Engineering Explained for Myanmar - EEM

၄၅၀။ Phonon ဆိုတာ ဘာလဲ???

Photon ဆိုတာကိုတော့ ကြားဖူးကြမှာပါ။ အလင်းဆိုတာ Wave ဂုဏ်သတ္တိအပြင်၊ Particle တွေ အဖြစ်လည်း ပြုမူပါတယ်ဆိုပြီး Einstein က ၁၉၂၁ မှာ Noble ဆု ရယူခဲ့တာဖြစ်ပါတယ်။ Einstein က သူ့ရဲ့ သီအိုရီဖြစ်တဲ့ Photoelectric Effect မှာ အလင်းဆိုတာဟာ တိကျတဲ့ စွမ်းအင်အထုတ်ကလေးတွေ (Discrete Energy Packets) ဖြစ်တဲ့ Photon တွေနဲ့ ဖွဲ့စည်းထားကြောင်းတွက်ချက်ပြခဲ့ပါတယ်။
Phonon ဆိုတာကရော Photon ရဲ့ညီလား😅?
ပြောလို့ရပါတယ်။ ဘာလို့လဲဆိုတော့ Phonon ဆိုတာကလည်း စွမ်းအင်အထုတ်လေးပဲ ဖြစ်ပါတယ်။ Vibrational Energy ဆိုတဲ့ အရာဝတ္ထုတွေရဲ့ အတွင်းထဲမှာ ဖြစ်တဲ့ တုန်ခါမှုစွမ်းအင်ကို သယ်ဆောင်တဲ့ အမှုန်ဖြစ်ပါတယ်။ အရာဝတ္ထုအစိုင်အခဲ Solid တွေကို Atom တွေနဲ့ တည်ဆောက်ထားပြီး အဲ့ Atom တွေရဲ့ တုန်ခါမှုကြောင့် Solid အထဲမှာ လှိုင်းထစေပါတယ်။ လှိုင်းကတော့ အရာဝတ္ထုရဲ့ ပတ်ဝန်းကျင် အခြေအနေပေါ်မူတည်ပြီး အသံလှိုင်း၊ ဒါမှမဟုတ် အပူလှိုင်း ဖြစ်နိုင်ပါတယ်။ အဲ့ လှိုင်းမှာ စွမ်းအင်ပါနေတဲ့အတွက် သယ်ဆောင်တဲ့ အမှုန်ကို Phonon လို့ ခေါ်ပါတယ်။
ထူးခြားတာက အဲ့ Phonon အမှုန်တွေက အရာဝတ္ထုအတွင်းထဲမှာသာ ဖြစ်ပြီး အပြင်ကိုတော့ ထွက်မလာပါဘူး။ ဒါ့ကြောင့် အပြင်လောကမှာ Phonon အမှုန်ဆိုတာ မရှိဘူးပေါ့။ သူ့မှာ စွမ်းအင်နဲ့ အဟုန် (momentum) ရှိလို့သာ အမှုန်အဖြစ်သတ်မှတ်တာပါ။
တကယ်လို့ Solid အချောင်းတစ်ခုရဲ့ တစ်ဘက်မှာ အပူပေးထားရင် အပူချိန်မြင့်တဲ့ နေရာက Atom တွေဟာ ပိုပြီးတုန်လာလို့ အပူလှိုင်းဟာ အဲ့ အပူချိန်မြင့်တဲ့ နေရာကနေ အပူချိန်နိမ့်တဲ့ ဘက်ဆီ ရွေ့လာပါမယ်။ အဲ့မှာ Heat Transfer ဖြစ်ပါတယ်။ အဲ့လို ဝတ္ထုရဲ့ Lattice တွေကြားကနေ ရွေ့လာတဲ့ အပူလှိုင်းကို Phonon တွေက သယ်ဆောင်လာတာပါ။ Phonon wave တွေဟာ အသံရဲ့ အလျင်နဲ့ သွားတယ်လို့ ဆိုပါတယ်။ Solid တွေမှာဖြစ်တဲ့ Conduction Heat Transfer မှာ Phonon ကလည်း အရေးပါနေပါတယ်။ Thermal Conductivity (k) မှာတောင် k = 1/3 x C x v x L ဆိုပြီး ဝင်လာပါတယ်။
C = Heat Capacity, v = Velocity of phonon နဲ့ L = mean free path of phonon ဖြစ်ပါတယ်။

