النفق الكمي

تُظهِر جميع الكيانات الكمية، مثل الفوتونات والإلكترونات، خواص جسيمية وموجية على حد سواء. واعتمادًا على الإعداد التجريبي، يمكن أن تتصرف كجسيم موضعي أو موجة موزعة. وتنص فرضية دي برولي على أن أي جسيم كمية حركته [latex]p[/latex] له طول موجي مصاحب [latex]\lambda = h/p[/latex]، حيث [latex]h[/latex] هو ثابت بلانك.

هذه معادلة أساسية في ميكانيكا الكم تصف كيفية تغيُّر الحالة الكمية لنظام فيزيائي بمرور الزمن. وهي معادلة تفاضلية جزئية خطية للدالة الموجية [latex]\Psi(x، t)[/latex]. والنسخة المعتمدة على الزمن هي [latex]i\hbar\frac{\partial}{\partial t}\Psi = \hat{H}\Psi[/latex]، حيث [latex]\hat{H}[/latex] هو مشغل هاملتونيان، الذي يمثل الطاقة الكلية للنظام.

تصف اللزوجة الثيكسوتروبيا والريبوكسيا تغيرات اللزوجة المرتبطة بالزمن. تنخفض لزوجة السائل الثيكسوتروبي مع مرور الوقت تحت ضغط قص ثابت (مثلاً، يصبح الزبادي أكثر سيولة عند التقليب). تزداد لزوجة السائل الريوبكتيكي (أو المضاد للثيكسوتروبيا) مع مرور الوقت تحت ضغط قص ثابت (مثلاً، بعض مواد التشحيم). هذه التأثيرات قابلة للعكس؛ إذ يعود السائل إلى حالته الأصلية بعد فترة من السكون.

يقيس الجهد الكهروكيميائي، [latex]\bar\\mu_i[/latex]، الطاقة الكلية للنوع المشحون "i" في نظام ما. وهو يجمع بين الجهد الكيميائي، [latex]\mu_i_[/latex]، الذي يأخذ في الحسبان التركيز والخصائص الجوهرية، وطاقة الجهد الكهروكيميائي، [latex]z_i F \phi[/latex]. والمعادلة هي [latex]\TP5T_bar{\mu}_i = \mu_i + z_i F \phi[/latex]، حيث [latex]z_i[/latex] هي شحنة الأيون، و[latex]F[/latex] هو ثابت فاراداي، و[latex]phi[/latex] هو الجهد الكهربي المحلي.

نواة الخلية الشمسية عبارة عن وصلة pn، وهي واجهة بين مواد أشباه الموصلات من النوع p والنوع n. تُنشئ هذه الوصلة مجالًا كهربائيًا مدمجًا في منطقة استنفاد. عندما تصطدم الفوتونات ذات الطاقة الكافية بشبه الموصل، فإنها تُكوّن أزواجًا من الإلكترونات والفجوات. يفصل المجال الكهربائي بين حاملات الشحنة هذه، دافعًا الإلكترونات إلى الجانب n والفجوات إلى الجانب p، مولدًا جهدًا كهربائيًا.

اللدونة هي نظرية تصف تشوه المادة الصلبة الذي يخضع لتغيرات غير قابلة للعكس في الشكل استجابةً للقوى المؤثرة. على عكس المرونة، حيث يُستعاد التشوه عند التفريغ، فإن التشوه اللدن يكون دائمًا. تتضمن النظرية معيار خضوع لتحديد بداية اللدونة، وقاعدة انسيابية لوصف تطور الانفعال اللدن، وقاعدة تصلب.

بلاستيك بينغهام هو مادة لزجة بلاستيكية تتصرف كجسم جامد عند الضغوط المنخفضة ولكنها تتدفق كمائع لزج عند الضغط العالي. وتتميز بإجهاد الخضوع، [latex]\tau_0[/latex]، وهو الحد الأدنى من إجهاد القص المطلوب لبدء التدفق. وتحت هذه العتبة، لا يتشوه. وتشمل الأمثلة الشائعة معجون الأسنان والمايونيز والطين الطيني.

