یک گاز فرمی ( به انگلیسی: Fermi gas ) مجموعه ای از تعداد زیادی فرمیون است. فرمیون ها که نامشان از روی نام انریکو فرمی گرفته شده است، ذراتی هستند که از آمار فرمی - دیراک پیروی می کنند. این آمار، توزیع انرژی فرمیون ها در یک گاز فرمی درتعادل گرمایی را تعیین می کنند و مشخصه آنها، چگالی تعداد، دماو مجموعه حالت های انرژی در دسترس است.
بنابر اصل طرد پاولی، هیچ حالت کوانتومی نمی تواند همزمان توسط بیش از یک فرمیون با اعداد کوانتومی یکسان اشغال شود. به همین دلیل، یک گاز فرمی بدون برهم کنش، برخلاف گاز بوز نمی تواند تا چگالش بوز - اینشتین، چگالیده شود، اما برای گاز فرمی در حال برهم کنش این امکان وجود دارد. [ ۱] انرژی کل گاز فرمی در دمایصفر مطلق بزرگتر از مجموع حالت های پایه تک ذره هاست زیرا اصل پاولی نوعی برهم کنش یا فشاررا ایجاب می کند که فرمیون ها را جدا و در حرکت نگه دارد. به همین دلیل فشار یک گاز فرمی، برخلاف یک گاز ایده آل کلاسیک، حتی در دمای صفر مطلق نیز صفر نیست. این فشار که فشار تبهگنی نامیده می شود، باعث پایداری یک ستاره نوترونی ( یک گاز فرمی تشکیل شده از نوترون ) یا یک ستاره کوتوله سفید ( گاز فرمی متشکل از الکترون ) در برابر نیروی رو به درون گرانش می شود که سبب فروریختن یک ستاره و تبدیل آن به یک سیاه چاله می شود. تنها وقتی که یک ستاره به اندازه کافی پرجرم باشد که بر فشار تبهگنی غلبه کند، ممکن است که به یک تکینگیرمبش کند.
می توان یک دمای فرمی تعریف نمود که در دماهای پایین تر از آن می توان ماده را تباهیده در نظر گرفت ( فشار آن تقریباً منحصراً از اصل پاولی نتیجه می شود ) . این دما به جرم فرمیون ها و چگالی حالت های انرژی بستگی دارد. برای فلزات، دمای فرمی گاز الکترون عموماً چندین هزار درجه کلوین است بنابراین در کاربردهای انسانی می توان آنها را تباهیده در نظرگرفت. انرژی بیشینه فرمیون ها در درمای صفر مطلق، انرژی فرمی نامیده می شود. رویه انرژی فرمی در فضای تکانه ای، رویه فرمی نامیده می شود.
یک گاز فرمی ایده آل، مدلی فیزیکی است که فرض می کند گاز از فرمیون های بدون برهم کنش تشکیل می شود. در واقع نسخه مکانیک کوانتومی گاز ایده آل برای ذرات فرمیونی است. رفتار الکترون ها در یککوتوله سفید یا نوترون ها در یکستاره نوترونی را می توان با فرض نمودن آنها به عنوان گاز فرمی ایده آل تقریب زد. روش مشابهی را می توان برای سامانه های تناوبی مانند الکترون های در حال حرکت در شبکه کریستالی فلزات و نیم رساناها و با استفاده از شبه - تکانه یا تکانه کریستالی درپیش گرفت ( موج بلاخ ) . از آنجا که طبق تعریف، برهم کنش ها نادیده گرفته می شوند، مسئله بررسی ویژگیهای تعادلی و دینامیک یک گاز فرمی ایده آل به مطالعه رفتار ذرات تکی مستقل، کاهش می یابد.
این نوشته برگرفته از سایت ویکی پدیا می باشد، اگر نادرست یا توهین آمیز است، لطفا گزارش دهید: گزارش تخلفبنابر اصل طرد پاولی، هیچ حالت کوانتومی نمی تواند همزمان توسط بیش از یک فرمیون با اعداد کوانتومی یکسان اشغال شود. به همین دلیل، یک گاز فرمی بدون برهم کنش، برخلاف گاز بوز نمی تواند تا چگالش بوز - اینشتین، چگالیده شود، اما برای گاز فرمی در حال برهم کنش این امکان وجود دارد. [ ۱] انرژی کل گاز فرمی در دمایصفر مطلق بزرگتر از مجموع حالت های پایه تک ذره هاست زیرا اصل پاولی نوعی برهم کنش یا فشاررا ایجاب می کند که فرمیون ها را جدا و در حرکت نگه دارد. به همین دلیل فشار یک گاز فرمی، برخلاف یک گاز ایده آل کلاسیک، حتی در دمای صفر مطلق نیز صفر نیست. این فشار که فشار تبهگنی نامیده می شود، باعث پایداری یک ستاره نوترونی ( یک گاز فرمی تشکیل شده از نوترون ) یا یک ستاره کوتوله سفید ( گاز فرمی متشکل از الکترون ) در برابر نیروی رو به درون گرانش می شود که سبب فروریختن یک ستاره و تبدیل آن به یک سیاه چاله می شود. تنها وقتی که یک ستاره به اندازه کافی پرجرم باشد که بر فشار تبهگنی غلبه کند، ممکن است که به یک تکینگیرمبش کند.
می توان یک دمای فرمی تعریف نمود که در دماهای پایین تر از آن می توان ماده را تباهیده در نظر گرفت ( فشار آن تقریباً منحصراً از اصل پاولی نتیجه می شود ) . این دما به جرم فرمیون ها و چگالی حالت های انرژی بستگی دارد. برای فلزات، دمای فرمی گاز الکترون عموماً چندین هزار درجه کلوین است بنابراین در کاربردهای انسانی می توان آنها را تباهیده در نظرگرفت. انرژی بیشینه فرمیون ها در درمای صفر مطلق، انرژی فرمی نامیده می شود. رویه انرژی فرمی در فضای تکانه ای، رویه فرمی نامیده می شود.
یک گاز فرمی ایده آل، مدلی فیزیکی است که فرض می کند گاز از فرمیون های بدون برهم کنش تشکیل می شود. در واقع نسخه مکانیک کوانتومی گاز ایده آل برای ذرات فرمیونی است. رفتار الکترون ها در یککوتوله سفید یا نوترون ها در یکستاره نوترونی را می توان با فرض نمودن آنها به عنوان گاز فرمی ایده آل تقریب زد. روش مشابهی را می توان برای سامانه های تناوبی مانند الکترون های در حال حرکت در شبکه کریستالی فلزات و نیم رساناها و با استفاده از شبه - تکانه یا تکانه کریستالی درپیش گرفت ( موج بلاخ ) . از آنجا که طبق تعریف، برهم کنش ها نادیده گرفته می شوند، مسئله بررسی ویژگیهای تعادلی و دینامیک یک گاز فرمی ایده آل به مطالعه رفتار ذرات تکی مستقل، کاهش می یابد.
wiki: گاز فرمی