Разница между фононами и теплом?

Тепло — это энергия, накопленная в (беспорядочном) движении частиц. В твердом теле важными частицами являются свободные электроны и оставленные ими ионы. Вы можете рассмотреть движение каждого иона в отдельности, но обычно удобнее рассматривать коллективное движение ионов на одной и той же частоте. Это фонон. Вот почему$\omega$в дисперсионном соотношении. Что$\omega$угловая частота --- частота, с которой колеблются ионы.

Фононы можно рассматривать как волны, и соотношение дисперсии говорит вам о соотношении между волновым вектором (который может иметь единицы$\left[cm\right]^{-1}$) волны и ее частоты. В общем, эти отношения могут быть довольно сложными (особенно по сравнению со многими волнами в студенческой физике, такими как свет в вакууме, который имеет линейный закон дисперсии$\omega = c k$). Хорошей отправной точкой является понимание закона дисперсии для одномерной решетки. (Например, см. страницу википедии для фононов .) Он показывает пример нелинейного дисперсионного соотношения$\omega \propto \sqrt{1 - \cos{k a}}$, где$a$расстояние между атомами в решетке.

Ранее я упоминал о (свободных) электронах, и тепло также может накапливаться в беспорядочном движении электронов. Это может быть очень важно для металлов, особенно если вас интересует тепловой поток.

Я постараюсь прояснить ваше замешательство шаг за шагом.

Прежде всего: Ваш главный вопрос.

Фононы описывают коллективное возбуждение атомов/молекул в твердых телах. Подумайте о вибрациях в материале. С ними можно обращаться как с частицами, поэтому фононы часто называют квазичастицами.

Теплота — это форма энергии, которая представляет собой совершенно другую величину. Вы сравниваете яблоки и апельсины, когда спрашиваете, одно и то же — фононы и тепло. Обычно фононы сильно влияют на теплоемкость в твердом теле, но они не идентичны.

Теперь давайте перейдем к подвопросам.

1. Я ответил на это выше.
2. Они не одинаковы. Атомы в решетке колеблются, а не электроны или связи. «Вибрация всей среды» — это то же самое, что «вибрация ее атомов». Фононы порождают звук.
3. Тот факт, что люди используют символ омега, не должен вас смущать. В физике слишком много величин, поэтому иногда одна и та же греческая буква используется для разных величин.
4. Дисперсионное соотношение не имеет единицы. Количество делает.
5. Фононная частота омега и волновое число k связаны дисперсионным соотношением.

Я подозреваю, что разница между фононом и тепловой волной заключается в том, что длина фононной волны всегда больше длины атома, а длина волны тепловой волны всегда равна или меньше размера частицы. По существу, кинетическая энергия тепла выделяется частице, где звуковая волна передается через ряд частиц.