الترقق القصي، أو شبه اللدونة، هو سلوك غير نيوتوني، حيث تنخفض لزوجة السائل مع تزايد معدل إجهاد القص. تُظهر العديد من المواد الشائعة، مثل الكاتشب والطلاء، هذه الخاصية. تكون هذه المواد سميكة في حالة السكون، لكنها تتدفق بسهولة أكبر عند رجها أو تحريكها أو فردها. وغالبًا ما يُمثل ذلك بعلاقة قانون أوستوالد-دي فالي للقوة.

يعدل الإحصاء الكمي الميكانيكا الإحصائية الكلاسيكية لتفسير عدم إمكانية تمييز الجسيمات المتطابقة. وهي تنقسم إلى نوعين: إحصائيات فيرمي-ديراك للفيرميونات (جسيمات الدوران نصف الصحيحة مثل الإلكترونات)، والتي تخضع لمبدأ الاستبعاد البولي وإحصائيات بوز-أينشتاين للبوزونات (جسيمات الدوران الصحيحة مثل الفوتونات)، والتي يمكن أن تشغل نفس الحالة الكمية. هذا التمييز حاسم في درجات الحرارة المنخفضة والكثافات العالية.

من المستحيل معرفة أزواج معينة من الخواص الفيزيائية المتكاملة لجسيم ما بدقة تامة في الوقت نفسه. المثال الأكثر شيوعًا هو الموضع [latex]x[/latex] وكمية الحركة [latex]p[/latex]. وينص هذا المبدأ على أن حاصل ضرب قيمتي عدم اليقين فيهما، [latex] \Delta x[/latex] و[latex] \Delta p[/latex]، يجب أن يكون أكبر من أو يساوي قيمة محددة: [latex] \Delta x \Delta p \G \frac{/hbar}{2}[/latex].

المائع غير النيوتوني هو المائع الذي تتغير لزوجته تحت إجهاد قص مطبق. وعلى عكس المائع النيوتوني حيث تكون اللزوجة ثابتة، لا توصف خواص سريان المائع بعلاقة خطية بين إجهاد القص ([latex]\Tau[/latex]) ومعدل القص ([latex]\tau[/latex]). يمكن أن تظهر هذه التبعية في صورة ترقق القص (تقل اللزوجة مع الإجهاد) أو زيادة سماكة القص (تزداد اللزوجة مع الإجهاد).

حالة الأكسدة، أو رقم الأكسدة، هي شحنة افتراضية تحملها الذرة إذا كانت جميع روابطها مع ذرات مختلفة أيونية بنسبة 100%. وهي تُتيح تتبع انتقال الإلكترونات في تفاعلات الأكسدة والاختزال. تشير زيادة حالة الأكسدة إلى الأكسدة، بينما يشير انخفاضها إلى الاختزال. تُبسط هذه الصيغة تحليل التفاعلات الكيميائية المعقدة.

ظاهرة فايسنبرغ هي ظاهرة تحدث في السوائل اللزجة المرنة، حيث يصعد السائل على قضيب دوار مُدخل فيه. وهذا يتعارض مع سلوك السوائل النيوتونية، التي تُدفع للخارج بقوة الطرد المركزي، مُشكلةً دوامة. وينشأ هذا التأثير عن فروق الإجهاد الطبيعي التي تتطور في السائل تحت تأثير القص.

تُصنَّف الدوائر الرقمية إلى نوعين رئيسيين: المنطق التجميعي والمنطق التتابعي. في المنطق التجميعي، يكون الخرج في المنطق التوليفي دالة خالصة لقيم المدخلات الحالية فقط (مثل الدارات المجمعة). أما في المنطق التتابعي، لا يعتمد الخرج على المدخلات الحالية فقط بل يعتمد أيضًا على تسلسل المدخلات السابقة، حيث تحتوي هذه الدوائر على عناصر ذاكرة (مثل الدارة القلابة).