Защо повечето твърди вещества се разширяват при нагряване? Това се дължи на факта, че с повишаване на температурата се увеличава кинетичната енергия на движението на частиците, които са във възлите на кристалната решетка. Увеличаването на кинетичната енергия от своя страна води до увеличаване на амплитудата на трептенията на тези частици около равновесното положение. В резултат на увеличаване на амплитудата на трептенията се увеличава средното разстояние между частиците в кристалната решетка, което води до увеличаване на линейните размери на цялото тяло.

Слайд 12 от презентацията "Деформация на тялото"към уроците по физика на тема "Еластична сила"

Размери: 960 x 720 пиксела, формат: jpg. За да изтеглите безплатен слайд за използване на урок по физика, щракнете с десния бутон върху изображението и щракнете върху „Запазване на изображението като...“. Можете да изтеглите цялата презентация „Деформация на тялото.pptx” в 3081 KB zip архив.

Изтегляне на презентация

Еластична сила

"Закони на механиката" - Механично трептящо движение. Моментно правило. Експериментирайте за измерване на моментите на силите. При навиване на нишката на пръта махалото може да се колебае. Физиката изучава законите на природата. Инсталация "Физическо махало". Тегло. инерция на тялото. Безтегловност. Характеризира въртеливото действие на сила върху твърдо тяло.

„Механична енергия“ – Разгледайте връзката между енергия и работа. защото. Потенциална енергия. Урок номер 2. ч. Урок 1 S. Определете кинетична енергиятялото се движи със скорост?

"The force of elasticity Hooke's law" - Силата на еластичността. Еластичната сила възниква, когато телата се деформират. Експериментална задача. Подготвен от учителя по физика Кузмичева И. A MOU - SOSH p. Софьино. Еластични деформации. Fupr \u003d k · x, където x е изместването, k е коефициентът на пропорционалност или коефициентът на коравина. Усукване. Формулирайте закона на Хук.

"Законът на Хук" - dy. След деформация размерите на куба са: C*. Помислете за деформацията на паралелепипед. Използваме обобщения закон на Хук: Разгледайте промяната в обема на единичен куб: 1. B*. Обемен закон на Хук. При излагане на?x: 2. Обобщен закон на Хук. 2. Обемен закон на Хук. ?V = 1/E[?x + ?y + ?z -n(?y + ?z + ?x + ?z + ?x + ?y)] = (1 – 2n)/E (?x + ? y + ?z).

"Икономия на енергия" - Задайте водещата релса под ъгъл? =30° спрямо повърхността на масата. Урочно оборудване. Изчислете крайната скорост и кинетичната енергия на тялото. Намерете височината h на положението на тялото над нулевото ниво. Въпроси за повторение на материала по темата "Законът за запазване на енергията". Повдигнете товара на ръка, като разтоварите пружината и монтирайте резето в долната част на скобата.

Знаем, че всички вещества са изградени от частици (атоми, молекули). Тези частици непрекъснато се движат произволно. Когато дадено вещество се нагрява, движението на неговите частици става по-бързо. В този случай разстоянията между частиците се увеличават, което води до увеличаване на размера на тялото.

Промяната в размера на тялото при нагряване се нарича топлинно разширение.

Топлинното разширение на твърдите тела е лесно да се потвърди чрез експеримент. Стоманена топка, преминаваща свободно през пръстена, след нагряване на спиртна лампа се разширява и се забива в пръстена. След охлаждане топката отново свободно преминава през пръстена. Опитът показва, че размерите на твърдото тяло се увеличават при нагряване и намаляват при охлаждане.

Топлинното разширение на различните твърди тела не е еднакво.

По време на термичното разширение на твърдите тела се появяват огромни сили, които могат да разрушат мостове, да огънат железопътни релси и да скъсат жици. За да предотвратите това да се случи, при проектирането на конструкция факторът топлинно разширение. Жиците на електропроводите провисват, за да не се скъсат през зимата при скъсяване.

Релсите на ставите имат празнина. Носещите части на мостовете са поставени върху ролки, които могат да се движат с промени в дължината на моста през зимата и лятото.

