ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ

Тепловое расширение кристаллических тел при нагревании объясняется несимметричностью сил взаимодействия между частицами относительно положений равновесия, т. е. узлов кристаллической рещетки. Если бы зависимость сил притяжения и сил отталкивания от расстояния между частицами была одинаковой, то увеличение или уменьшение амплитуды колебаний не могло бы отразиться на взаимном расположении узлов кристаллической решетки. Однако при

колебаниях частиц вокруг этих узлов силы отталкивания между ними при сближении растут быстрее, чем силы притяжения при удалении. Вследствие этого увеличение амплитуды колебаний частиц при повышении температуры сопровождается смещением положений равновесия, т. е. увеличением расстояний между узлами решетки. Заметим кстати, что в различных направлениях внутри кристалла это увеличение может быть различным (в зависимости от средних расстояний между частицами в рассматриваемом направлении).

Коэффициент линейного расширения

где изменение длины I кристалла в данном направлении при изменении температуры на . В кристаллах а имеет различные значения в различных направлениях, поэтому коэффициент объемного расширения приходится определять отдельно:

где изменение объема V кристалла при изменении его температуры на Для изотропных тел (аморфных или поликристаллических) а одинаково по всем направлениям, поэтому

Теплопроводность кристаллов объясняется тем, что увеличение амплитуды колебаний частиц в каком-нибудь месте благодаря силам взаимодействия вызывает увеличение амплйтуды колебаний соседних частиц. Благодаря связи между частицами теплота стремится к равномерному распределению по объему кристалла. Теплопроводность вещества оценивается коэффициентом теплопроводности X в формуле для расчета количества теплоты которое проходит через площадку за время

( — градиент температуры); в анизотропном теле к различен в различных направлениях. Например, у кристаллического кварца для двух взаимно перпендикулярных осей коэффициенты теплопроводности отличаются почти в два раза. В металлах теплота передается не только колебаниями атомов в кристаллической решётке, но и благодаря электронному газу, участвующему в тепловом движении; этим объясняется высокая теплопроводность металлов.