Atšķirība starp Fermi enerģiju un Fermi līmeni

Galvenā atšķirība - Fermi Enerģija pret Fermi līmeni
 

Fermi enerģija un Fermi līmenis ir divi atšķirīgi termini, kurus bieži lieto savstarpēji aizstājot. Fermi enerģija ir fermionus saturošas sistēmas kinētiskās enerģijas enerģijas atšķirība, turpretī Fermi līmenis ir Fermionus saturošās sistēmas kinētisko un potenciālo enerģiju kopums. galvenā atšķirība starp Fermi enerģiju un Fermi līmeni ir šāds Fermi enerģiju nosaka tikai absolūtai nulles temperatūrai, turpretim Fermi līmeni nosaka jebkurai temperatūrai.

SATURS

1. Pārskats un galvenās atšķirības
2. Kas ir Fermi enerģija
3. Kas ir Fermi līmenis?
4. Blakus salīdzinājums - Fermi Energy vs Fermi līmenis tabulas formā
5. Kopsavilkums

Kas ir Fermi enerģija?

Fermi enerģija ir enerģijas starpība starp augstāko un zemāko aizņemto daļiņu stāvokļiem neinterakcionējošu fermiju kvantu sistēmā absolūtā nulles temperatūrā. Kvantu sistēmas vienas daļiņas stāvoklis attiecas uz izolētas atsevišķas daļiņas stāvokli. Fermioni ir daļiņas, kas seko Fermi-Dirac statistikai. Fermionos galvenokārt ietilpst kvarki un leptoni, kā arī elektroni, protoni un neitroni. Absolūtā nulles temperatūra ir termodinamiskās temperatūras skalas zemākā robeža.

Fermi gāze ir fermiona daļiņu grupa, kurai nav mijiedarbības starp šiem fermioniem. Tādējādi tā ir matērijas fāze. Ir zināms, ka zemākā Fermi gāzes aizņemtajā stāvoklī ir nulles kinētiskā enerģija. Bet metāla zemākais aizņemtais stāvoklis ir tā vadīšanas joslas dibens (joslas, kas ir vistuvāk Fermi līmenim, tādējādi nosaka metāla elektrisko vadītspēju).

01. attēls. Joslu atšķirību salīdzinājums

Fermioni ievēro Pauli izslēgšanas principu (princips, kas nosaka, ka divas identiskas fermijas nevar ieņemt vienu un to pašu kvantu stāvokli). Tāpēc Fermi gāzes var analizēt viendaļiņu stāvoklī. Ir dažādi vienas daļiņas stāvokļi ar atšķirīgu enerģiju. Visas sistēmas pamata stāvokli var atrast, sistēmā pievienojot vienu daļiņu vienlaikus. Šie pievienotie fermioni pēc tam aizņems šīs sistēmas zemākos neaizņemtos stāvokļus. Fermi enerģiju var noteikt, kad visas neaizņemtās valstis ir okupējušas fermijas. Tas nozīmē, ka pat tad, ja visa enerģija tiek iegūta no Fermi gāzes, fermijas joprojām pārvietojas ar lielu ātrumu.

Kas ir Fermi līmenis?

Fermi līmenis ir termins, ko izmanto, lai aprakstītu elektronu enerģijas līmeņu savākšanu absolūtā nulles temperatūrā. Tas ir Fermi-Dirac statistikas jēdziens. Fermi līmeni apzīmē ar µ vai E_F. Tas ir fizikālā ķermeņa termodinamiskais lielums.

Fermi līmenis tiek noteikts jebkurai temperatūrai. Fermi līmenis attiecas uz kopējo kinētisko enerģiju un potenciālo enerģiju termodinamiskajā sistēmā, kas satur fermionus. Tāpēc Fermi līmeni var nosaukt arī par Fermiona elektroķīmisko potenciālu. Fermi līmeni var noteikt pat fermioniem, kas atrodas sarežģītās mijiedarbīgās sistēmās, ja ņem vērā šīs sistēmas termodinamisko līdzsvara stāvokli.

Kāda ir atšķirība starp Fermi enerģiju un Fermi līmeni?

Fermi enerģija pret Fermi līmeni
Fermi enerģija ir enerģijas starpība starp augstāko un zemāko aizņemto daļiņu stāvokļiem neinterakcionējošu fermiju kvantu sistēmā absolūtā nulles temperatūrā.	Fermi līmenis ir termins, ko izmanto, lai aprakstītu elektronu enerģijas līmeņu savākšanu absolūtā nulles temperatūrā.
Temperatūra
Fermi enerģiju nosaka tikai absolūtai nulles temperatūrai.	Fermi līmenis tiek noteikts jebkurai temperatūrai.
Attiecības ar enerģētiku
Fermi enerģija ir kinētiskās enerģijas starpība starp augstāko un zemāko aizņemto daļiņu stāvokli.	Fermi līmenis attiecas uz kopējo kinētisko enerģiju un potenciālo enerģiju termodinamiskajā sistēmā, kas satur fermionus.
Metālos
Metāla Fermi enerģija ir enerģijas starpība starp Fermi līmeni un zemāko aizņemto daļiņu stāvokli.	Metāla Fermi līmenis ir vienas daļiņas augstāko aizņemto enerģiju absolūtā nulles temperatūrā.
Komponenti
Fermi enerģija ir definēta tikai neinterakcionējošiem fermioniem.	Fermi līmeni var noteikt pat fermioniem, kas atrodas sarežģītās mijiedarbīgās sistēmās.

Kopsavilkums - Fermi Enerģija pret Fermi līmeni

Fermi enerģija un Fermi līmenis ir mulsinoši termini, jo tie ir cieši saistīti, taču atšķiras viens no otra. Atšķirība starp Fermi enerģiju un Fermi līmeni ir tāda, ka Fermi enerģiju nosaka tikai absolūtai nulles temperatūrai, turpretim Fermi līmenis tiek noteikts jebkurai temperatūrai..

Atsauce:

1. “Fermi enerģija”. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 2018. gada 14. marts. Pieejams šeit 
2. “Fermi līmenis.” Wikipedia, Wikimedia Foundation, 2018. gada 3. marts. Pieejams šeit
3. “Fermi līmenis”. Fermi līmenis un Fermi funkcija. Pieejams šeit 

Attēla pieklājība:

1. “Zvaigžņu spraugu salīdzinājums” Ar induktīvo slodzi (CC BY-SA 2.5), izmantojot Commons Wikimedia