La diferència clau entre el model de Debye i el d'Einstein és que el model de Debye tracta les vibracions de la xarxa atòmica com a fonons en una caixa, mentre que el model d'Einstein tracta els sòlids com molts oscil·ladors harmònics quàntics individuals que no interactuen.
Els termes model de Debye i model d'Einstein s'utilitzen principalment en química física, pel que fa a les propietats termodinàmiques dels sòlids. El model de Debye va rebre el nom del científic Peter Debye el 1912. El model d'Einstein va rebre el nom d'Einstein que va proposar la teoria original el 1907.
Què és el model Debye?
El model Debye és un mètode desenvolupat pel científic Peter Debye per estimar la contribució dels fonons a la calor específica d'un sòlid. Aquest terme pertany a la termodinàmica en la química física de l'estat sòlid. Un fonó es pot definir com una excitació col·lectiva en una disposició periòdica i elàstica d'àtoms o molècules en matèria condensada (específicament estat sòlid i líquid). El terme calor específica, en canvi, es refereix a la capacitat calorífica d'una substància dividida per la massa de la substància (o, és la quantitat d'energia que s'ha d'afegir com a calor a una unitat de massa de la substància per augmentar una unitat de temperatura).
El model Debye, a diferència del model d'Einstein, tracta les vibracions de la xarxa atòmica del sòlid com a fonons en una caixa. El model pot predir amb precisió la dependència de la baixa temperatura de la capacitat calorífica que és proporcional a T3 (la llei Debye T3).
Figura 01: comparació dels models Debye i Einstein
Podem descriure el model de Debye com un equivalent en estat sòlid a la llei de Planck de la radiació del cos negre. La llei de Planck de la radiació del cos negre tracta la radiació electromagnètica com un gas fotònic, però el model Debye tracta les vibracions atòmiques com a fonons en una caixa.
Què és el model Einstein?
El model d'Einstein és un mètode desenvolupat per Einstein el 1907 basat en dos supòsits: cada àtom de la xarxa sòlida actua com un oscil·lador harmònic quàntic 3D independent i tots els àtoms oscil·len amb la mateixa freqüència. Per tant, el model d'Einstein és un mètode sòlid que és oposat al model de Debye. La suposició que un sòlid té oscil·lacions independents és molt precisa. Aquestes oscil·lacions són ones sonores o fonons que són modes col·lectius que impliquen molts àtoms. Tanmateix, segons el model d'Einstein, cada àtom oscil·la de manera independent.
Figura 02: un gràfic que mostra el model d'Einstein per a un sòlid
Segons el model d'Einstein, podem observar que la calor específica d'un sòlid s'acosta exponencialment al zero a baixes temperatures. Això passa perquè totes les oscil·lacions tenen una freqüència comuna. El comportament correcte es va descriure més endavant al model Debye com una modificació del model d'Einstein.
Quina diferència hi ha entre el model Debye i el model d'Einstein?
Els models de Debye i Einstein són conceptes termodinàmics en química física. La diferència clau entre el model de Debye i el d'Einstein és que el model de Debye tracta les vibracions de la xarxa atòmica com a fonons en una caixa, mentre que el model d'Einstein tracta els sòlids com molts oscil·ladors harmònics quàntics individuals que no interactuen.
La infografia següent resumeix la diferència entre el model de Debye i el d'Einstein.
Resum - Model Debye vs Einstein
Els models de Debye i Einstein són conceptes termodinàmics en química física. La diferència clau entre el model de Debye i el d'Einstein és que el model de Debye tracta les vibracions de la xarxa atòmica com a fonons en una caixa, mentre que el model d'Einstein tracta els sòlids com molts oscil·ladors harmònics quàntics individuals que no interactuen.
