Quantum

En fisica, quantum (mot latin significant « quant » e que lo plurial es « quanta ») representa la mai pichona mesura indivisibla, que siá aquesta de l'energia, de la quantitat de movement o de la massa. Aquesta nocion es centrala en teoria dels quanta, que donèt naissença a la mecanica quantica.

Descripcion

La teoria dels quanta o teoria quantica, afirma que l'energia raionanta es discontinua. Los quanta son alara las quantitats minimalas, los « grans » compausant aquesta energia. Lor valeur es h.ν, ont:

• h es la constanta de Planck,
• ν es la frequéncia de l'onda.

Atal, se pòt determinar aisidament l'energia contenguda dins un foton multiplicant sa frequéncia (deducha de sa longor d'onda que sa velocitat es constanta) per h.

La valor de h est fèbla: 6,626× 10^-34 J⋅s.

E ${\frac {E}{\nu }}=n\times h$, es a dire que lo quocient ${\frac {E}{\nu }}$ es sempre un multiple de h.

Istòria

Fisica classica

En fisica classica, se considerava que los passatges d'un estat a un autre se fasián de biais continú, o, per parlar autrament, de biais progressiu. Per exemple, d'escambis d'energia o de modificacions de velocitat podavan sempre èsser mai pichons, en fisica classica, quina que siá valor. Aquò significa qu'una modificacion d'estat podava èsser d'una quantitat infinidament pichona; mai, aqueste Paradigma istoricament engendrèt, en matematica, lo calcul infinitesimal.

Atal, John Rayleigh enoncia en 1900 que la poténcia raionada per un còrs caufat es proporcionala a sa temperatura absolda e inversament proporcionala al carrat de la longor d'onda de la color rebatuda, aquò illustra l'idèa d'un cambiament continú. Pasmens, de mesuras mostrèron que sa teoria èra veraia pas que per las longors d'onda anant de l'infraroge cap al verd. A partir del blau, l'experiéncia es en contradiccion amb aquesta valors teoricas. Paul Ehrenfest nomenèt aquesta error la « catastròfa ultraviola ».

En efièch fotoelectric tanben, las observacions experimentalas dintravan en contradiccion amb la teoria de la fisica. En efièch, las valors experimentalas d'interval de temps necessari a çò que los electrons sián sacats, èran netament mai fèbles qu'aquestass predichas pels calculs de la mecanica classica basada sus una lutz de natura ondulatòri donc d'espectre energetic continú.

Aparicion dels quanta

La teoria dels quanta ven capvirar aquesta idèa de continuitat aquesta annada de 1900: Estudiant lo raionament de còrs negres, Max Planck prepausa que las vibracions eissidas de la calor d'un còrs se destrien seguent una lei determinada, regida per la constanta h que pòrta son nom. Foguèt, coma los autres fisicians, destabilizat per sa teoria: tota modificacion se fasiá segon una quantitat minim en dejòs de que es impossible de davalar. Autrament dich, tota modificacion se fa per saut.

Max Planck assajèt longtemps de conservar son resultat en supriment los quanta, per fin finala renonciar e los admetre. La teoria dels quanta èra nascuda. Èra lo punt de començament de la mecanica quantica, l'una de las doas grandas teorias fisicas del sègle xx. Aquò provoquèt l'emergéncia d'una novèla fisica en contradiccion amb fòrça concèptes de la fisica classica, e que se nomena la fisica quantica.

Dualitat Onda/Corpuscul

En efièch aquesta interpretacion quantica de la lutz introduisiá una dualitat ondulatòria e corpusculara d'aquesta darrièra. Mai, dins sa tèsi de 1924, Louis de Broglie generalisá aquesta dualitat a tota particula: i ligava lo quantum a la longor d'onda de la mecanica ondulatòria. Aquò foguèt validat per l'electron par l'experiéncia de Davisson-Germer en 1927. Una partida importanta de las òbras de la fin del sègle XIX e del començament del sègle XX foguèron consacrats a l'estudi, la compreneson e l'establiment d'aquesta dualitat.

