"Причина теплового расширения твёрдых тел... сводится к увеличению размаха тепловых колебаний атомов, которые в твёрдом теле, как полагают, находятся в асимметричных потенциальных ямах. Но элементарный анализ выявляет непригодность этой модели...
молекулы в молекулярных кристаллах образуют упорядоченную структуру не благодаря силам попарного взаимодействия соседствующих молекул, а благодаря силам коллективной электромагнитной сцепки. ...пара атомов, связанных химической связью (см. [4]), представляет собой, в электродинамическом отношении, электрический диполь, вектор дипольного момента которого осциллирует, изменяясь и по модулю, и по направлению [6]. Силы электромагнитного взаимодействия стремятся уменьшить энергию коллектива таких осциллирующих диполей – через их максимально возможное сближение...
знаки эффективных зарядов у любой пары соседних атомов – из разных молекул – должны циклически оказываться то одноимёнными, то разноимёнными. В результате, на каждую молекулу должны действовать, со стороны ближайшего окружения, знакопеременные крутящие моменты кулоновских сил.
...именно тепловые крутильные вибрации, имеющие вынужденный характер, приводят к соударениям молекул и их тепловому расталкиванию... Результирующее разрыхление структуры кристалла является равновесным состоянием при противоборстве сил коллективной сцепки, стремящихся обеспечить плотнейшую упаковку молекул, и сил теплового расталкивания молекул.
При увеличении температуры, увеличивается ширина планковского распределения – отчего, в среднем, увеличиваются разности частот осцилляций электрических диполей в соседствующих молекулах. Значит, в среднем, увеличиваются частоты тепловых крутильных вибраций молекул. При этом, в среднем, увеличиваются скорости соударений атомов, входящих в составы соседствующих молекул, т.е., увеличиваются энергии этих соударений, а, значит, увеличивается интенсивность теплового расталкивания молекул – это и приводит к большему разрыхлению структуры. Таким образом, процесс теплового расширения молекулярного кристалла при монотонном увеличении температуры – это переходы во всё новые равновесные состояния, при которых силам коллективной сцепки противодействует всё более интенсивное тепловое расталкивание молекул."
См. статью "Механизм теплового расширения у молекулярных кристаллов",
ЗДЕСЬ

Атом является суперпозицией двух полевых вихрей: вихря Бенара (магнитная компонента http://gravitus.ucoz.ru/blog/polevoj_vikhr...ra/2015-12-31-8 ) и унифицированного вихря Тейлора (электрическая компонента, скоро опубликую). Нагревание/охлаждение вещества ведет к изменению граничных пределов функционирования этих вихрей. Подобно тому, что конкретное количество воздушных шариков то надувается в индивидуальном порядке (нагревание), то сдувается (охлаждение). Соответственно, изменяется объем вещества.

vladimirphizik2,
у Вас богатая фантазия. Только не забудьте объяснить ещё кучу
сопутствующих феноменов, в частности, одинаковость модулей
Юнга на сжатие и на растяжение.
"Буря мглою небо кроет,
Вихри Тейлора крутя..."

Два вихря в одном объясняют очень многое.
За комплимент о моей фантазии - отдельный респект. Правда, эта фантазия подкрепляется и математикой.

vladimirphizik2,
"эта фантазия подкрепляется и математикой"

А толковая модель должна подтверждаться экспериментальными
фактами. В этом и разница.

vladimirphizik2
ветвь дискуссии про предсказания перенесена в тему "Свободный разговор"

anvil4,
а к чему эта цитата? Вы можете выразить свою мысль по-русски?
А потом уже подкреплять её.

предложил направление для дальнейшего поиска
(Хотел посмотреть, что ещё возьмёте от решётки на "крутильных вибрациях".)

А почему бы по новой не начать интересную тему А.А.Гришаева Newfiz
**Этот “цифровой” физический мир



5.12 Металлы: на чём держится их кристаллическая структура.



Формируя воззрения на природу связей, которые обеспечивают кристаллическую структуру металлов, официальная наука попала в тяжёлое положение. Считается, что единственными переносчиками электричества в металлах являются свободные электроны, которые протискиваются сквозь кристаллическую решётку. На факт наличия свободных электронов в металлах указывал, например, классический опыт Толмена и Стюарта [Т3]. Там катушку с намотанной медной проволокой приводили в быстрое вращение, а затем резко останавливали. Свободные электроны в проволоке, двигаясь «по инерции», давали слабый импульс тока, который регистрировался баллистическим гальванометром. Известно ещё явление термоэмиссии электронов из металлов, а также явление холодной эмиссии – «вытягивание» электронов из металла достаточно сильным электрическим полем. Так оформилась концепция газа свободных электронов в металлах – согласно теории Друде, на один атом в металле приходится один свободный электрон. Но эта концепция вела в глухой тупик. Во-первых, энергия ионизации атомов металлов составляет несколько эВ. Наличие газа свободных электронов в металлах не может обеспечиваться тепловой ионизацией, поскольку для этого требовались бы температуры ~10000оК – а никакого другого механизма, обеспечивающего тотальную ионизованность атомов в металлах, до сих пор не предложено. Во-вторых, атомы металлов имеют малое число электронов во внешней электронной оболочке. Если атомы, имеющие по одному такому электрону, отдадут их в «газ свободных электронов», то у получившихся ионов не останется валентных электронов – способных образовывать химические связи. Тогда каким же образом может поддерживаться трёхмерная кристаллическая решётка?



