منو
 صفحه های تصادفی
رابطه انسان و خدا در اسلام از نظرآزادی
کتابهای ریاضیات گسسته
انتره ها
دریبل
نابرابریهای طبقاتی و نزاع خارجی
واکنش خاک
متوقف کردن توپ
چهار ضلعیهای محیطی
پیام:صفحه رفع ابهام
اصول برهمنهش امواج
 کاربر Online
570 کاربر online
تاریخچه ی: اصل طرد پاولی



||اصل طرد پاولی بیان می‌کند که هیچ دو ((الکترون|الکترونی)) ، یا بطور کلی هیچ دو فرمیون مشابهی ، نمی‌توانند حالت کوانتومی یکسانی داشته باشند. (مثلا بطور همزمان در یک مکان باشند) این اصل برای درک پدیده‌های مختلف ، از ((ذرات بنیادی)) گرفته تا ((فیزیک درون ستارگان|ساختار ستاره‌ها)) ، نقش اساسی ایفا می‌کند. اصلی هست که بنا به آن هیچ دو الکترونی در اتم وجود ندارد که مجموعه ((اعداد کوانتومی)) آنها مشابه باشد.||
!سیر تحولی و رشد
در سال 1924 __ادموند استونر__ برای اتمها مدلی پیشنهاد کرد که با تجربیات طیف نمایی و ((جدول تناوبی)) سازگار بود و در آن هر الکترون اتمی سه عدد کوانتومی ، به ترتیب ، 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 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.
!اصل طرد پاولی و مدل اتمی بوهر
وقتی که ((مدل اتمی بوهر)) با موفقیت ارائه و پذیرفته شد، این پرسش مطرح شد که الکترونها در سیستم سنگین چگونه سازمان پیدا می‌کنند؟ ((معادله شرودینگر)) هیچگونه جواب قانع کننده‌ای 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 ((الکترون|لکترونهای)) یک ((اتم)) به پایینترین سطح انرژی (n=1) منتقل می‌شوند، اما نتایج تجربی 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 __~~green:اصل طرد پاولی~~__ معروف است.

مطابق این اصل در یک اتم در حالت پایه، هیچ دو الکترونی را نمی توان یافت که هر چهار عدد کوانتمی آن ها یکسان باشد. اعداد کوانتمی الکترون ها عبارت اند از:


*((اعداد کوانتمی|عدد کوانتمی اصلی)) که با n نشان داده می‌شود.
*((اعداد کوانتمی|عدد کوانتمی مداری)) که با L نشان داده می‌شود.
*((اعداد کوانتمی|عدد کوانتمی مغناطیسی)) که با m نشان داده می‌شود.
*((اعداد کوانتمی|عدد کوانتمی اسپین)) که با s نشان داده می‌شود.


