Es una cantidad muy importante en la física de los superconductores, en la física de los líquidos cuánticos como el helio a baja temperatura (tanto normal como superfluido 3He), y es muy importante para la física nuclear y para comprender la estabilidad de las estrellas enanas blancas frente al colapso gravitacional .

Confusamente, el término "energía de Fermi" a menudo se usa para describir un concepto diferente pero estrechamente relacionado, el nivel de Fermi (también llamado potencial químico). La energía de Fermi y el potencial químico son los mismos en el cero absoluto, pero difieren a otras temperaturas.

Hemos escrito muchos artículos interesantes sobre física cuántica aquí en la revista Space. Aquí está ¿Qué es el modelo atómico de Bohr ?, ¿Cómo se explica el entrelazamiento cuántico? ¿Qué es el modelo de nube de electrones? ¿Qué es el experimento de doble rendija? ¿Qué es la gravedad cuántica de bucle? y unificar el principio cuántico: fluir a lo largo de cuatro dimensiones.

Si desea obtener más información sobre Fermi Energy, consulte estos artículos de Hyperphysics and Science World.

También hemos grabado un episodio completo de Astronomy Cast sobre mecánica cuántica. Escucha aquí, Episodio 138: Mecánica Cuántica.

Fuentes: