Изменение геометрических размеров твердых тел при изменении температуры называется тепловым расширением.
Для объяснения природы этого явления рассмотрим зависимость потенциальной энергии U взаимодействия между атомами от расстояния r между ними.
Она отражает крайние положения r1 и r2 частицы, которая осуществляет ангармоническим (негармонични) колебания относительно положения равновесия ro при температуре отличной от 0К. Эта кривая асы-метрическая относительно линии r = ro. Левая ветвь идет круче, чем права. Поэтому отклонения частицы влево x1 = ro - r1 меньше, чем вправо x2 = r2 - ro. Среднее расстояние r (точка А) больше равновесного ro. А это и означает расширение кристалла. В случае противоположного асимметрии кривой потенциальной энергии (рис.3.5) кристалл с ростом температуры будет сжиматься.
Для количественного описания явления теплового расширения линейного приближения зависимости силы F взаимодействия от смещения x = r - ro, которое принимается закон Гука, в теории теплоемкости, теперь уже недостаточно. Так температурная зависимость коэффициента теплового расширения аналогична рис.3.1 температурной зависимости теплоемкости решетки. Для большинства металлов коэффициент теплового расширения находится в пределах 10-4 ? 10-5 К-1.