Физика (Термодинамика и статистическая физика). Шелкунов Н.Г - 9 стр.

UptoLike

Рубрика: 

UU R
T
mm
E
E
=+
0
3
1
θ
θ
exp
,
где U
m0
=3/2 R
θ
E
- молярная нулевая энергия по Эйнштейну;
θ
ω
E
k= h/ - характеристическая температура Эйнштейна.
7. Молярная теплоемкость кристалла в квантовой
теории теплоемкости Эйнштейна
CR
T
T
T
m
E
E
E
=
3
1
2
2
θ
θ
θ
exp
exp
.
При низких температурах (Т<<
θ
E
)
C
m
= 3R(
θ
E
/T)exp(-
θ
E
/T).
8. Частотный спектр колебаний в квантовой теории
теплоемкости Дебая задается функцией распределения час-
тот g(
ω
). Число dZ собственных частот тела, приходящихся
на интервал частот от
ω
до
ω
+d
ω
, определяется выражени-
ем
dZ = g(
ω
)dv.
Для трехмерного кристалла, содержащего N атомов,
dZ
gN
d=
ω
ωω
max
3
2
,
где
ω
max
-максимальная частота, ограничивающая спектр
колебаний.
9. Энергия U твердого тела связана с средней энерги-
ей 〈ε〉 квантового осциллятора и функцией распределения
частот g(
ω
) соотношением
()
Ugd=
εωω
ω
0
max
.
10. Молярная внутренняя энергия кристалла по Де-
баю
()
UU RT
Tx
x
dx
mm
D
T
D
=+
0
3
2
0
33
1
θ
θ
exp
/
,
где
UR
mD0
9
8
=
θ
- молярная нулевая энергия кристалла по
Дебаю;
θ
ω
D
k
=
h
max
/ - характеристическая температура
Дебая.
11. Молярная теплоемкость кристалла по Дебаю
()
CR
T
xdx
x
T
T
m
D
D
D
T
D
=
312
1
3
1
3
3
0
θ
θ
θ
θ
exp
exp
.
Предельный закон Дебая. В области низких температур
(
T<<
θ
D
) последняя формула принимает вид
CR
T
m
D
=
12
5
3
3
π
θ
.
12. Энергия
ε фонона связана с круговой частотой ω
колебаний классической волны соотношением
ω
ε
=
h .
13. Квазиимпульс фонона
λ
π
/2 h
=
p .
14. Скорость фонона является групповой скоростью
звуковых волн в кристалле
u = d
ε
/dp.
При малых значениях энергии фонона дисперсией
волн можно пренебречь и тогда групповая и фазовая скоро-
сти совпадут:
u = v =
ε
/p.
Скорости продольных (
v
l
) и поперечных (v
t
) волн в
кристалле определяются по формулам
v
E
l
=
ρ
, v
G
t
=
ρ
,
                                       θE                                                                3θ D /T
              U m = U m0 + 3R                    ,                                           T                      x2
                                    
                                 exp
                                      θ E   
                                             −1
                                                                      U m = U m0   + 3RT ⋅ 3    
                                                                                            θ D           ∫      exp( x) − 1
                                                                                                                               dx ,
                                         T                                                                0

где Um0=3/2 RθE - молярная нулевая энергия по Эйнштейну;      где U m0 = 9 Rθ D - молярная нулевая энергия кристалла по
                                                                          8
θ E = hω / k - характеристическая температура Эйнштейна.      Дебаю; θ D = hω max / k - характеристическая температура
       7. Молярная теплоемкость кристалла в квантовой         Дебая.
теории теплоемкости Эйнштейна                                        11. Молярная теплоемкость кристалла по Дебаю
                                           θ
                                   exp E                                                                θ       
                                                                                                         3 D  
                             2                                                            θD
                      θ E                  T                                      3    T  3             T 
              Cm = 3R                              .                                       x dx
                       T                                       Cm = 3R 12 T
                                                                                 θ D  ∫ exp( x) − 1 −               .
                                                   2
                                      θ                                                                  θ
                                exp E T  − 1
                                                
                                                                                          0           exp D  − 1
                                                                                                            T    
При низких температурах (Т<<θE)                               Предельный закон Дебая. В области низких температур
                 Cm = 3R(θE/T)exp(-θE/T).                     (T<<θD) последняя формула принимает вид
       8. Частотный спектр колебаний в квантовой теории                                                            3
                                                                                            12π 3     T 
теплоемкости Дебая задается функцией распределения час-                                Cm =         R     .
тот g(ω). Число dZ собственных частот тела, приходящихся                                      5      θ D 
на интервал частот от ω до ω+dω, определяется выражени-              12. Энергия ε фонона связана с круговой частотой ω
ем                                                            колебаний классической волны соотношением
                       dZ = g(ω)dv.                                                    ε = h ⋅ω .
Для трехмерного кристалла, содержащего N атомов,                     13. Квазиимпульс фонона
                          gN                                                         p = 2π ⋅ h / λ .
                     dZ =      ω 2 dω ,
                          ω 3max                                     14. Скорость фонона является групповой скоростью
                                                              звуковых волн в кристалле
где ωmax -максимальная частота, ограничивающая спектр
                                                                                      u = dε /dp.
колебаний.
                                                                     При малых значениях энергии фонона дисперсией
       9. Энергия U твердого тела связана с средней энерги-
                                                              волн можно пренебречь и тогда групповая и фазовая скоро-
ей 〈ε〉 квантового осциллятора и функцией распределения        сти совпадут:
частот g(ω) соотношением                                                             u = v = ε /p.
                         ω max
                                                                     Скорости продольных (vl) и поперечных (vt) волн в
                    U=    ∫    ε g(ω )dω .                    кристалле определяются по формулам
                           0
      10. Молярная внутренняя энергия кристалла по Де-                          v = E , v = G ,
                                                                                   l        ρ        t                 ρ
баю