本章内容要点
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以上两章中所说的格点,实际是指原子的平衡位置。原子无时无刻不在其平衡位置作微小振动。原子间存在相互作用,它们的振动相互关联,在晶体中形成了格波。
在简谐近似下,格波是由简正振动模式所构成,各简正振动是独立的。
简正振动可用简谐振子来描述,谐振子的能量量子称为声子,晶格振动可用声子系统来概括。
晶格振动决定了晶体的宏观热学性质,晶格振动理论也是研究晶体的电学性质、光学性质、超导等的重要理论基础。这一章的主要内容,是介绍格波的概念,并在晶格振动理论的基础上扼要讲述晶体的宏观热学性质。
热运动在宏观性质上最直接的表现就是热容量。上一世纪大量的实验研究已经表明:杜隆—珀替定律虽然在室温和更高的温度对固体基本上是适合的。然而,在较低的温度,固体的热容量开始随温度降低而不断下降。
为了解决这一矛盾,爱因斯坦发展了普朗克的量子假说,第一次提出了量子热容量理论,得出热容量在低温范围下降,并在T趋于0K趋于0的结论。这项研究在量子理论发展中占有重要地位的成就,对于原子振动的研究也有重要的影响。量子理论的热容量值和经典不同。它与原子振动的具体频率有关,从而推动了对固体原子振动进行具体的研究。