¿Diferencia entre fonones y calor?

El calor es energía almacenada en el movimiento (aleatorio) de partículas. En un sólido, las partículas importantes son los electrones libres y los iones que dejan atrás. Podría considerar el movimiento de cada ion por separado, pero generalmente es más conveniente considerar un movimiento colectivo de los iones a la misma frecuencia. Eso es un fonón. Por eso también hay un$\omega$en la relación de dispersión. Eso$\omega$es una frecuencia angular --- la frecuencia a la que oscilan los iones.

Los fonones se pueden considerar como ondas, y la relación de dispersión indica la relación entre el vector de onda (que puede tener unidades de$\left[cm\right]^{-1}$) de la onda y su frecuencia. En general, estas relaciones pueden ser bastante complicadas (especialmente en comparación con muchas ondas en física de pregrado, como la luz en el vacío, que tiene una relación de dispersión lineal).$\omega = c k$). Un buen punto de partida es comprender la relación de dispersión de una red unidimensional. (Por ejemplo, consulte la página de wikipedia para fonones ). Muestra un ejemplo de una relación de dispersión no lineal$\omega \propto \sqrt{1 - \cos{k a}}$, dónde$a$es el espacio entre los átomos en la red.

Anteriormente mencioné los electrones (libres), y el calor también se puede almacenar en el movimiento aleatorio de los electrones. Eso puede ser bastante importante en los metales, especialmente si está interesado en el flujo de calor.

Intentaré aclarar tu confusión paso a paso.

En primer lugar: su pregunta principal.

Los fonones describen una excitación colectiva de átomos/moléculas en sólidos. Piensa en las vibraciones de un material. Se pueden tratar como partículas, razón por la cual los fonones a menudo se denominan cuasipartículas.

El calor es una forma de energía que es una cantidad completamente diferente. Estás comparando manzanas y naranjas cuando preguntas si los fonones y el calor son lo mismo. Por lo general, los fonones influyen fuertemente en la capacidad calorífica de un sólido, pero no son idénticos.

Ahora, vayamos a las subpreguntas.

1. Lo respondí arriba.
2. Ellos no son los mismos. Los átomos en una red están vibrando, no los electrones ni los enlaces. "Todo un medio vibrando" es lo mismo que "sus átomos vibrando". Los fonones dan lugar al sonido.
3. El hecho de que la gente use el símbolo omega no debe confundirte. Hay demasiadas cantidades en física, por lo que a veces se usa la misma letra griega para diferentes cantidades.
4. Una relación de dispersión no tiene unidad. Las cantidades sí.
5. La frecuencia de fonones omega y el número de onda k están relacionados a través de la relación de dispersión.

Sospecho que la diferencia entre un fonón y una onda de calor es que la longitud de onda del fonón siempre es más larga que el átomo, y la longitud de onda de una onda de calor siempre es del tamaño de la partícula o menor. En esencia, la energía cinética del calor se aísla a la partícula, donde la onda de sonido se transmite a través de una serie de partículas.