Разширяват ли се течностите при нагряване? Топлинното разширение на течностите може да се потвърди и експериментално. Изсипете в еднакви колби: в едната - вода, а в другата - същия обем алкохол. Затваряме колбите със запушалки с тръбички. С гумени пръстени отбелязваме началните нива на вода и алкохол в тръбите. Поставете колбите в съд с топла вода. Нивото на водата в тръбите ще се повиши. Водата и алкохолът се разширяват при нагряване. Но нивото в тръбата на колбата с алкохол е по-високо. Така алкохолът се разширява повече. Следователно, топлинното разширение на различни течности, както и на твърди тела, не е еднакво.

Изпитват ли газовете термично разширение? Ще отговорим на въпроса с помощта на опита. Затваряме колбата с въздух с тапа с извита тръба. В тръбата има капка течност. Достатъчно е да доближите ръцете си до колбата, тъй като капката започва да се движи надясно. Това потвърждава топлинното разширение на въздуха, когато е дори леко нагрят. Освен това, което е много важно, Всички газове, за разлика от твърдите вещества и течностите, се разширяват с еднаква скорост при нагряване..

Не пийте веднага след горещ чай студена вода. Рязката промяна на температурата често води до кариес. Това се дължи на факта, че основното вещество на зъба - дентинът - и емайлът, покриващ зъба, се разширяват по различен начин при една и съща температурна промяна.

Изменението на линейните размери на тялото при нагряване е пропорционално на изменението на температурата.

Повечето вещества се разширяват при нагряване. Това лесно се обяснява от гледна точка на механичната теория на топлината, тъй като при нагряване молекулите или атомите на веществото започват да се движат по-бързо. В твърдите тела атомите започват да трептят с по-голяма амплитуда около средната си позиция в кристалната решетка и се нуждаят от повече свободно пространство. В резултат на това тялото се разширява. По същия начин течностите и газовете в по-голямата си част се разширяват с повишаване на температурата поради увеличаване на скоростта на топлинно движение на свободните молекули ( см.Закон на Бойл - Мариот, Закон на Чарлз, Уравнение на състоянието на идеален газ).

Основният закон за топлинното разширение гласи, че тяло с линеен размер Лв съответното измерение с повишаване на температурата му с Δ Tсе разширява с Δ Лравна на:

Δ Л = aLΔ T

където α — т.нар коефициент на линейно термично разширение.Подобни формули са налични за изчисляване на промените в площта и обема на тялото. В представения най-прост случай, когато коефициентът на топлинно разширение не зависи нито от температурата, нито от посоката на разширение, веществото ще се разширява равномерно във всички посоки в строго съответствие с горната формула.

За инженерите термичното разширение е жизненоважен феномен. При проектирането на стоманен мост през река в град с континентален климат не може да се пренебрегне възможната температурна разлика от -40°C до +40°C през годината. Такива разлики ще доведат до промяна в общата дължина на моста до няколко метра и така че мостът да не се издига през лятото и да не изпитва мощни натоварвания на разрушаване през зимата, дизайнерите съставят моста от отделни секции, свързващи тях със специални термични буферни съединения, които са зацепени, но не здраво свързани редове зъби, които се затварят плътно в топлината и се разминават доста широко в студа. Може да има доста такива буфери на дълъг мост.

Въпреки това, не всички материали, особено кристалните твърди вещества, се разширяват равномерно във всички посоки. И не всички материали се разширяват еднакво, когато различни температури. Повечето отличен примерпоследният вид е водата. При охлаждане водата първо се свива, както повечето вещества. Въпреки това, от +4°C до точката на замръзване от 0°C, водата започва да се разширява при охлаждане и да се свива при нагряване (по отношение на горната формула можем да кажем, че в температурния диапазон от 0°C до +4° C, коефициентът на термично разширение вода α приема отрицателно значение). Благодарение на този рядък ефект земните морета и океани не замръзват до дъното дори при най-тежките студове: водата, по-студена от +4°C, става по-малко плътна от по-топлата вода и изплува на повърхността, измествайки водата с температура над +4°C до дъното.

