اصل طرد پاولی: تفاوت میان نسخه‌ها

محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
Iranian123 (بحث | مشارکت‌ها)
ویژگی پیوندهای پیشنهادی: ۵ پیوند افزوده شد.
خط ۵:
 
== آشنایی ==
در سال 1924، "ادموند استونر" برای اتمها مدلی پیشنهاد کرد که با تجربیات [[طیف‌نمایی|طیف نمایی]] و [[جدول تناوبی]] سازگار بود و در آن ، هر الکترون اتمی سه [[عدد کوانتومی]] ، به‌ترتیب ، متناظر با اعداد کوانتومی و [[تکانه زاویه‌ای]] مداری بود. n و l و عدد کوانتومی داخلی ، J+1/2 داشت و تعداد الکترونها در هر پوسته الکترونی برابر با (2S+1) یا دو برابر عدد کوانتومی داخلی بود.
 
"[[ولفگانگ پاولی]]" در سال 1935 نشان داد که ساختار پوسته‌ای کامل [[تراز انرژی|ترازهای انرژی]] را می‌توان با تخصیص یک عدد کوانتومی چهارم ، به الکترون ، mj ، که مقادیر مجاز j- و j+1- و ... و j-1 و j را اختیار می‌کند، توضیح داد؛ اما به شرطی که از اصل طرد جدید پیروی شود. هیچ دو الکترونی نمی‌توانند چهار عدد کوانتومی (mj , j , l , n) یکسان داشته باشند. عدد کوانتومی چهارم به تکانه زاویه‌ای ذاتی ([[اسپین]]) الکترون نسبت داده می‌شود که نخستین بار توسط "ژرژ اولنبک" و "ساموئل گوداشمیت" مطرح شد.
خط ۱۳:
وقتی که [[مدل بور|مدل اتمی بور]] با موفقیت ارائه و پذیرفته شد، این پرسش مطرح شد که الکترونها در سیستم سنگین چگونه سازمان پیدا می‌کنند؟ [[معادله شرودینگر]] هیچگونه جواب قانع کننده ای برای این پرسش نداشت. چون مطابق این معادله اگر دمای یک سیستم را به دمای نزدیک به دمای صفر مطلق نزدیک کنیم، آنگاه انتظار می‌رود که تمام الکترونهای یک اتم به پایین‌ترین سطح انرژی (n=1) منتقل شوند، اما نتایج تجربی [[طیف‌شناسی فروسرخ‌نزدیک|طیف شناسها]] را نمی‌توان با این فرض توضیح داد. تا اینکه فردی به نام "ولفگانگ پاولی" توانست این معما را حل کند. وی نظریه‌ای پیشنهاد داد که امروزه این نظریه به [[اصل طرد پاولی]] معروف است.
 
مطابق این اصل در یک اتم در [[حالت پایه]] ، هیچ دو الکترونی را نمی‌توان یافت که هر چهار عدد کوانتومی آنها یکسان باشد. اعداد کوانتومی الکترون ها عبارتند از:
 
_[[عدد کوانتومی اصلی|عدد کوانتومی اصلی]] که با n نشان داده می‌شود.
خط ۴۴:
مجموعه‌ تمام حالتهای اشغال شده در هر سیستم بس الکترونی را دریای فرمی و بالاترین تراز اشغال شده در [[صفر مطلق|دمای صفر]] مطلق را [[انرژی فرمی]] می‌نامند. در نظریه فلزات که انرژیهای فرمی نوعا از مرتبه چند [[الکترون‌ولت|الکترون ولت]] ، یعنی خیلی بیشتر از انرژی میانگین KT = 0.02 ev برای [[گاز ایده‌آل|گاز ایده‌ال]] در دمای معمولی هستند، از همین تصویر استفاده می‌شود.
 
چون اصل طرد مانع می‌شود که تمام الکترونها در پایینترین حالت انرژی تجمع کنند، بعضی از آنها حتی در دماهای بسیار پایین انرژهایی نزدیک به انرژی فرمی ، یعنی انرژیهای متناظر با دماهای چند هزار درجه دارند. بنابراین گرم کردن [[فلز]] از T = 0 تا دمای معمولی تأثیر کمی روی توزیع انرژی الکترونها ، تأثیر ناچیزی روی گرمای ویژه فلزات دارند و همچنین چرا فلزات نوعا باید تا حد گداختگی داغ باشند تا الکترونها بتوانند از آنها خارج شوند.
 
== مشخص کردن تراز نوار رسانش توسط اصل طرد پاولی ==
اصل طرد ، همراه با این نکته که ترازهای [[انرژی الکترونی]] جامدات در نوارهای انرژی مشخصی توزیع شده‌اند، مبنای نظریه [[رسانندگی الکتریکی]] و بسیاری از جنبه‌های فن‌آوری جدید است. جامدی که بالاترین نوار اشغال شده آن ، طبق اصل طرد ، کاملا پر شده باشد، یک [[عایق الکتریکی|عابق الکتریکی]] است. الکترونهای آن بر اثر [[میدان الکتریکی]] نمی‌توانند آزادانه جریان پیدا کنند. به زبان ساده ، به‌علت اصل پاولی جایی برای رفتن ندارند.
 
از طرف دیگر ، اگر فقط قسمتی از بالاترین نوار اشغال شده پر باشد، جسم جامد [[رسانای الکتریکی|رسانای]] خوبی برای الکتریسیته است. در [[نیم‌رسانا|نیم رسانا]]<nowiki/>ها گاز بین نوار کاملا پر شده و نوار رسانش مجاز بعدی کوچک ، نوعا در حدود 2ev یا کمتر است. در دمای صفر است که در دمای معمولی بعضی از الکترونها می‌توانند از آن عبور کنند و بخشی از [[نوارهای رسانش و ظرفیت|نوار رسانش]] را پر کنند در نتیجه رسانندگی الکتریکی با افزایش دما افزایش می‌یابد.
 
== اصل طرد پاولی و اثر فوتوالکتریک ==
الکترونها می‌توانند با جذب تابش به نوار رسانش نیم رسانا صعود کنند. البته با این شرط که انرژی [[فوتون]] فرودی از [[نوار ممنوعه|گاف انرژی]] بیشتر باشد. این [[اثر فوتوالکتریک]] ، مبنای خیلی از کاربردها از قبیل در بازکنهای خودکار است که در آنها [[جریان الکتریکی]] با تابش نور کنترل می‌شوند. وقتی که یک الکترون وارد نوار رسانش می‌شود، در دریای فرمی یک جای خالی یا حفره ، باقی می‌ماند که اشغال آن از نظر اصل پاولی مجاز است.
 
یک الکترون نوار رسانش می‌تواند به چنین حفره‌ای منتقل شود و با این کار ، طی فرآیندی که مشابه [[گسیل]] فوتون به هنگام پرش الکترون اتمی به حالتی با انرژی پایینتر است، نور تابش می‌شود. این فرآیند تابشی الکترون و حفره اساس کار [[دیود نورگسیل ارگانیک|دیود نور]] گسیل (LED) است. و در این فرآیند وقتی که بجای خود به خودی بودن از نوع تحریکی باشد، اساس کار [[لیزرهای کوانتوم آبشاری|لیزرهای]] نیم رسانا است. طرز کار [[ترانزیستور|ترانزیستورها]] ، پیوندگاههای دیویدی را هم می‌توان با ملاحظات مشابهی ، بر مبنای تولید الکترونهای رسانش در پی آلاییدگی نیم رساناها توضیح داد.