Unterschied zwischen Phononen und Wärme?

Wärme ist Energie, die in der (zufälligen) Bewegung von Teilchen gespeichert ist. In einem Festkörper sind die wichtigen Teilchen freie Elektronen und die Ionen, die sie zurücklassen. Sie könnten die Bewegung jedes Ions separat betrachten, aber es ist normalerweise bequemer, eine kollektive Bewegung der Ionen mit derselben Frequenz zu betrachten. Das ist ein Phonon. Deshalb gibt es auch eine$\omega$in der Dispersionsrelation. Das$\omega$ist eine Winkelfrequenz - die Frequenz, mit der die Ionen oszillieren.

Phononen können als Wellen betrachtet werden, und die Dispersionsrelation sagt Ihnen die Beziehung zwischen dem Wellenvektor (der Einheiten von haben kann$\left[cm\right]^{-1}$) der Welle und ihrer Frequenz. Im Allgemeinen können diese Beziehungen ziemlich kompliziert sein (insbesondere im Vergleich zu vielen Wellen in der Physik im Grundstudium, wie z. B. Licht im Vakuum, das eine lineare Dispersionsbeziehung hat$\omega = c k$). Ein guter Ausgangspunkt ist das Verständnis der Dispersionsrelation für ein eindimensionales Gitter. (Siehe zum Beispiel die Wikipedia-Seite für Phononen .) Es zeigt ein Beispiel einer nichtlinearen Dispersionsbeziehung$\omega \propto \sqrt{1 - \cos{k a}}$, Wo$a$ist der Abstand zwischen den Atomen im Gitter.

Ich habe vorhin (freie) Elektronen erwähnt, und Wärme kann auch in der zufälligen Bewegung der Elektronen gespeichert werden. Das kann bei Metallen sehr wichtig sein, besonders wenn Sie sich für den Wärmefluss interessieren.

Ich werde versuchen, Ihre Verwirrung Schritt für Schritt aufzuklären.

Zunächst einmal: Ihre Hauptfrage.

Phononen beschreiben eine kollektive Anregung von Atomen/Molekülen in Festkörpern. Denken Sie an Schwingungen in einem Material. Sie können wie Teilchen behandelt werden, weshalb Phononen oft als Quasiteilchen bezeichnet werden.

Wärme ist eine Energieform, die eine ganz andere Größe ist. Sie vergleichen Äpfel und Birnen, wenn Sie fragen, ob Phononen und Wärme dasselbe sind. Normalerweise beeinflussen Phononen die Wärmekapazität in einem Festkörper stark, aber sie sind nicht identisch.

Kommen wir nun zu den Teilfragen.

1. Das habe ich oben beantwortet.
2. Sie sind nicht gleich. Atome in einem Gitter schwingen, nicht die Elektronen oder die Bindungen. "Ein ganzes Medium vibriert" ist dasselbe wie "seine Atome vibrieren". Phononen erzeugen Schall.
3. Die Tatsache, dass Menschen das Omega-Symbol verwenden, sollte Sie nicht verwirren. In der Physik gibt es zu viele Größen, daher wird manchmal der gleiche griechische Buchstabe für verschiedene Größen verwendet.
4. Eine Dispersionsrelation hat keine Einheit. Mengen tun.
5. Phononenfrequenz omega und Wellenzahl k hängen über die Dispersionsrelation zusammen.

Ich vermute, der Unterschied zwischen einer Phonon- und einer Wärmewelle besteht darin, dass die Phononenwellenlänge immer länger als die des Atoms ist und die Wellenlänge einer Wärmewelle immer so groß oder kleiner als das Teilchen ist. Im Wesentlichen wird die kinetische Wärmeenergie auf das Teilchen isoliert, wo die Schallwelle durch eine Reihe von Teilchen übertragen wird.