Фактът, че ледът има специфична плътност, по-ниска от плътността на водата, е друго (макар и несвързано с предишното) аномално свойство на водата, на което дължим съществуването на живота на нашата планета. Ако не беше този ефект, ледът щеше да отиде на дъното на реките, езерата и океаните и те отново биха замръзнали до дъното, убивайки целия живот.

При промяна на температурата размерите на телата се променят: при нагряване, като правило, те се увеличават, а при охлаждане - намаляват. Защо се случва това?
Увеличаването на размера на малко тяло е малко и трудно забележимо. Но ако вземете желязна жица с дължина 1,5-2 м и я нагреете с електрически ток, тогава удължението може да се открие с око без специални инструменти. За да направите това, единият край на жицата трябва да бъде фиксиран, а другият да бъде хвърлен върху блока. За тази цел е необходимо да се прикрепи товар, който дърпа жицата надолу (фиг. 9.1). Според индикатора, свързан с товара, те преценяват промяната в дължината на проводника в процеса на нагряване или охлаждане.
Ориз. 9.1
Разширяването на малка стоманена топка, нагрята до газов котлон, се вижда от преминаването му през пръстена. Студената топка лесно преминава през пръстена, докато нагрятата се забива в нея. Когато топката изстине, тя отново минава през ринга.
Как можем да обясним защо телата се разширяват при нагряване?
Молекулен модел на термично разширение
Зависимостта на потенциалната енергия на взаимодействието на молекулите от разстоянието между тях ни позволява да разберем причината за появата на топлинно разширение. Както може да се види от Фигура 9.2, кривата на потенциалната енергия е силно асиметрична. Той нараства много бързо (рязко) от минималната стойност на Epo (в точката r0), когато r намалява, и се увеличава относително бавно, когато r нараства.

Ориз. 9.2
до минималната стойност на потенциалната енергия Ep0. Тъй като молекулите се нагряват, те започват да осцилират около позицията
баланс. Диапазонът на вибрациите се определя от средната стойност на енергията E. Ако потенциалната крива беше симетрична, тогава средното положение на молекулата все още би съответствало на разстоянието r0. Това би означавало генерал
При абсолютна нула, в състояние на равновесие, молекулите биха били на разстояние r0 една от друга, което съответства на инвариантността на средните разстояния между молекулите по време на нагряване и, следователно, липсата на топлинно разширение. Всъщност кривата не е симетрична. Следователно, когато средна енергияравно на Er, средното положение на вибриращата молекула съответства на разстоянието rx > r0.
Промяната в средното разстояние между две съседни молекули означава промяна в разстоянието между всички молекули в тялото. Поради това размерът на тялото се увеличава.
По-нататъшното нагряване на тялото води до увеличаване на средната енергия на молекулата до определена стойност E2, Ez и т.н. В същото време се увеличава и средното разстояние между молекулите, тъй като сега трептенията възникват с по-голяма амплитуда около новото равновесно положение: r2 > r3 > r2 и т.н.
Когато тялото се нагрява, средното разстояние между осцилиращите молекули се увеличава, следователно размерът на тялото също се увеличава.

Още по темата §9.1. ТОПЛИННО РАЗШИРЕНИЕ НА ТЕЛАТА:

1. §9.4. ОТЧИТАНИЕ И ИЗПОЛЗВАНЕ НА ТОПЛИННОТО РАЗШИРЕНИЕ НА ТЕЛАТА В ТЕХНОЛОГИЯТА
2. за това как всяко новообразувано тяло принадлежи към определен вид неща и се различава от другите [тела]
3. Структурата на пътя на Крамар от етерни вихри, торсионни полета (SWI, шипове и др.) зависи от радиуса на въртящите се тела, от скоростта на въртене, движение и други доста специфични физически параметри на телата и околната среда, които генерира ги.

