La principale différence entre les modèles Debye et Einstein est que le modèle Debye traite les vibrations du réseau atomique comme des phonons dans une boîte, tandis que le modèle Einstein traite les solides comme de nombreux oscillateurs harmoniques quantiques individuels sans interaction.
Les termes modèle de Debye et modèle d'Einstein sont principalement utilisés en chimie physique, concernant les propriétés thermodynamiques des solides. Le modèle Debye a été nommé ainsi d'après le scientifique Peter Debye en 1912. Le modèle d'Einstein a été nommé d'après Einstein qui a proposé la théorie originale en 1907.
Qu'est-ce que le modèle Debye ?
Le modèle Debye est une méthode développée par le scientifique Peter Debye pour estimer la contribution des phonons à la chaleur spécifique dans un solide. Ce terme relève de la thermodynamique en chimie physique du solide. Un phonon peut être défini comme une excitation collective dans un arrangement périodique et élastique d'atomes ou de molécules dans la matière condensée (en particulier les états solide et liquide). Le terme chaleur spécifique, d'autre part, fait référence à la capacité calorifique d'une substance divisée par la masse de la substance (ou, c'est la quantité d'énergie qui doit être ajoutée sous forme de chaleur à une unité de la masse de la substance pour augmenter une unité de température).
Le modèle Debye, contrairement au modèle d'Einstein, traite les vibrations du réseau atomique du solide comme des phonons dans une boîte. Le modèle peut prédire avec précision la dépendance à basse température de la capacité calorifique qui est proportionnelle à T3 (la loi Debye T3).
Figure 01: Comparaison des modèles Debye et Einstein
Nous pouvons décrire le modèle de Debye comme un équivalent à l'état solide de la loi de Planck sur le rayonnement du corps noir. La loi de Planck sur le rayonnement du corps noir traite le rayonnement électromagnétique comme un gaz photonique, mais le modèle de Debye traite les vibrations atomiques comme des phonons dans une boîte.
Qu'est-ce que le modèle d'Einstein ?
Le modèle d'Einstein est une méthode développée par Einstein en 1907 basée sur deux hypothèses: chaque atome du réseau solide agit comme un oscillateur harmonique quantique 3D indépendant et tous les atomes oscillent à la même fréquence. Par conséquent, le modèle d'Einstein est une méthode basée sur le solide qui est opposée au modèle Debye. L'hypothèse selon laquelle un solide a des oscillations indépendantes est très précise. Ces oscillations sont des ondes sonores ou des phonons qui sont des modes collectifs impliquant de nombreux atomes. Cependant, selon le modèle d'Einstein, chaque atome oscille indépendamment.
Figure 02: Un graphique montrant le modèle d'Einstein pour un solide
Selon le modèle d'Einstein, nous pouvons observer que la chaleur spécifique d'un solide s'approche du zéro de façon exponentielle à basse température. Cela se produit parce que toutes les oscillations ont une fréquence commune. Le comportement correct a été décrit plus tard dans le modèle Debye comme une modification du modèle Einstein.
Quelle est la différence entre les modèles Debye et Einstein ?
Les modèles de Debye et Einstein sont des concepts thermodynamiques en chimie physique. La principale différence entre les modèles Debye et Einstein est que le modèle Debye traite les vibrations du réseau atomique comme des phonons dans une boîte, tandis que le modèle Einstein traite les solides comme de nombreux oscillateurs harmoniques quantiques individuels sans interaction.
L'infographie ci-dessous résume la différence entre les modèles Debye et Einstein.
Résumé – Modèle Debye vs Einstein
Les modèles de Debye et Einstein sont des concepts thermodynamiques en chimie physique. La principale différence entre les modèles Debye et Einstein est que le modèle Debye traite les vibrations du réseau atomique comme des phonons dans une boîte, tandis que le modèle Einstein traite les solides comme de nombreux oscillateurs harmoniques quantiques individuels sans interaction.
