재료의 열적 성질
고체가 가열에 의해 팽창하는(열팽창이 일어나는) 주된 원인은 무엇인가?
- A원자 간 퍼텐셜이 비대칭(비조화)이어서, 진동의 진폭이 커지면 원자 사이의 평균 거리가 늘어나기 때문
- B원자 간 퍼텐셜이 포물선형(조화)이어서, 온도와 함께 진동의 진폭과 평균 원자 간 거리가 커지기 때문
- C온도가 오르면 원자 자체의 크기가 커지기 때문
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정답: A. 원자 간 퍼텐셜이 비대칭(비조화)이어서, 진동의 진폭이 커지면 원자 사이의 평균 거리가 늘어나기 때문
원자 간 퍼텐셜은 가까워지면 반발이 급격히 강해지고, 멀어지는 쪽에서는 완만하게 인력이 약해지는 비대칭 형태를 하고 있습니다. 온도가 올라 진동의 진폭이 커지면 원자는 멀어지는 쪽으로 더 크게 흔들리므로, 진동의 중심인 평균 원자 간 거리가 늘어나며 이것이 열팽창이 됩니다. 퍼텐셜이 포물선형(조화 진동자)이라면 진폭이 커져도 진동은 평형 위치에 대해 대칭이므로, 평균 거리는 변하지 않아 열팽창이 일어나지 않습니다. 원자 자체의 크기(전자 구름의 퍼짐)는 온도에 따라 거의 변하지 않습니다. 비조화성은 포논끼리의 산란의 원인이기도 하며, 열전도율이 유한한 값이 되는 것과도 이어져 있습니다.