Fundamentalmente, la capacidad calorífica específica de un sólido está relacionada con las frecuencias a las que vibran los átomos del sólido. Y esas frecuencias de vibración atómica dependen en gran medida de la rigidez de la unión atómica y las masas atómicas (así como los arreglos). Lo interesante es que a temperaturas más altas, todos los sólidos tienen esencialmente la misma capacidad de calor molar , o capacidad de calor por mol del material. Entonces, a temperaturas elevadas, las masas molares de los átomos son las más importantes para determinar la capacidad calorífica específica de un sólido, es decir, la cantidad de energía térmica por unidad de masa por grado de cambio de temperatura. Para determinar la capacidad calorífica específica , se debe tomar la capacidad calorífica molar y dividirla por la masa molar (o “peso molecular”). Por lo tanto, los sólidos de mayor peso molecular tendrían capacidades térmicas específicas más bajas a temperaturas más altas.
Uno de los primeros éxitos significativos de la teoría cuántica fue realizado por Einstein (en 1908, solo tres años después de publicar sus artículos sobre el efecto fotoeléctrico en los metales y la teoría especial de la relatividad). Al tratar de resolver un dilema en la teoría clásica de las vibraciones atómicas en los sólidos que predeciría una capacidad de calor específica molar constante de los sólidos en todo el rango de temperatura, mientras que las mediciones mostraron una disminución dramática en la capacidad de calor a medida que se redujo la temperatura, Einstein asumió que Las energías vibracionales de los átomos mismos se cuantificaron, y de la misma manera que la energía de radiación EM se cuantificó de acuerdo con la ley de Planck. Aunque en absoluto intuitivo (o incluso ampliamente aceptado inicialmente entre los físicos), esta fue la suposición esencial que condujo a un ajuste razonablemente bueno a los resultados experimentales. (Y cinco años más tarde, Debye modificó aún más la teoría para mejorar el ajuste con el experimento para todas las temperaturas, incluso cuando T se acercaba al cero absoluto). Ambas teorías tenían un parámetro llamado temperatura característica (similar en ambos modelos) por debajo del cual el las capacidades de calor comenzaron a caer por debajo de los límites de temperatura más altos Y esa característica temperatura de Debye es ahora un parámetro importante para caracterizar la dependencia de la temperatura de la capacidad calorífica en los sólidos.
La temperatura característica distingue diferentes sólidos a temperaturas más bajas en las teorías de Einstein y Debye de la capacidad calorífica y depende de la rigidez de los enlaces atómicos y las masas atómicas. Es decir, mecanismos de unión más rígidos conducen a valores más altos de esta temperatura característica de Debye, por lo tanto, capacidades de calor más bajas a bajas temperaturas. Y átomos más masivos conducen a temperaturas más bajas de Debye. El silicio con enlaces covalentes rígidos y átomos relativamente ligeros en una disposición cristalina rígida tiene una alta temperatura de Debye, por lo que su capacidad de calor cae por debajo del límite de alta temperatura cuanto más baja la temperatura. El plomo con enlaces metálicos muy blandos y maleables entre átomos mucho más masivos tiene una temperatura Debye muy baja, lo que conduce a una mayor capacidad de calor molar.
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