1.4.3. Конструктивни типове връзки тип АВ

1.4.4. Структурни типове връзки тип АВ2

1.4.5. Структурни типове съединения от тип AmBnCk

1.4.7. Структура на фулерени, фулерити

1.4.8. Структура на повърхността

1.5. Физични свойства на кристалите

1.5.1. Принцип на симетрия във физиката на кристалите

1.5.4. Еластични свойства на кристалите

1.6. Кристалография на пластична деформация

1.6.1. Геометрия на пластичната деформация

1.6.2. Кристалографска текстура

1.7. Зърногранична кристалография

1.7.1. Граници с нисък ъгъл

1.7.2. Граници с висок ъгъл

1.8. Кристалография на мартензитни превръщания

1.8.1. Морфология на мартензитните трансформации

1.8.2. Кристалография на мартензитни превръщания

Контролни въпроси, задачи и упражнения

Глава 2. ДЕФЕКТИ НА КРИСТАЛНАТА СТРУКТУРА

2.1. Точкови дефекти

2.1.1. Свободни места и интерстициални атоми

2.1.2. Енергия на образуване на точкови дефекти

тестови въпроси

Списък на използваната литература

Глава 3. ФИЗИКА НА ТВЪРДОТО ТЯЛО

3.1. Структурата на атомите и междуатомните взаимодействия

3.1.1. Класификация на кондензирани системи

3.1.4. Енергия на свързване на кристали

3.1.5. Видове връзки в твърди тела

Метална връзка. За разлика от ковалентната връзка, която се образува между два съседни атома в резултат на колективизацията на два валентни електрона, металната връзка се появява в резултат на колективизацията на всички валентни електрони. Тези електрони не са локализирани в отделни атоми, а принадлежат към цялата група атоми. Поради това те се наричат ​​свободни електрони, движещи се по целия обем на метала и във всеки момент от времето равномерно разпределени в него. Класическото потвърждение за наличието на такива свободни електрони в металите е опитът на Манделщам и Папалекси, когато при рязко спиране на въртяща се намотка от метална жица електричество. Ясно потвърждение за това е високата електрическа и топлопроводимост на металите.

Йонна връзка. Атоми, стоящи вътре периодична системаД. И. Менделеев, освен инертните газове, имат склонност да приемат своята конфигурация или чрез отдаване, или чрез приемане на електрони. В атомите на алкални метали, стоящи непосредствено зад инертни газове, валентният електрон е слабо свързан с ядрото, тъй като се движи извън запълнения слой. Следователно този електрон може лесно да бъде отстранен от атома. На халидите директно пред инертните газове им липсва един електрон, за да запълнят стабилния слой благороден газ. Следователно халогенидите имат висок афинитет към допълнителен електрон.

Изоморфизъм и морфотропия. Помислете за няколко йонни съединения на алкални метали с бромен халид: LiBr, NaBr, KBr, RbBr и CsBr. Първите четири съединения имат решетка тип NaCl, а петото съединение CsBr кристализира в решетка тип CsCl.

3.2. Основи на електронната теория на кристалите

3.2.1. Квантова теория на свободните електрони

3.2.2. Лентова теория на металите

3.3. Теория на фазите в сплавите

3.3.1. Класификация на фазите в сплавите

3.3.2. Твърди разтвори

3.3.3. Междинни фази

1B3.4. Дифузия и кинетика на фазовите превръщания

2B в метали и сплави

4B3.4.1. Линейни феноменологични закони

5B3.4.2. Макроскопско описание на явлението дифузия

6B3.4.3. Атомна теория на дифузията в металите

9B3.4.5. Дифузия и фазови преобразувания в металите

10B и сплави

3B3.5. Електрически свойства на твърдите тела

11B3.5.1. Основи на електронната теория на електропроводимостта

14B3.5.3. ефект на зала

15B3.5.4. Връзка на електрическото съпротивление със структурата на сплавите

20B3.5.7. Свръхпроводимост

3.6. Магнитни свойства на твърдите тела

3.6.1. Основни определения. Класификация на веществата според магнитните свойства

