Kvantum

I fysik , kvante ( latinsk ord betyder "hvor meget", og hvis flertal er skrevet " kvanter ") repræsenterer den mindste udelelige foranstaltning , hvad enten det er, at af energi , fart eller masse . Denne forestilling er central for kvanteteorien , som fødte kvantemekanik .

Beskrivelse

Kvanteteorien eller kvanteteorien hævder, at strålingsenergi er diskontinuerlig. Kvanterne er derefter minimumsmængderne, de "korn", der udgør denne energi. Deres værdi er h . v , hvor:

h er Plancks konstant ,
ν er frekvensen af bølgen .

Således kan vi let bestemme energien i en foton ved at multiplicere dens frekvens (udledt fra dens bølgelængde, da dens hastighed er konstant) med h .

Værdien af h er lav: 6,626 × 10 −34 J s .

Og det vil sige, kvotienten er altid et multiplum af h . ${\ frac {E} {\ nu}} = n \ gange h$ ${\ frac {E} {\ nu}}$

Historie

Klassisk fysik

I klassisk fysik blev det anset for, at passagerne fra en tilstand til en anden blev foretaget kontinuerligt eller, for at sige det på en anden måde, gradvist. For eksempel kunne energiudvekslinger eller hastighedsændringer altid være mindre i klassisk fysik end nogen værdi. Dette betyder, at en tilstandsændring kan være uendeligt lille; dette paradigme har også historisk genereret, i matematik, den uendelige beregning .

Således erklærede John Rayleigh i 1900, at den effekt, der udstråles af et opvarmet legeme, er proportional med dets absolutte temperatur og omvendt proportional med kvadratet af den reflekterede farves bølgelængde , hvilket illustrerer ideen om kontinuerlig ændring. Målinger har imidlertid vist, at hans teori kun gælder for bølgelængder, der spænder fra infrarød til grøn. Fra det blå var eksperimentet i modstrid med disse teoretiske værdier. Paul Ehrenfest kaldte denne fejl for " ultraviolet katastrofe ".

I fotoelektrisk effekt trådte også de eksperimentelle observationer i modstrid med fysiksteorien. Faktisk var de eksperimentelle værdier af det tidsinterval, der var nødvendigt for, at elektronerne kunne skubbes ud, markant lavere end dem, der blev forudsagt af beregningerne af klassisk mekanik baseret på et lys af bølgenatur og derfor af kontinuerligt energispektrum.

Kvantes udseende

Kvanteteorien forstyrrede denne idé om kontinuitet det samme år 1900: Max Planck studerede stråling af sorte kroppe, at vibrationerne fra kroppens varme fordeles i henhold til en bestemt lov, styret af den konstante h, der bærer hendes navn. Han blev, ligesom de andre fysikere, destabiliseret af hans teori: enhver ændring blev udført i henhold til en minimumsmængde, under hvilken det er umuligt at komme ned. Med andre ord foretages enhver ændring ved at springe.

Max Planck forsøgte i lang tid at holde sit resultat ved at undertrykke kvanterne, kun for at give op og indrømme dem. Kvanteteorien blev født. Det var udgangspunktet for kvantemekanikken , en af de to store fysiske teorier om XX th århundrede . Dette forårsagede fremkomsten af en ny fysik, der stred mod mange begreber inden for klassisk fysik, og som blev kaldt kvantefysik .

Wave / Corpuscle Duality

Denne kvantefortolkning af lys indførte faktisk en undulatory og corpuscular dualitet af sidstnævnte. Endvidere i sin afhandling i 1924, Louis de Broglie generaliseres til enhver partikel dualitet: det knyttet quantum til længden af bølge af bølgemekanik . Dette blev valideret for elektronen ved erfaring Davisson-Germer i 1927. En vigtig del af arbejdet i den sene XIX th århundrede og begyndelsen af XX th århundrede blev afsat til undersøgelsen, forståelse og etablering af denne dobbelthed .

Kvantemekanik, som især påkalder bølgefunktionen og således introducerer en sandsynlig komponent til denne mekanik, blev således initieret af Satyendranath Bose , Louis de Broglie, Paul Dirac , Albert Einstein , Enrico Fermi , Max Born , Richard Feynman , Werner Heisenberg , Wolfgang Pauli og Erwin Schrödinger .

