固体物理学 -课件(7.1.1)--第七单元课件.pdfVIP

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第七讲、晶格的热膨胀和热传导

7.晶格的热膨胀和热传导

7.1晶格的自由能

7.2晶体(格临爱森)状态方程

7.3晶体的热膨胀

7.4晶体的热传导

北京交通大学

§7.1晶格的自由能BeijingJiaotongUniversity

简谐近似的局限r0

简谐近似→独立的格波(谐振子)→声子间无互U(r)

n

作用→T不变时,同ω的不变。

解释了晶格振动的比热(尤其是低温下比热)。r

但不能解释热膨胀,因为势能展开式只取到平

方项,势能U-r图中为左、右对称的抛物线,

左右振动的平均值仍为0,没有热膨胀。若取-W热膨胀

到高次项,左、右不对称,当温度高时,热振

动幅值大,新的平衡点沿AB线变化产生膨胀。

不考虑声子间的相互作用,热导率为无穷大,

不能解释声子的热传导。

北京交通大学

§7.1晶格的自由能BeijingJiaotongUniversity

势能取到高次项后:

势能中交叉项不能消除;

体系哈密顿量不能写成单个谐振子的

哈密顿量之和的形式;

格波(声子)间有相互作用

(碰撞、产生、湮灭)。

北京交通大学

§7.1晶格的自由能BeijingJiaotongUniversity

如果已知晶体的自由能函数,V为晶体体积

F(T,V)=U−TS

F

根据p=−()T——得到晶格的状态方程

V

晶格的自由能函数一般可以写成F=−kTlnZ

B

−E/kT

配分函数Z=eiB——对所有晶格的能级相加

i

——能级包含平衡时晶格能量和各格波的振动能

1

(nj+)j+U(V)

2

j

北京交通大学

§7.1晶格的自由能BeijingJiaotongUniversity

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