3.6.2. Магнитни свойства на свободните атоми

3.6.3. Физическа природа на диамагнетизма

3.6.4. Физическата природа на парамагнетизма

3.6.5. Магнитна чувствителност на слабите магнити

3.6.6. Основи на теорията на магнитното подреждане

3.6.7. Домейн структура на феромагнетици

3.6.8. Магнитни свойства на феромагнетиците

3.6.9. Антиферомагнетици и феримагнетици

3.7. Топлинни свойства на твърдите тела

3.7.2. Топлинен капацитет на твърди кристали

3.7.3. Топлопроводимост на твърдите тела

3.7.4. Топлинно разширение на твърди тела

3.8. Еластични свойства на твърдите тела

3.8.1. Основните характеристики на еластичността

3.8.2. Еластичност на чисти метали и сплави

3.8.3. Феромагнитна аномалия на еластичността

3.8.5. вътрешно триене

тестови въпроси

Списък на използваната литература

3.134). В серия от твърди разтвори минималната топлопроводимост на компонентите намалява рязко, когато се въведат примеси, дори в относително малки количества. По-нататъшното увеличаване на концентрацията на твърдия разтвор засяга много по-малко топлопроводимостта.

В образованието разнородни смесив бинарна система топлопроводимостта варира приблизително линейно в зависимост от обемната концентрация на компонентите. Тази зависимост на топлопроводимостта, както в случая с електрическата проводимост, може да се разшири и до разнородни области на диаграмата на състоянието, ограничени не от чисти метали, а от твърди разтвори или междинни фази α и β. В този случай топлопроводимостта на всяка сплав, разположена в хетерогенна област, може да се намери по права линия, свързваща стойностите на λ α и λ β за твърди разтвори и междинни фази на ограничаващата концентрация. Всичко, което беше казано за отклонението от линейната зависимост на електропроводимостта в хетерогенни смеси, може да се повтори и за топлопроводимостта. От съществено значение е стойностите както на електрическата, така и на топлопроводимостта за всяка сплав в хетерогенната област да са между екстремните стойности на тези свойства за фазите. Специален случай на разнородните смеси са композитни материали, състоящ се от успоредни влакна или плочи от метал или сплав, равномерно разпределени в матрица от друг метал или сплав. За такива материали при изчисляване на топлопроводимостта е необходимо да се вземе предвид геометрията на местоположението на влакната (плочите).

3.7.4. Топлинно разширение на твърди тела

С повишаване на температурата интензитетът на топлинните вибрации на атомите във възлите на кристалната решетка се увеличава. В резултат на това се увеличават междуатомните разстояния и линейните размери на кристала. Способността на твърдото тяло да променя линейните си размери при нагряване (охлаждане) се характеризира с коеф.

линейни и обемни разширения (α и β съответно):

∂l

∂Tp

∂V

∂p

∂T

∂телевизор

твърди тела, коефициентите на линейно разширение са еднакви в

всички посоки и β = 3α .	Топлинно разширение
	лено анхармоничност на трептенията: в
	хармоничен		Приближаване
	средно разстояние между атомите
	мами не зависи от амплитудата
	колебания и, следователно, от
	температура. Всъщност около
		към кривата на зависимостта
	потенциал		взаимна енергия
	действия	твърди частици
	от разстоянието между тях (фиг.
Ориз. 3.135. промяна
потенциална енергия на атом
в зависимост от разстоянието	При абсолютната нула частите
между атомите	tsy са разположени на разстояние

x r 0 съответстваща на минималната енергия на взаимодействие U 0 . Тези разстояния определят размера на тялото при абсолютна нула. С повишаването на температурата частиците започват да се колебаят около своите равновесни позиции. Когато осцилиращата частица премине през равновесното положение, нейната потенциална енергия е минимална, а кинетичната енергия е максимална. В крайни позиции осцилиращата частица има максимална потенциална енергия и нулева кинетична енергия. Повишаването на телесната температура води до увеличаване на максималната потенциална енергия: при температура T 4 тя е U 4 . Всяка стойност на потенциалната енергия на кривата съответства на две стойности на междуатомното разстояние

позиции (например точки A и B за U 4 ), от които първата характеризира най-близкото приближаване, а втората характеризира най-голямото разстояние на двойка съседни частици. Средната позиция на осцилираща частица в дадена максимална стойностпотенциалната енергия се определя от средата на съответния хоризонтален сегмент. Така за температура Т 4 средното разстояние между частиците е равно на r 4 >r 0 . Това съответства на увеличаване на средното разстояние между частиците nax.