Kvantelektrodynamik

Richard Feynman og Julian Schwinger udviklede efterfølgende relativistisk kvanteelektrodynamik , en teori, der mener, at den elektromagnetiske interaktion mellem ladede partikler sker gennem udveksling af fotoner ; dermed på det gravitationelle vekselvirkning ville ske ved udveksling af gravitoner og svage og stærke vekselvirkninger ved mellemkomst af bosoner . For at beskrive interaktionen mellem elementære partikler var det nødvendigt at udvikle en anden teori kaldet kvantefeltteori .

Anvendelse inden for elektronik

I elektronik er kvanten den analoge spænding med den mindste digitale værdi i en digital til analog konverter (DAC), dvs. en logisk 1. Det er derfor spændingsforskellen, at der er mellem en digital værdi og den følgende digitale værdi ved udgangen af en analog / digital konverter (ADC). Eller det er den mindste variation i analog spænding, som et målesystem / instrument kan registrere.

Definitionen af kvanten varierer lidt afhængigt af konverteringen (analog til digital eller omvendt ).
CAN ⇒ med den skala spænding fuld , og n er antallet af bit. CNA ⇒ med den skala spænding fuld , og n antallet af bit. ${\ displaystyle q = {\ frac {V_ {ref}} {2 ^ {n}}}}$ ${\ displaystyle V_ {ref}}$
${\ displaystyle q = {\ frac {V_ {ref}} {2 ^ {n} -1}}}$ ${\ displaystyle V_ {ref}}$

Når opløsningen af den digital-til-analoge konverter (DAC) bliver stor, forsømmes udtrykket "-1", og vi ender med en ligning af samme form som for den analoge-til-digitale konverter (ADC):

${\ displaystyle q = {\ frac {V_ {ref}} {2 ^ {n}}}}$

Fuld skala skala spænding er det fulde konverteringsområde, det vil sige variationens rækkevidde for input, det kan betragtes som dette er teoretisk. Referencespændingen er nøjagtig den samme som fuldskala spænding, men denne gang er denne spænding praktisk. Forskellen mellem den teoretiske og praktiske værdi afspejles i forstærkningsfejlen. Når der produceres 2 konvertere på samme wafer , genererer procesvariationer forskellige egenskaber. Det er derfor producentens ansvar at teste og levere referencespændingerne til de forskellige omformere i deres datablad .

Til digitale kredsløb nuværende denne omdannelse interval er sædvanligvis 0 - 5 V . Bemærk dog, at i mikroelektronik kan konverteringsområdet let falde til 0 - 1,2 V (fald i forsyningsspændingen og derfor fald i forbruget).

Eksempel

Følgende binære sekvenser på bits, så i teorien - Fra analog til digital har vi: $n = 4$ ${\ displaystyle V_ {PE} = 8V}$ ${\ displaystyle V_ {ref} = 8V}$

0 0 0 0 si Ua < 500 mV 0 0 0 1 si 500 mV < Ua < 1 000 mV 1 1 1 1 si 7 500 mV < Ua < 8 000 mV
Ainsi le quantum q = 500 mV (on augmente de 500 mV en analogique pour 0 0 0 1 en numérique)

- Fra digital til analog har vi:

0 0 0 0 = 0 mV 0 0 0 1 = 500 mV ( = q ) 0 0 1 0 = 1 000 mV ( = 2q ) 1 1 1 1 = 7 500 mV ( = 15q )

Etymologi

Kvante er en latinsk formsvarende til hvad der i fysik betegneren udelelig mængde( kvante i flertal);
Kvantus , adjektiv, der betyder "hvor meget" i den spørgende og udråbende tilstand ( kvante i det feminine ental eller i det neutrale flertal).

Lad os citere et par ord afledt af "quanta":

kvantificering
kvante (logik, teori, antal, formalisme, partikel, sandsynlighed)
kvantificere
kvantificering

Noter og referencer

Den korrekte stavemåde [PDF] anbefaler "kvante".
Teknikervejledning inden for elektronik - Hachette teknikudgave - udgave 2007 ( side 233 ).