Dinamika Kisi Kristal (Fisika Zat Padat)

Studi tentang dinamika kisi Kristal secara khusus menelah getaran atom-atom di dalam Kristal. Hal ini penting mengingat bahwa getaran atom-atom di dalam Kristal itu menentukan sifat termal Kristal dan pula memainkan peran sangat penting di dalam berbagai gejala fisik seperti : hamburan netron, relaksasi spin kisi, transmisi sinar infra merah, perambatan gelombang ultrasonic dan lain sebagainya. Teori kinetik gas yang dianggap bahwa energy dalam untuk suatu gas tersimpan sebagai energy kinetic dari pada atom-atom gas itu. Teori kinetic menghubungkan besaran-besaran fisik makro dari gas dengan besaran-besaran fisik mikronya. Salah satu hukum dalam teori kinetic gas adalah hukum ekuipartisi, menyatakan bahwa : “Energy kinetik rata-rata untuk setiap derajad kebebasan adalah sama yaitu ½k₀T.” Secara emperik Dulong dan Petit menemukan bahwa panas jenis per kilomol untuk dari elemen-elemen adalah 3R, dengan R tetapan gas. Hukum Dulong dan Petit ini berlaku umum untuk hampir semua elemen, pada suhu ruang atau suhu yang lebih tinggi. Apabila hukum ukuipartisi energi diterapkan disini, maka tiap atom di dalam Kristal memiliki 3 derajad kebebasan untuk geraknya disekitar kedudukan keseimbangan. Disamping itu masih ada energy potensial atom dalam gerak harmoniknya. Sudah sejak lama diketahui bahwa untuk suhu rendah hukum Dulong dan petit tentang panas jenis zat padat telah berlaku. Untuk suhu-suhu demikian itu panas jenis jauh lebih rendah dari pada 3R. 

Akan tetapi hukum Dulong-Petit gagal menjelaskan panas jenis untuk unsur-unsur ringan seperti Boron, Beryllium dan Carbon seperti diamond yang masing-masing memiliki panas jenis secara berurutan 3,34; 3,85 dan 1,46 kkal/kmole.K pasa suhu kamar. Bahkan hukum DulongPetit juga gagal menjelaskan panas jenis semua zat padat yang turun secara tajam sebagai fungsi T3 pada suhu rendah mendekati nol pada suhu mendekati 0 K. Gambar 1 menunjukkan bagimana panas jenis berubah terhadap T untuk beberapa jenis padatan. Kedua kegagalan dari hukum Dulong-Petit merupakan kegagalan yang sangat serius terhadap hasil eksperimen.

Makalah Selengkapnya terkait dinamika kisi kristal (Getaran Elastik dan Rapat Mode getar, Kuantisasi Energi Getaran dalam Zat Padat, Teori Debye tentang panas jenis Kristal) dapat di download dalam bentuk [PDF]