По този начин, с повишаване на температурата, максималната потенциална енергия на осцилиращите частици се увеличава, амплитудата на техните колебания във възлите на решетката и средното разстояние между частиците се увеличават. Всичко това се дължи на асиметрията на кривата на потенциалната енергия на взаимодействието, т.е. анхармоничната природа на трептенията на частиците в местата на решетката.

Нека оценим коефициента на топлинно разширение α за линейна верига от атоми.

Винаги при условия на равновесие силите на взаимодействие между частиците във възлите на решетката (включително едномерната) са равни на нула. Нека разложим в ред на Тейлър функцията f(r), която описва силата на взаимодействието на атомите в зависимост от разстоянието r между тях, в близост до равновесната точка r 0 . Ограничавайки се до квадратичния член, ние изразяваме силата на взаимодействие като функция на изместването на частиците x от равновесното положение:

Средната стойност на силата, възникваща при изместване на частицата от равновесното положение, е равна на

f (x) = − a x+ b x2 .

Със свободни трептения на частица	f(x)=0, така че
a x \u003d b x 2. От тук намираме
x = b x2 / a.

До стойност от втори ред на малка потенциална енергия на осцилираща частица се определя от отношението U (x) ≈ ax 2 / 2, а нейната средна стойност е U (x) ≈ a x 2 / 2. От тук намираме

x2 ≈ U(x) / a.

Замествайки този израз в (3.213), получаваме

x2 ≈ 2 b U(x) / a2.

В допълнение към потенциалната енергия U (x), осцилиращата частица има кинетична енергия E до и U (x) \u003d E до. Завършено

енергия на частиците E \u003d E k + U (x) \u003d 2U (x). Това позволява изразът за x да бъде пренаписан както следва:

x = gE/ a2.

Относително линейно разширение, което е

коефициент на промяна на средното разстояние

между частиците до

нормалното разстояние r 0 между тях е равно на

и коефициент на линейно разширение

където c V е топлинният капацитет на частица.

Така коефициентът на линейно разширение се оказва пропорционален на топлинния капацитет на тялото.

Защото в обл високи температуриенергията на линейно осцилиращите частици е равна на kT, тогава топлинният капацитет c V, отнесен към

частица е равна на Болцмановата константа k. Следователно коефициентът на разширение на линейна верига от атоми ще бъде равен на

Заместването на числени стойности за различни твърди вещества в тази формула дава стойност от порядъка на 10-4 ÷ 10-5 за α, което е в задоволително съответствие с експеримента. Опитът също така потвърждава, че при високи температури α практически не зависи от температурата.

AT зони с ниска температураα се държи подобно на топлинния капацитет: той намалява с намаляване на температурата и като

да се абсолютната нула клони към нула.

AT заключение, ние отбелязваме, че формула за триизмерно изотропно твърдо тяло, подобна на (3.214), е предложена за първи път

Grüneisen и приличаше

3VV

K = 1/D - коефициент на свиваемост; V - атомен обем; γ - Константа на Грюнайзен, чиято стойност за повечето метали е в диапазона 1,5 ÷ 2,5. Константата на Грюнайзен се определя от разпределението на модовете на трептенията.

Тъй като в теорията на Grüneisen константата γ не зависи от температурата, докато K и V зависят еднакво леко от температурата (колкото по-висока е температурата, толкова по-големи са свиваемостта и атомният обем).

яде), тогава температурната зависимост на коефициента на топлинно разширение се определя от температурната зависимост на топлинния капацитет.

По този начин, в диелектриците при ниски температури(T<<θ D ) коэффициент термического расширенияα Т 3 , а при высоких температурах (T >θ D )α = const, ако не вземем предвид промените в специфичната топлина на решетката поради анхармоничния характер на вибрациите и приноса на свободните работни места.

