Contrairement à un gaz idéal, qui est un modèle mathématique, les propriétés d’un gaz dégénéré sont fortement affectées par des effets de mécanique quantique. Dans une large mesure, ces effets sont dus à l’identité des particules selon la mécanique quantique.
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Température de dégénérescence
Un gaz commence à dégénérer lorsque la température est abaissée jusqu’à la température dite de dégénérescence. La dégénérescence complète correspond à une température égale au zéro absolu. Les effets de la mécanique quantique se manifestent de manière d’autant plus significative que la distance entre les particules est faible. En effet, la mécanique classique fonctionne à condition que la distance entre les particules soit beaucoup plus grande que la longueur d’onde de Broglie, et à mesure que la distance diminue, la nature ondulatoire de la particule commence à apparaître.
Il est connu que plus la vitesse des particules dans un gaz est grande, plus la température est élevée. Il s’ensuit que la température de dégénérescence est d’autant plus élevée que la densité du gaz est grande (distance entre les particules plus faible) et que la masse de ses particules est faible. Par exemple, la masse d’un électron étant relativement faible (environ 1 0-27 g) et la densité d’électrons dans un métal étant élevée (10 22 par 1 cm 3 ), le gaz d’électrons dégénérés dans les métaux peut être observé à une température d’au moins 10 000 kelvins.
Gaz d’électrons dans les métaux
Contrairement au gaz d’électrons, les températures de dégénérescence des gaz moléculaires et atomiques ordinaires sont proches de la température du zéro absolu. Par conséquent, un tel gaz obéit généralement à la mécanique classique. Un gaz présentant un degré élevé de dégénérescence est un gaz quantique.
Le principe d’identité
Le principe d’identité des particules est l’une des principales différences entre la mécanique quantique et la mécanique classique. En mécanique classique, il est toujours possible de suivre la trajectoire d’un corps et donc de distinguer clairement un corps d’un autre au fil du temps. Dans le monde quantique, en revanche, l’observation d’une seule particule est impossible, car celle-ci n’a pas de trajectoire définie, mais se propage selon les ondes de Broglie. Il s’agit d’ondes de probabilité qui déterminent la probabilité de détecter une particule en un point donné de l’espace.
Ainsi, si l’on ne peut pas retracer la trajectoire d’une particule, on ne peut pas non plus affirmer que l’on observe la même particule dans le temps et non une autre particule de la même variété.
Zone de détection possible d’un électron autour du noyau
Matériau apparenté
Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023