Nøkkelforskjellen mellom Debye- og Einstein-modellen er at Debye-modellen behandler vibrasjoner av atomgitteret som fononer i en boks, mens Einstein-modellen behandler faste stoffer som mange individuelle, ikke-samvirkende kvanteharmoniske oscillatorer.
Begrepene Debye-modellen og Einstein-modellen brukes hovedsakelig i fysisk kjemi, når det gjelder de termodynamiske egenskapene til faste stoffer. Debye-modellen ble oppk alt som sådan etter vitenskapsmannen Peter Debye i 1912. Einstein-modellen ble oppk alt etter Einstein som foreslo den opprinnelige teorien i 1907.
Hva er Debye Model?
Debye-modellen er en metode utviklet av vitenskapsmannen Peter Debye for å estimere fononbidrag til den spesifikke varmen i et fast stoff. Dette begrepet kommer inn under termodynamikk i faststoff fysikalsk kjemi. Et fonon kan defineres som en kollektiv eksitasjon i et periodisk, elastisk arrangement av atomer eller molekyler i kondensert materiale (spesielt fast og flytende tilstand). Begrepet spesifikk varme, derimot, refererer til varmekapasiteten til et stoff delt på massen til stoffet (eller det er mengden energi som må tilføres som varme til en enhet av stoffets masse for å øk én temperaturenhet).
Debye-modellen, i motsetning til Einstein-modellen, behandler vibrasjonene til atomgitteret av fast stoff som fononer i en boks. Modellen kan nøyaktig forutsi lavtemperaturavhengigheten til varmekapasiteten som er proporsjonal med T3 (Debye T3-loven).
Figur 01: Sammenligning av Debye- og Einstein-modeller
Vi kan beskrive Debye-modellen som en solid-state som tilsvarer Plancks lov om svart kroppsstråling. Plancks lov om svart kroppsstråling behandler elektromagnetisk stråling som en fotongass, men Debye-modellen behandler atomvibrasjoner som fononer i en boks.
Hva er Einstein-modellen?
Einstein-modellen er en metode utviklet av Einstein i 1907 basert på to antakelser: hvert atom i det faste gitteret fungerer som en uavhengig 3D kvanteharmonisk oscillator og alle atomer svinger med samme frekvens. Derfor er Einstein-modellen en solidbasert metode som er motsatt av Debye-modellen. Antakelsen om at et fast stoff har uavhengige svingninger er veldig nøyaktig. Disse oscillasjonene er lydbølger eller fononer som er kollektive moduser som involverer mange atomer. I henhold til Einstein-modellen svinger hvert atom imidlertid uavhengig.
Figur 02: En graf som viser Einstein-modellen for en solid
I følge Einstein-modellen kan vi observere at den spesifikke varmen til et fast stoff nærmer seg null eksponentielt raskt ved lave temperaturer. Dette skjer fordi alle oscillasjoner har én felles frekvens. Den riktige oppførselen ble beskrevet senere i Debye-modellen som en modifikasjon av Einstein-modellen.
Hva er forskjellen mellom Debye og Einstein-modellen?
Debye og Einsteins modeller er termodynamiske begreper innen fysisk kjemi. Den viktigste forskjellen mellom Debye- og Einstein-modellen er at Debye-modellen behandler vibrasjonene til atomgitteret som fononer i en boks, mens Einstein-modellen behandler de faste stoffene som mange individuelle, ikke-samvirkende kvanteharmoniske oscillatorer.
Infografikken nedenfor oppsummerer forskjellen mellom Debye- og Einstein-modellen.
Summary – Debye vs Einstein Model
Debye og Einsteins modeller er termodynamiske begreper innen fysisk kjemi. Den viktigste forskjellen mellom Debye- og Einstein-modellen er at Debye-modellen spener vibrasjonene til atomgitteret som fononer i en boks, mens Einstein-modellen behandler de faste stoffene som mange individuelle, ikke-samvirkende kvanteharmoniske oscillatorer.