စာရေးသူက Heat Transfer ဘာသာရပ်ကို ဆယ်စုနှစ်တစ်ခုကျော် သင်လာပေမယ့် Phonon အကြောင်းကို Heat Transfer မှာ ထည့်မသင်ဖူးပါဘူး။ Text Book ဖြစ်တဲ့ Unit Operations of Chemical Engineering မှာလည်း Phonon အကြောင်း မပါပါဘူး။ Conduction Heat Transfer အခန်းမှာလည်း Heat ကို Unbound electron တွေကပဲ သယ်ဆောင်တယ်လို့ ‌ရေးထားပါတယ်။
တကယ်တော့ Phonon တွေရဲ့ Heat Transfer အခန်းကဏ္ဍဟာ Non metal တွေ Semiconductor တွေ အတွက်သာ ဖြစ်လို့ပါ။ ပြီးတော့ Microscopic Level ဖြစ်ပါတယ်။ Engineering မှာက Macroscopic Level ဖြစ်တဲ့အပြင် Chemical Engineering မှာ Metal တွေနဲ့ တည်ဆောက်ထားတဲ့ Heat Exchange Equipment တွေကို ဦးတည်တာဖြစ်လို့ Conduction မှာ Free electron ကသာ heat ကို သယ်ဆောင်ခြင်း ဖြစ်ပါတယ်။ Heat ကို ဘာကပဲ သယ်သယ် Fourier's Law ကတော့ ဂရုမစိုက်ပါဘူး။ ဒါ့ကြောင့် Phonon အကြောင်းကို Heat Transfer in Engineering မှာ ထည့်သွင်း မထားခြင်းဖြစ်ပါတယ်။
Phonon wave တွေ ပျက်ပြယ်မှုကတော့ သူတို့အချင်းချင်း တိုက်မိပြီးလည်း ပျက်ပြယ်သွားနိုင်ပါတယ်။ Phonon-phonon scattering လို့ ခေါ်ပါတယ်။ Phonon တွေ သွားရာလမ်းကြောင်းမှာ ဝတ္ထုအထဲက doped လုပ်ထားတဲ့ အခြား Atom တစ်ခုခု/ defect တစ်ခုခု စတဲ့ အတားအဆီးတစ်ခုခုနဲ့ တွေ့ရင်လည်း ပျက်ပြယ်နိုင်ပါတယ်။ Phonon-impurity scattering လို့ခေါ်ပါတယ်။ ဝတ္ထုအတွင်းလမ်း ဆုံးသွားရင်လည်း Phonon လှိုင်း ရပ်သွားပါမယ်။ Phonon-boundary scattering ဖြစ်ပါတယ်။ Electron တွေ ဝင်ရှုပ်ရင်လည်း Phonon လှိုင်း ပျက်ပြီး Phonon-electron scattering လို့ ခေါ်ပါမယ်။
ပြန်ချုပ်ရရင် Phonon တွေဟာ Lattice လို့ခေါ်တဲ့ atom ‌arrangement တွေ ကြားထဲမှာ ဖြတ်သန်းတာဖြစ်လို့ Solid တွေ အတွင်းမှာသာ ဖြစ်ပြီး Gas တွေထဲမှာ မရှိနိုင်သော်လည်း၊ Liquid အတွင်းမှာတော့ ခဏတာ ပေါ်/ပျောက် အဖြစ် ရှိနိုင်ပါကြောင်းဖြင့်။ ။LinHtet(EEM)

စာဖတ်သူများအားလုံး 🎈🎈🎈🎈🎈နှစ်သစ်မှာ
ကျန်းမာချမ်းသာပျော်ရွှင်ကြပါစေကြောင်းဖြင့်။ ။LinHtet(EEM)