
【電】 Einstein's equaton for specific heat
愛因斯坦比熱方程是量子理論在固體熱力學領域的裡程碑式成果。該方程由阿爾伯特·愛因斯坦于1907年提出,首次用量子化原子振動解釋固體比熱容隨溫度變化的現象,突破了經典物理學的局限。
理論基礎與公式表達
經典杜隆-珀蒂定律(Dulong-Petit law)認為固體比熱容是溫度無關的常數,但實驗發現低溫下比熱容顯著降低。愛因斯坦創造性地将普朗克量子假說引入原子振動模型,假設固體中所有原子以相同頻率ν作獨立振動,推導出摩爾比熱容公式: $$ C_V = 3N_Ak_Bleft(frac{hbaromega}{k_BT}right)frac{e^{hbaromega/k_BT}}{(e^{hbaromega/k_BT}-1)} $$ 其中$N_A$為阿伏伽德羅常數,$k_B$為玻爾茲曼常數,$hbar$為約化普朗克常數,$omega$為振動角頻率。
物理意義解析
曆史影響與局限
雖然愛因斯坦模型成功預測了比熱容隨溫度降低的趨勢,但實驗顯示其低溫衰減速率快于實際觀測。彼得·德拜在1912年改進該模型,引入連續頻譜的聲子振動,更精确描述低溫行為。這種理論演進路徑體現了量子力學在凝聚态物理中的持續發展。
愛因斯坦比熱方程(Einstein's specific heat equation)是愛因斯坦于1907年提出的量子理論模型,用于解釋固體在低溫下比熱偏離經典理論的實驗現象。以下是核心要點:
經典理論(杜隆-珀替定律)認為固體的摩爾比熱為常數(約3R),但實驗發現低溫時比熱顯著下降。愛因斯坦首次引入量子化概念,假設固體原子振動能量是量子化的,成功解釋了這一現象。
愛因斯坦模型的比熱公式為: $$ C_V = 3Nk_B left( frac{theta_E}{T} right) frac{e^{theta_E/T}}{(e^{theta_E/T} - 1)} $$ 其中:
如需更深入的技術細節,可參考原始文獻或固體物理教材。
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