El sólido de Einstein

Introducción

Investiguen lo que es un sólido de Einstein:

Un paso útil encaminado al entendimiento del calor específico de los sólidos, fue propuesto por Einstein en 1907, que consideraba al sólido como si estuviera formado por un gran número de osciladores idénticos. El enfoque cuántico del oscilador armónico, da una serie de osciladores con estados cuantizados separados por la misma distancia hf, donde h es la constante de Planck y f es la frecuencia del oscilador. El dibujo de abajo, visualiza un grupo de osciladores uniformemente espaciados en un sólido, despreciando para este estudio cualquier interacción entre ellos.

El sólido de Einstein conceptual, es útil para examinar la idea de la multiplicidad, en la distribución de energía entre los estados de energía disponibles del sistema. Todos los niveles de energía se consideran igualmente probables, con la obligación de tener q unidades de energía y N osciladores. Como ejemplo, consideremos q = 3 unidades de energía, distribuida en un sólido de Einstein con N = 4 osciladores.

Tenemos una lista detallada de las posibles distribuciones de energía. Un total de 20 distribuciones diferentes para 3 unidades de energía entre4 osciladores (una multiplicidad de 20). Si tratamos de desarrollar una descripción de un sólido real, con un número de Avogadro de osciladores, esta clase de enfoque es claramente inviable. Afortunadamente las expresiones matemáticas de la multiplicidad, hacen manejable esta tarea.

La multiplicidad para q unidades de energía entre N osciladores está dada por la expresión:

q + N -1 (q + N – 1)!

(N,q) = =-----------------

q q!(n-1)!

La cual para este ejemplo viene a ser:

3 +4 -1 6!

(4,3) = =----------------- = 20

3 3!(4-1)!

La entropía del sólido de Einstein se puede expresar en términos de la multiplicidad.

Entropía = k lnW

Describan las características de un sólido de Einstein, la capacidad calorífica, y la energía interna.

De acuerdo con el modelo

...