За метал, в допълнение към топлинния капацитет на решетката, е необходимо допълнително да се вземе предвид електронният топлинен капацитетC ел. Израз (3.210) за коефициента на линейно разширение в случай на изотропно метално тяло може да бъде записан като

∂p

∂p

∂p

∂T

∂телевизор

∂телевизор

или като се вземе предвид уравнението на Grüneisen (3.213)

∂P

γС

∂телевизор

Тъй като уравнението на състоянието на газ от свободни електрони с

енергия U има формата p =

И свиваемостта на електронния газ

слабо зависим от температурата,

∂ пел

∂U

∂T

∂T

Замествайки този израз в

(3.214), най-накрая получаваме

израз за коефициента на линейно разширение на метала:

γ С sol+

C ел.

Тъй като γ има стойност от порядъка на единица, електронният принос към термичното разширение на метала става значителен само при много ниски температури, от порядъка на 10 K.

Обобщавайки анализа на механизмите на промяна на коефициента на линейно разширение с температура, можем да заключим, че в най-общия случай температурната зависимост на α може да бъде представена като

α=AD
където A, B и C са константи;		D (θ T /T ) е функцията на Дебай. Последно

терминът в този израз, свързан с образуването на равновесни празни места, играе значителна роля само при температури преди топене.

Метална деформация,причинявайки изкривявания на кристалната решетка и по този начин засилвайки анхармоника

компонент на трептенията, леко увеличава коефициента на топлинно разширение.

Тъй като коефициентът на линейно разширение се определя от енергията на междуатомното взаимодействие, съществуват редица корелационни връзки, които свързват α с други физически характеристики на твърдото тяло.

Определят се границите на обемно разширение в твърдо състояние Критерий на Линдеман, според който при температурата на топене средното изместване на атома от равновесното положение е определена част от междуатомното разстояние. Този критерий дава α T pl \u003d C 0, където константата C 0 за повечето метали с кубични и шестоъгълни решетки варира от 0,06 до

Има и друга корелация:

характеризиращи енергията на свързване между атомите.

За магнитните метали и сплави (феро-, фери- и антиферомагнетици) наличието на магнитен ред има значителен принос за топлинното разширение. Този принос е доста голям и може да бъде съизмерим с приноса на решетката. Естеството на това явление е същото като явлението магнитострикция - промени в линейните размери по време на намагнитване.

Магнитният принос към термичното разширение е пропорционален на промяната на обменната енергия с промяна на междуатомното разстояние и неговият знак се определя от знака на производната на обменния интеграл по отношение на обема (виж фиг. 3.108). Следователно, когато се появи ред на въртене, хромът, манганът и желязото увеличават своя обем, докато никелът го намалява. Следователно, когато се нагреят до точката на Кюри θ K (Néel θ N), когато спиновият ред намалява, металите с положителна производна на обменния интеграл изпитват магнитна компресия на решетката, което намалява термичното разширение на решетката.

Например за желязото коефициентът α намалява от 16,5. 10-6 K-1 до 14.7. 10-6 K-1 при нагряване от 800 до 1000 K (θ K = 1043 K). В хрома α пада почти до нула при нагряване до стайна температура (θ N = 300 K). Никелът има забележимо увеличение на α при нагряване (фиг. 3.136).

Ориз. 3.136. Теоретични и експериментални стойности на коефициента на линейно разширение на никел (пунктиран

и плътни линии, съответно)

Магнитният принос към термичното разширение може да бъде особено силен за някои сплави. Така за Fe− (30÷40) % Ni сплави той е сравним с решетъчния и има обратен знак. В резултат на това такива сплави, наречени инвари, имат коефициент на термично разширение, близък до нула при стайна температура (фиг. 3.137).

Ориз. 3.137. Зависимост на коефициента на линейно разширение на сплави от системата Fe–Ni

от химичния състав

При температури над точката на Кюри (повече от 500 K) стойността на коефициента α се доближава до теоретичната си стойност