La mecanica quantica, qu'utiliza la foncion d'onda e introduch e tanben una compausanta probabilista a aquestas mecanica, foguèt atal iniciada per Satyendranath Bose, Louis de Broglie, Paul Dirac, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born, Richard Feynman, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli e Erwin Schrödinger.

Electrodinamica quantica

Richard Feynman e Julian Schwinger desvolopèron en seguida l'electrodinamica quantica relativista, teoaria que considèra que l'interaccion electromagnetica entre particulas cargadas se fa per l'escambi de fotons; per extension, l'interaccion gravitacionela se fariá per l'escambi de gravitons e las interaccions feblas e fòrtas mejans los bosons. Per descriure l'interaccion de las particulas elementàrias,calguèt desvolopar una autra teoria portant lo nom de teoria quantica dels camps.

Aplicacion en electronica

En electronica, lo quantum correspond a la tension analogica de la valor numerica mai pichona dins un convertidor numeric/analogic (CNA), siá un 1 logic. Es donc la diferéncia de tenson qu'i a entre una valor numerica e la valor numerica seguenta, a la sortida d'un convertidor numeric/analogic (CAN). Ont tanben es la mai pichona variacion de la tenson analogica qu'un sistèma/instrument de mesura pòt detectar.

La definicion del quantum varia leugièrament seguent la conversion (analogica cap al numeric o vice versa).CAN ⇒ $q={\frac {V_{ref}}{2^{n}}}$ amb $V_{ref}$ la tenson plena escala, e n lo nombre de bits.CNA ⇒ $q={\frac {V_{ref}}{2^{n}-1}}$ amb $V_{ref}$ la tenson plena escala, e n lo nombre de bits.

Quand la resolucion del convertidor numeric/analogic (CNA) ven granda, lo tèrme « -1 » ven negligit e se trapa amb una equacion de la mèsma forma que pel convertidor analogic/numeric (CAN):

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

La tenson plena escala es la plaja de conversion complèta, es a dire, la plaja de variacion de la dintrada, se pòt considarar qu'aquesta es teorica. La tenson de referéncia es exactament la mèsma causa que la tenson de plena escala mas aquesta còp, aquesta tenson es practica. L'escart entre la valor teorica e practica se traduch per l'error de gan. Pendent de la produccion de 2 convertidors sus un mèsme wafer, de variacions de procediment engendran de caracteristicas diferentas. Conven donc al fabricant de testar e de fornir dins sa datasheet las tensons de referéncias dels diferents convertidors.

Pels circuits numerics actuals aquesta plaja de conversion es sovent 0-5 V. Notam pasmens qu'en microelectronica, la plaja de conversion pòt aisidament davalar a 0-1,2 V (bassa de la tenson d'alimentacion donc bassa de la consomacion).

Exemple

Las seguidas binaras seguentas sus $n=4$ bits, per $V_{PE}=8V$ donc e teoria $V_{ref}=8V$ - De l'analogica cap al numeric avèm:

0 0 0 0 se           Ua <  500 mV 
0 0 0 1 se  500 mV < Ua < 1 000 mV 
1 1 1 1 se 7 500 mV < Ua < 8 000 mV


Atal lo quantum q = 500 mV (s'aumenta de 500 mV en analogic per 0 0 0 1 en numeric)

- Del numeric cap a l'analogic avèm:

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 )

Etimologia

• Quantum es una forma latina correspondent a çò que designa en fisica una quantitat insecabla (quanta al plural);
• Quantus, adjectiu significant « quant » dins lo mòde interrogatiu e exclamatiu (quanta al femenin singular o al neutre plural).

Unes mots derivats de « quanta »:

• quantificacion
• quantic(a) (logica, teoria, nombre, formalisme, particula, probabilitat)
• quantificar
• quantificator