格子振動と結晶の熱的性質
気体は、原子や分子同士の結合から解き放たれて、自由に動きまわっている。気体の原子や分子は、１個ずつみるとそれらはランダムに動いていて規則性はもたない。でも１０の２０乗程度以上とって、その統計的な平均値をとってやれば、それはかなりシンプルな性質をもったものになる。これがボルツマンなどが、がんばったことかな。はしょりすぎ？
これくらいだったら、高校のときに習ったかもしれない。ボルツマン定数って高校のときに出てきたかな。ボルツマン定数の意味もまだあやしい。
それに対して固体はどうなっているか。結晶の場合を考えると、原子や分子はある規則的な位置にいる。でも静止していないと本には書いてある。ここがいつもひっかかるところで、今でもそうだけど。
熱というのは、運動エネルギーであるというのは熱力学に書いてあるのだろうか。熱力学は苦手だ。食べず嫌いかもしれないけど。
絶対零度ではなくて、熱がある限り、原子はなんらかの形で動いているとかんがえていいのか。動き方の種類が、固体・液体・気体でいいのかな。
気体の場合はそれぞれの原子は好き勝手なところを動いている。固体の場合も止まっているのではなく動いていると考えなければならないのか。動き方の種類が気体と固体は違うと考えるべきなのかもしれない。固体の場合も原子は動いている。勝手に動くのではなく、あるルールを持って動いているのが固体だ。なんかまだひっかかるな。
ルールを持たない動きで思いつくのはブラウン運動かな。あまり良く知らないが。ルールを持った運動は、振動になる。気体みたいに、行きっぱなしは許されなくて、いつかは戻ってこなければならないから、運動は周期を持って繰り返すものになる。これが振動だったか。
固体中の原子の運動を格子振動というが、この格子振動は温度の上昇と共に激しくなる。
また、それぞれの原子が勝手に振動してもいいだろうと思ったが、原子同士は相互作用しているので、格子振動は波の形で伝わっていく。
振動を粒子扱いするとかいって、後の方でフォノンとかいうのが出てくる。これがまだピンとこない。まとめることによって、少しでも分かるようになりましょうかね。
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