Опыт показывает что при нагревании большинство кристаллов увеличивает свои линейные размеры. Эмпирически было установлено, что в широком диапазоне температур справедлив закон:
- (14)
относительное удлинение пропорционально изменению температуры. Из-за анизотропии кристаллов коэффициент расширения зависит от направления.
Причину расширения твердых тел можно понять на качественном уровне. Она кроется в ангармонизме тепловых колебаний молекул в кристалле. В квадратичном приближении описания потенциальной энергии время пребывания молекул справа и слева от положения равновесия одинаковы, поэтому среднее значение расстояния между молекулами вне зависимости от амплитуды колебаний равно равновесному значению. В реальности потенциальная энергия лишь приближенно квадратична по отклонению. На самом же деле график зависимости потенциальной энергии от расстояния несимметричен относительно положения равновесия. Имеет место асимметрия. С повышением температуры время, в течение которого расстояние между молекулами превышает равновесное, увеличивается по сравнению со временем, в течение которого расстояние меньше равновесного. Поэтому, в среднем по времени, расстояние между молекулами оказывается большим равновесного. Оно растет с ростом амплитуды колебаний.