Не найдя разумного ответа на этот вопрос, теоретики ухватились за квантово-механические представления – согласно которым, структура металлов держится благодаря совершенно особой, т.н. металлической связи, обусловленной газом свободных электронов, каждый из которых «как бы принадлежит сразу всем атомам решётки». Студенты с восторгом произносят красивый термин: «нелокализованные связи». Они не дают себе труда задуматься о том, что подобная нелокализованная размазня, возможно, способна обеспечить выполнение условия квазинейтральности (как в настоящей плазме), но она не способна обеспечить жёсткую кристаллическую структуру – да ещё имеющую ту или иную полиморфную модификацию.



Хуже того: зонная теория твёрдого тела, которая, как принято считать, объясняет высокую электропроводность металлов, основана на т.н. «одноэлектронном приближении» (см., например, [К3]) – согласно которому, каждый свободный электрон в твёрдом теле взаимодействует лишь с ионами кристаллической решётки, а других свободных электронов как бы нет. Этот подход с очевидностью противоречит модели «металлической связи» – согласно которой, сама кристаллическая решётка существует лишь благодаря газу свободных электронов. Таким образом, модели современной физики не дают нам даже элементарного понимания принципов, по которым формируются металлические структуры – а, значит, природа электропроводности металлов также остаётся неясной.



Далее Гришаев продолжает.
**Кстати, на основе экспериментальных данных Толмена и Стюарта [Т3] можно было определить не только знак заряда носителей электричества, которые давали регистрируемый импульс тока, и не только отношение заряда к массе у этих носителей (это авторы проделали), но и количество этих носителей в меди – а этого авторы не проделали. Наша обработка их результатов дала, что, в обычных условиях, в меди – одном из лучших проводников – один свободный электрон приходится на полтора-два миллиона атомов [Г5]. Таким образом, результаты Толмена и Стюарта не только демонстрируют наличие свободных электронов в металлах, но и свидетельствуют о таком ничтожном их количестве, что концепция газа свободных электронов в металлах оказывается совершенно неадекватной реалиям. Кстати, ничтожностью количества свободных электронов в металлах тривиально объясняется, почему теплоёмкость металлов, как и у диэлектрических кристаллов, подчиняется закону Дюлонга и Пти, т.е. почему свободные электроны в металлах не дают заметного вклада в теплоёмкость [П1,К1].



Укажем на ещё один факт, сокрушительный для концепции газа свободных электронов в металлах. Этим фактом, проливающим свет на природу связей между атомами металла, является сводка средних величин междуатомных расстояний в металлических кристаллах – которые легко рассчитать на основе справочных значений атомных масс и плотностей. Отношения этих междуатомных расстояний к удвоенным значениям экспериментальных атомных радиусов для металлов близки к единице [Г5]. На наш взгляд, это свидетельствует о том, что кристаллическая решётка металла формируется при непременном участии самых внешних электронов, входящих в состав атомов – и, значит, структура решётки обусловлена не газом свободных электронов, а химическими связями, базовые принципы которых мы изложили выше (5.7).



На первый взгляд, химические связи не могут обеспечить металлическую структуру. Ведь если у атома имеется всего один валентный электрон, то он может образовать одну химическую связь с соседним атомом, тогда как для формирования жёсткой трёхмерной решётки требуется, как минимум, три связи на атом. Конечно же, атом с единственным валентным электроном не может образовать три связи одновременно. Но мы полагаем, что он может образовывать их попеременно, связываясь с соседями по очереди. На наш взгляд, в этом и заключается главный секрет кристаллической структуры металлов: она является динамической, будучи обусловлена попеременными переключениями химических связей между соседними атомами. Тогда мы должны пояснить, как работает механизм, который обеспечивает эти переключения химических связей.

Тепловое расширение твёрдых тел и жидкостей происходит по причине того, что тепловые колебания отдельных атомов и молекул не являются строго гармоническими, а содержат постоянную составляющую.