بین هر جفت الکترون حداقل یکی از این اعداد متفاوت از دیگری هست، این بیان اصل طرد پاولی در مدل اتمی بوهر است.
!شرط برقراری اصل طرد پاولی
در پی ظهور مکانیک موجی در 1926 ، پاول ویراک و مستقل از او ، ورنر هایزنبرگ نشان دادند که اگر تابع موج سیستمهای الکترونی پاد متقارن باشد، یعنی اگر براثر تعویض تمام مختصات هر زوج الکترونی از جمله ((اسپین الکترون|اسپین)) آنها تابع موج تغییر علامت بدهد، اصل طرد پاولی خود به خود برقرار خواهد شد. به عبارت کلیتر ، تابع موج هر سیستمی از ذرات یکسان باید براثر تعویض تمام مختصات هر دو ذره‌ای یا بدون تغییر بماند که در این صورت ذرات __بوزن__ نامیده می‌شوند. اسپین بوزون مضرب درستی از ħ/2 است. در صورتی که اسپین ((فرمیون|فرمیونها)) مضرب فردی از (ħ/2 و1/2 ħ/2 , 3/2 ħ/2 …) است. فقط فریونها از اصل طرد پاولی پیروی می‌کنند، در نظریه ، این وابستگی بین اسپین و آمار ذرات را یک واقعیت تجربی تلقی می‌کنند، در صورتی که در ((نظریه میدان الکتریکی کوانتومی)) نیستند، همانطور که پاولی در سال 1940 در اثر معروف ''__قضیه اسپین - آمار__'' خود نشان داد و این وابستگی یک پیامد کلی علیتی به حساب می‌آید.
!ویژگی اصل طرد پاولی
اصل طرد برخی از بنیادیترین ویژگیهای ماده را در تمامی اشکالش توصیف می‌کند. اگر به خاطر اصل طرد پاولی نبود تمام اتمها در اصل ساختار الکترونی یکسانی می‌داشتند و این ساختار به صورت پوسته‌ای از الکترونها در اطراف هسته در می‌آمد. ((هیدروژن)) و ((هلیوم)) در واقع یک پوسته دارند، اما برای ((لیتیوم)) که سه الکترون دارد وضعیت فرق می‌کند. دو الکترون اول ((اوربیتال اتمی|اوربیتال)) (یا حالت انرژی) یکسانی را با اسپینهای متقابل اشغال می‌کنند. اما به علت اصل طرد پاولی الکترون سوم باید به اوربیتال جدیدی برود که به طور متوسط از هسته دورتر است. به این ترتیب ، بر خلاف هلیوم ، لیتیم براحتی یونیده می‌شود و در واکنشهای شیمیایی شرکت می‌کند.
!اصل طرد پاولی در هسته‌ها
در ساختار پوسته‌ای هسته‌ها هم با وضعیت مشابهی رو برو می‌شویم. چون ((پروتون)) و ((نوترون)) می‌توانند از طریق ((برهمکنش ضعیف هسته‌ای|برهمکنش ضعیف)) به یکدیگر تبدیل شوند و در همان حال هر دو تحت تأثیر نیروهای هسته‌ای مشابهی قرار دارند به بقیه است که آنها را به عنوان دو حالت از یک ((هستک~نوکلئون)) که از لحاظ مختصه ذاتی یا عدد کوانتومی دیگری به نام __اسپین ایزوتوپی__ (__ایزوسپین__) با یکدیگر تفاوت دارند، در نظر بگیریم. در این صورت اصل طرد پاولی ایجاب می‌کند که هیچ دو نوکلئونی در یک حالت که با ((اعداد کوانتومی|اعداد کوانتومی فضایی و اسپینی)) و ایزوسپینی یکسان مشخص می‌شود نباشند. از اصل پاولی می‌توان حتی پیامدهای بنیادیتری در سطح زیر هسته‌ای بدست آورد.
!یک مثال عملی برای اصل طرد پاولی
به عنوان مثال ، ((باریون|باریونها)) متشکل از سه کوارک هستند و نتایج آزمایشی حاکی از آن است که ترازهای آنها تابع موجهایی دارند که نسبت به تعویض اعداد کوانتومی فضایی اسپینی و طعم دو کوارک متقارن‌اند. این امر ظاهرا به دلیل آنکه کوارکها فرمیون هستند با اصل پاولی در تناقض است. اعتقاد راسخ فیزیکدانان به اعتبار عام اصل طرد پاولی ، به فرض و متعاقبا به تأیید یک عدد کوانتومی کوارکی جدید ، به نام __رنگ__ انجامیده است. به این ترتیب ، هیچ دو کوارکی نمی‌توانند حالتهایی را که از نظر فضای اسپینی ، طعم و رنگ یکسان باشند، اشغال کنند.
!اصل طرد پاولی در تراز فرعی
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 الکترون ولت ، یعنی خیلی بیشتر از انرژی میانگین __KT = 0.02 ev__ برای ((گاز کامل|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 فن آوری جدید است. جامدی که بالاترین نوار اشغال شده آن ، طبق اصل طرد ، کاملا پر شده باشد یک ((مواد عایق|عابق الکتریکی)) است. الکترونهای آن بر اثر میدان الکتریکی نمی‌توانند آزادانه جریان پیدا کنند. به زبان ساده ، به علت اصل پاولی جایی برای رفتن ندارند.

از طرف دیگر ، اگر فقط قسمتی از بالاترین نوار اشغال شده پر باشد جسم جامد رسانای خوبی برای الکتریسیته است. در ((مواد نیم رسانا|نیم رساناها)) 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 نوار رسانش را پر کنند در نتیجه ((رسانندگی الکتریکی)) با افزایش دما افزایش می‌یابد.
!اثر فوتوالکتریک
الکترونها می‌توانند با جذب تابش به نوار رسانش نیم رسانا صعود کنند. البته با این شرط که انرژی ((فوتون)) فرودی از 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 ((دیود نوری|اساس کار دیود نور گسیل)) (LED) است. و در این فرآیند وقتی که بجای خود به خودی بودن از نوع تحریکی باشد، اساس کار ((لیزرهای نیم رسانا)) است. ((طرز کار ترانزیستور|طرز کار ترانزیستورها)) پیوندگاههای دیویدی را هم می‌توان با ملاحظات مشابهی ، بر مبنای تولید الکترونهای رسانش در پی آلاییدگی نیم رساناها توضیح داد.
!مباحث مرتبط با عنوان
*((آرایش الکترونی))
*((اصل عدم قطعیت))
*((اعداد کوانتومی))
*((اسپین الکترون))
*((الکترون))
*((اوربیتال اتمی))
*((بوزون))
*((جدول تناوبی))
*((ذرات بنیادی))
*((فرمیون))
*((معادله شرودینگر))

تاریخ شماره نسخه کاربر توضیح اقدام
 یکشنبه 15 مرداد 1385 [16:45 ]   4   فیروزه نجفی      جاری 
 یکشنبه 15 مرداد 1385 [09:15 ]   3   فیروزه نجفی      v  c  d  s 
 شنبه 29 مرداد 1384 [16:39 ]   2   حسین خادم      v  c  d  s 
 یکشنبه 22 آذر 1383 [11:54 ]   1   احمد شکیب      v  c  d  s 


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..