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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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