2021-2022学年高二物理竞赛课件：晶体的状态方程

这是一份2021-2022学年高二物理竞赛课件：晶体的状态方程，共13页。PPT课件主要包含了晶体的状态方程，状态方程，体积随温度的变化，定性分析，定量分析，声子与声子碰撞，热传导，T1﹤T2，三种机制，1声子之间的碰撞等内容，欢迎下载使用。

如果势能曲线对原子的平衡位置对称
⇒平均位置将和振幅的大小无关。⇒热振动的两原子间的距离将和温度无关。
实际两原子的互作用势能曲线并不是严格的抛物线，平衡位置左边陡，右边平滑，当原子振动后，随振幅（总能量）的增加平均位置向右移动。
非简谐作用部分使势能相对平衡位置不对称。原子在振动时引起一定的相互排斥，引起热膨胀现象。
格林艾森定律，固体热膨胀系数与热容成正比
非简谐效应使格波间不再完全独立。格波间的相互作用可表示成声子与声子间的相互碰撞。
声子相互碰撞过程遵守能量守恒和准动量守恒：
(1)正常过程（Nrmal prcess)波矢q1、q2较小，合成q3仍在第一布里渊区范围内。这种作用称为正常过程，总能量和总波矢没有改变，只是把两个声子的能量和动量传递给第三个声子，净的热能流并不由于碰撞而减小，方向也不发生偏转。
如果所有声子的碰撞都属于这种类型，则晶体的热导率将为无穷大，热阻为零。即正常过程对建立声子的热平衡起作用，对热阻无贡献。
（2）倒逆过程（Umklapp prcess)q1+q2超过第一布里渊区，由于晶格振动的波矢q具有周期性，波矢q与q+Gh描述的晶格振动状态一样。可将这个新波矢加上倒格矢移到第一布里渊区。
这种过程称为倒逆过程，表示一种大角度的散射，声子的运动方向有很大的改变，其作用使声子的平均自由程减小，所以倒逆过程会产生热阻。
给定材料样品的两端处在两个不同温度T1、T2
热流沿温度梯度反方向从较热一端流向较冷的一端。能流密度与温度梯度成正比:
热传导：电子传导(金属)，声子传导(绝缘体)讨论由于声子引起热传输，可作如下考虑：
左端较热，原子的运动比右端的原子更剧烈，左边的声子浓度较大，右边声子浓度较小。声子气体非均匀，声子从左向右流动而携带热能沿温度梯度的反方向扩散下去。把这些声子设想为声子气，利用气体分子运动论的概念。
声子遇到晶体中的另一个声子时，由于非简谐相互作用而彼此散射，高温时声子—声子碰撞变得特别重要。
（2）声子和晶体中的缺陷碰撞
晶体的不完整性，杂质和缺陷也散射声子，它们部分地破坏了理想的周期性。质量差别和杂质密度越大，散射越强，l越短。
（3）声子和样品的外部边界发生碰撞
在很低温度下，（1）、（2）的碰撞变得无效。
◇仅有少数声子存在。◇低温下所激发的声子是长波长声子，这些声子不能被大小比波长小得多的物体如杂质有效地散射。