Виртуальная лабораторная работа по физике «Изучение расширения твердых тел» - http://efizika.ru/html5/29/index.html.

Цель работы: экспериментально определить коэффициенты линейного расширения твердых тел: стали, алюминия, стекла и бронзы.

Приборы и принадлежности: прибор для определения коэффициента линейного расширения, в состав которого входят стержневые образцы (стальной, алюминиевый, стеклянный, бронзовый), штангенциркуль.

Virtual laboratory assignments in physics "Studying the expansion of solids" - http://efizika.ru/html5/29/index.html.  The purpose of the work: to experimentally determine the coefficients of linear expansion of solids: steel, aluminum, glass and bronze. Devices and accessories: a device for determining the coefficient of linear expansion, which includes rod samples (steel, aluminum, glass, bronze), calipers.

Все твердые тела при охлаждении и нагревании изменяют свои размеры. Как правило, с повышением температуры размеры тел увеличиваются. Как известно, твердые тела можно разделить на две группы: аморфные тела и кристаллические тела. К аморфным телам относятся стекло, пластмассы. Эти вещества ведут себя как жидкости с аномально большой вязкостью. Кристаллические вещества отличаются от аморфных правильным расположением частиц. В кристаллической решетке твердого тела каждая частица (ион, атом или молекула) имеет определенное положение равновесия, около которого она совершает колебания. Взаимодействие между частицами любого вида в кристалле может быть представлено потенциальной кривой. Кривая несимметрична относительно минимума. По этой причине только очень малые колебания около положения равновесия будут иметь гармони-ческий характер. Если происходят гармонические колебания, то среднее по-ложение частицы остается неизменным и совпадает с ее положением равновесия. Явление теплового расширения при этом отсутствует. С ростом амплитуды колебаний, (что происходит при повышении температуры), все сильнее будет проявляться ангармоничность (отклонение колебаний от гармонических). При этом смещение в одну сторону из узла решетки занимает больше времени, чем в другую. Это обусловлено характером зависимости сил взаимодействия между атомами от расстояния между ними. Как видно из рисунка 15, на больших расстояниях атомы практически не взаимодействуют друг с другом. При уменьшении расстояния возникает сила притяжения между атомами, которая увеличивается по модулю до некоторого расстояния. Затем сила притяжения уменьшается и при расстоянии между атомами она ста-новится равной нулю. При дальнейшем уменьшении расстояния появляется сила отталкивания, которая быстро возрастает и при стремится к бесконечности. Таким образом, очевидно, что при возрастании амплитуды колебаний атомов вследствие нагревания кристалла, рост сил отталкивания между атомами преобладает над ростом сил притяжения. Это приводит к увеличению среднего расстояния между частицами и, следовательно, к увеличению объ-ема тела при его нагревании. Подводя итог, заключаем, что причиной теплового расширения твердых тел является ангармоничность колебаний атомов в кристаллической решетке. Количественной характеристикой теплового расширения служат коэффициенты линейного и объемного расширения.