アインシュタインの比熱容量式(読み)アインシュタインノヒネツヨウリョウシキ

化学辞典 第2版 の解説

アインシュタインの比熱容量式
アインシュタインノヒネツヨウリョウシキ
Einstein's formula for specific heat capacity

固体比熱容量CV は,絶対温度Tが0に近づくと,T 3 に比例して0に近づき,デュロン-プティーの法則

(CV = 3NR = 25 J K-1 mol-1 は物質によらず一定)
からいちじるしくはずれる.A. Einstein(アインシュタイン)は1907年に量子論にもとづいて,固体の比熱容量は低温で小さくなることを理論的に導いた.かれは T 3 法則までは出せなかったが,1912年,P.J.W. Debye(デバイ)がその導出に成功した.Einsteinの理論は,固体を構成するN個の原子は互いに無関係に同一の振動数νで振動しているという仮定の上に立っている.量子論によると,1方向の振動のエネルギーは原子当たり,

で与えられる(hプランク定数n量子数).その平均値は,

のように計算される(kボルツマン定数).したがって,振動の全エネルギー

U = 3N
から,比熱容量は,

と表される.この式をアインシュタインの比熱容量式という.ただし,

前者はアインシュタイン関数,後者はアインシュタインの特性温度とよばれる.高温(TθE)では

CV ≅ 3Nk
となってデュロン-プティーの法則を説明し,低温では

CV ≅ 3Nk(θE/T)2eθE/T
となってT→0で比熱は0に近づく.[別用語参照]デバイの特性温度

出典 森北出版「化学辞典(第2版)」化学辞典 第2版について 情報

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