فونونها و ظرفیت گرمایی شبکه
ارتعاشات شبکه بلوری به فونونها کوانتیده میشوند، که گازی از بوزونها هستند و تحریک حرارتی آنها ظرفیت گرمایی جامدات را تعیین میکند و کاهش آن را به سمت صفر در دماهای پایین توضیح میدهد.
Definition
فونونها حالتهای نرمال کوانتیده ارتعاش یک شبکه بلوری هستند که به عنوان گازی از بوزونها در نظر گرفته میشوند، و ظرفیت گرمایی شبکه، مشتق دمایی کل انرژی حرارتی آنها است که تقریباً توسط مدلهای اینشتین و دبای به دست میآید.
Scope
این موضوع به کوانتش ارتعاشات شبکه به فونونها، فونون به عنوان یک تحریک بوزونی، مدل اینشتین با یک فرکانس ارتعاشی واحد، مدل دبای با پراکندگی خطی و فرکانس قطع، ظرفیت گرمایی T-مکعبی حاصل در دمای پایین، و حد دما-بالای دولونگ-پتی میپردازد. اثرات غیرخطی و انتقال حرارت در فیزیک ماده چگال مورد بررسی قرار میگیرند.
Core questions
- چگونه ارتعاشات شبکه به فونونهایی که از آمار بوز-اینشتین پیروی میکنند، کوانتیده میشوند؟
- چرا مدل اینشتین در دمای پایین شکست میخورد در حالی که مدل دبای موفق است؟
- چگونه مدل دبای ظرفیت گرمایی T-مکعبی مشاهدهشده را در دمای پایین تولید میکند؟
- چرا ظرفیت گرمایی در دمای بالا به مقدار کلاسیک دولونگ-پتی نزدیک میشود؟
Key concepts
- ارتعاشات شبکه کوانتیده به عنوان فونون
- مدل اینشتین برای گرمای ویژه
- مدل دبای و دمای دبای
- قانون T-مکعبی در دمای پایین
- حد دما-بالای دولونگ-پتی
Key theories
- مدل دبای برای ظرفیت گرمایی شبکه
- در نظر گرفتن ارتعاشات شبکه به عنوان گازی از فونونها با پراکندگی خطی تا یک فرکانس قطع، ظرفیت گرمایی متناسب با مکعب دما در دماهای پایین و مقدار دولونگ-پتی در دماهای بالا را به دست میدهد.
Clinical relevance
نظریه فونون ظرفیت گرمایی، انبساط حرارتی و رسانایی حرارتی جامدات را توضیح میدهد، اساس درک انتشار صوت در بلورها را فراهم میکند و به جفتشدگی الکترون-فونون که مسئول ابررسانایی متعارف است، کمک میکند.
History
مدل کوانتومی اینشتین در سال ۱۹۰۷ برای اولین بار توضیح داد که چرا ظرفیت گرمایی جامدات در دماهای پایین کمتر از مقدار کلاسیک است، و اصلاح دبای در سال ۱۹۱۲، با جایگزینی یک فرکانس واحد با طیفی از حالتهای آکوستیک، وابستگی T-مکعبی مشاهدهشده را بازتولید کرد.
Key figures
- Peter Debye
- Albert Einstein
Related topics
Seminal works
- debye1912
- einstein1907
Frequently asked questions
- چرا ظرفیت گرمایی جامدات در دمای پایین کاهش مییابد؟
- در دمای پایین، انرژی حرارتی برای تحریک ارتعاشات شبکه با فرکانس بالاتر بسیار کم است، بنابراین به تدریج حالتهای فونونی کمتری مشارکت میکنند؛ کوانتش ارتعاشات، همانطور که اینشتین و دبای انجام دادند، این پدیده انجماد را که نظریه کلاسیک از آن غافل بود، به خوبی نشان میدهد.