Den viktigaste skillnaden mellan Debye och Einstein-modellen är att Debye-modellen behandlar vibrationer i atomgittret som fononer i en låda, medan Einstein-modellen behandlar fasta ämnen lika många individuella, icke-interagerande kvantharmoniska oscillatorer.
Termen Debye-modellen och Einstein-modellen används främst inom fysikalisk kemi, när det gäller de termodynamiska egenskaperna hos fasta ämnen. Debye-modellen fick sitt namn efter vetenskapsmannen Peter Debye 1912. Einstein-modellen fick sitt namn efter Einstein som föreslog den ursprungliga teorin 1907.
Vad är Debye Model?
Debye-modellen är en metod som utvecklats av vetenskapsmannen Peter Debye för att uppskatta fononbidrag till den specifika värmen i ett fast ämne. Denna term kommer under termodynamik i fysikalisk kemi i fast tillstånd. En fonon kan definieras som en kollektiv excitation i ett periodiskt, elastiskt arrangemang av atomer eller molekyler i kondenserad materia (särskilt fast och flytande tillstånd). Termen specifik värme, å andra sidan, hänvisar till värmekapaciteten hos ett ämne dividerat med ämnets massa (eller det är mängden energi som måste tillföras som värme till en enhet av ämnets massa för att öka en temperaturenhet).
Debye-modellen behandlar, till skillnad från Einstein-modellen, vibrationerna från det atomära gittret av fasta material som fononer i en låda. Modellen kan exakt förutsäga lågtemperaturberoendet för värmekapaciteten som är proportionell mot T3 (Debye T3-lagen).
Figur 01: Jämförelse av Debye- och Einstein-modeller
Vi kan beskriva Debye-modellen som ett fast tillstånd som motsvarar Plancks lag om svart kroppsstrålning. Plancks lag för svartkroppsstrålning behandlar elektromagnetisk strålning som en fotongas, men Debye-modellen behandlar atomvibrationer som fononer i en låda.
Vad är Einstein-modellen?
Einstein-modellen är en metod som utvecklades av Einstein 1907 baserad på två antaganden: varje atom i det fasta gittret fungerar som en oberoende 3D-kvantharmonisk oscillator och alla atomer svänger med samma frekvens. Därför är Einstein-modellen en solid-baserad metod som är motsatsen till Debye-modellen. Antagandet att ett fast ämne har oberoende svängningar är mycket exakt. Dessa svängningar är ljudvågor eller fononer som är kollektiva lägen som involverar många atomer. Men enligt Einstein-modellen svänger varje atom oberoende av varandra.
Figur 02: En graf som visar Einstein-modellen för en solid
I enlighet med Einstein-modellen kan vi observera att den specifika värmen hos ett fast ämne närmar sig nollan exponentiellt snabbt vid låga temperaturer. Detta händer eftersom alla svängningar har en gemensam frekvens. Det korrekta beteendet beskrevs senare i Debye-modellen som en modifiering av Einstein-modellen.
Vad är skillnaden mellan Debye och Einstein-modellen?
Debye och Einsteins modeller är termodynamiska begrepp inom fysikalisk kemi. Den viktigaste skillnaden mellan Debye och Einstein-modellen är att Debye-modellen behandlar vibrationerna i atomgittret som fononer i en låda, medan Einstein-modellen behandlar de fasta ämnena som många individuella, icke-interagerande kvantharmoniska oscillatorer.
Nedan infographic sammanfattar skillnaden mellan Debye och Einstein-modellen.
Sammanfattning – Debye vs Einstein Model
Debye och Einsteins modeller är termodynamiska begrepp inom fysikalisk kemi. Den viktigaste skillnaden mellan Debye och Einstein-modellen är att Debye-modellen spenar vibrationerna från atomgittret som fononer i en låda, medan Einstein-modellen behandlar de fasta ämnena som många individuella, icke-interagerande kvantharmoniska oscillatorer.
