Номер 1, страница 53 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

1. Почему у шара, изготовленного из монокристалла, при нагревании изменяется не только объём, но и форма?

Изменение размеров и формы шара, изготовленного из монокристалла, при нагревании связано с фундаментальным свойством кристаллических тел — анизотропией.

При нагревании любое тело расширяется, так как увеличивается среднее расстояние между его атомами или молекулами. Это явление называется тепловым расширением. Однако характер этого расширения зависит от внутренней структуры материала.

Материалы можно разделить на две группы:

1. Изотропные материалы. К ним относятся аморфные тела (например, стекло) и поликристаллические тела, в которых множество мелких кристаллов (кристаллитов) ориентированы случайным образом. В таких материалах физические свойства, включая коэффициент теплового расширения, одинаковы во всех направлениях. Если бы шар был изготовлен из изотропного материала, при нагревании он бы расширялся равномерно во все стороны. Его объем бы увеличился, но форма осталась бы сферической — он просто стал бы шаром большего радиуса.

2. Анизотропные материалы. Монокристалл — это единый кристалл с упорядоченной кристаллической решеткой во всем объеме. Большинство монокристаллов являются анизотропными. Анизотропия означает, что их физические свойства зависят от выбранного направления. В частности, коэффициент линейного теплового расширения $\alpha$ в монокристалле неодинаков для разных кристаллографических осей. Это значит, что при нагревании кристалл расширяется в одних направлениях сильнее, чем в других.

Поскольку шар вырезан из монокристалла, он наследует его анизотропные свойства. При нагревании такой шар будет расширяться неравномерно. В тех направлениях, где коэффициент теплового расширения $\alpha$ больше, размеры увеличатся сильнее. В направлениях с меньшим коэффициентом $\alpha$ расширение будет слабее. В результате такого неравномерного расширения идеальная сферическая форма искажается, и шар превращается в другую фигуру, как правило, в эллипсоид. Таким образом, изменяется не только объем, но и форма тела.

Ответ: Шар, изготовленный из монокристалла, изменяет свою форму при нагревании из-за анизотропии — зависимости коэффициента теплового расширения от направления в кристалле. Поскольку расширение в разных направлениях происходит с разной интенсивностью, исходная сферическая форма искажается.