Номер 3.24, страница 11 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 3. Молекулы и атомы. Движение молекул. Глава 1. Начальные сведения о физических понятиях - номер 3.24, страница 11.

3.24 [53] Чем объясняется увеличение длины проволоки при её нагревании?

Увеличение длины проволоки при её нагревании объясняется явлением теплового расширения, которое можно рассмотреть на микроскопическом уровне, основываясь на молекулярно-кинетической теории.

1. Проволока, как и любое твёрдое тело, состоит из атомов, которые находятся в узлах кристаллической решётки. Эти атомы не находятся в состоянии покоя, а совершают непрерывные колебательные движения около своих положений равновесия.

2. Температура тела является мерой средней кинетической энергии его частиц. При нагревании проволоки ей сообщается тепловая энергия, что приводит к увеличению её внутренней энергии. Это, в свою очередь, увеличивает среднюю кинетическую энергию колебательного движения атомов.

3. С ростом кинетической энергии увеличивается амплитуда (размах) колебаний атомов. Важно отметить, что силы взаимодействия между атомами несимметричны: силы отталкивания при сближении атомов на расстояние меньше равновесного растут гораздо быстрее, чем силы притяжения при их удалении. Из-за этой асимметрии среднее расстояние между соседними атомами при увеличении амплитуды их колебаний становится больше.

4. Поскольку среднее расстояние между всеми атомами в кристаллической решётке увеличивается, это приводит к увеличению размеров тела во всех направлениях. В случае длинной и тонкой проволоки наиболее заметным является увеличение её длины.

Это явление описывается законом линейного теплового расширения. Изменение длины $\Delta L$ прямо пропорционально начальной длине $L_0$, изменению температуры $\Delta T$ и коэффициенту линейного теплового расширения $\alpha$, который зависит от материала проволоки:

$\Delta L = \alpha \cdot L_0 \cdot \Delta T$

Ответ: Увеличение длины проволоки при нагревании объясняется увеличением средней кинетической энергии её атомов. Это приводит к увеличению амплитуды их колебаний в узлах кристаллической решётки. Из-за несимметричности сил межатомного взаимодействия среднее расстояние между атомами возрастает, что на макроскопическом уровне проявляется как удлинение проволоки (тепловое расширение).