10.Wyznaczanie współczynnika rozszerzalności liniowej ciał stałych metoda elektryczna
Cechą charakterystyczna ciał stałych jest to, że mają one budowę krystaliczną, co oznacza regularne rozmieszczenie atomów w węzłach sieci. W temperaturach wyższych od zera bezwzględnego, węzły sieci podlegają drganiom, których amplituda jest proporcjonalna do wartości temperatury. Amplituda tych drgań w ciałach stałych wynosi średnio ok.10-11 m i zależy od energii cząsteczek.. Gdy rośnie temperatura to również rośnie średnia odległość pomiędzy atomami, co prowadzi do rozszerzalności ciała stałego. Jeżeli badane ciało ma długość jednostkową L0 , to ze zmianą temperatury o ΔT następuje zmiana jego długości o ΔL ,przy czym zmiana tej długości zależy od rodzaju. Ciała i może być opisana równaniem: ΔL=αΔLT (α-współczynnik rozszerzalności)
W opisie mikroskopowym zjawiska rozszerzalności cieplnej ciął stałych należy uwzględnić energię potencjalną oddziaływania dwóch sąsiednich atomów. W temperaturze zera bezwzględnego zgodnie z termodynamiką klasyczną. Atomy ciał stałych są w spoczynku, a ich wzajemne odległości są stałe wynoszą ro. Przy wzroście temperatury, gdy dwa sąsiednie atomy zbliżają się do siebie, to odległość pomiędzy nimi staję się mniejsza od, ro , ale siły odpychające (F∼r -2) powodują, że energia potencjalna Uo bardzo szybko rośnie. Gdy te same atomy oddalają się od siebie, to odległość po miedzy nimi rośnie występujące w tym czasie siły przyciągania (F∼r -2) są znacznie mniejsze powodują, że energia potencjalna przyrasta znacznie wolniej. Przy danej energii oscylacji, odległość między atomami zmienia się periodycznie z częstotliwością rzędu 1013 Hz i ze względu na asymetrię krzywych energii potencjalnej (Uo oraz Up ) średnia odległości atomów r1 staje się większa niż odległość położenia równowagi w temperaturze zera bezwzględnego ro. Rozszerzalność cieplna ciał stałych jest wiec konsekwencją drgań o asymetrycznej amplitudzie węzłów sieci krystalicznej.
Opis ćwiczenia: