Живой кристалл

где ? — постоянная величина, характеризующая упругие свойства пружины. Эта величина определяет силу, действующую на грузик со стороны пружины: F = — ?х .

При максимальном отклонении колеблющегося атома от положения равновесия, т. е. при отклонении на величину амплитуды колебаний А , как мы уже знаем, вся энергия атома kТ будет запасена в виде потенциальной энергии. Это означает, что

?A2 / 2 = kT

и, следовательно,

A = (2kT / ?)1/2

Полученная формула неприятна тем, что в нее входит неизвестная нам величина ? . Впрочем, ее нетрудно связать с известными характеристиками кристалла. Для этого левую и правую части формулы, которая определяет силу F , поделим на а 2 , где а — межатомное расстояние:

F/а2 = - ?/а .x /а

Легко усмотреть, что F/a 2 — напряжение, действующее на атом,х/а — относительное смещение атома. Если оно невелико, последняя формула просто является записью закона Гука, а отношение ?/а имеет смысл модуля упругости Е . Итак, ? = Еа , а амплитуда

A = (2kT /Ea )1/2 ? T 1/2

Из нашего расчета следует, что амплитуда колебаний атома с температурой возрастает по закону T 1/2 . У металлов, для которых Е ? 1012 дин/см2, а ? 3• 10-8 см, в области предплавильных температур амплитуда А ? 2. 10-9 см и, следовательно, составляет несколько процентов от величины межатомного расстояния. Много это или мало? Конечно же, немного, если иметь в виду сохранение решетки как таковой, если заботиться о том, чтобы тепловые колебания не расшатали кристалл, лишив его порядка в расположении атомов. При найденной нами амплитуде колебаний атомов кристалл сохраняет свою индивидуальность, еще не теряет «черты кристалла».

Определим теперь период колебаний атома. Если иметь в виду лишь приближенную оценку, то сделать это совсем несложно. Когда вся тепловая энергия колеблющегося атома преобразована в его кинетическую энергию, атом движется с максимальной скоростью, которая следует из условия

Мы сделали грубое предположение, сочтя, что на протяжении всего периода колебаний атом движется с максимальной скоростью. Как выясняется, оно привело нас к потере численного множителя 2? . Точная формула выглядит так:

Мы получили результат, противоречащий интуиции: кажется странным, что период колебаний атома в решетке практически не зависит от температуры, разве что лишь в меру очень слабой температурной зависимости модуля упругости. Здесь следует подчеркнуть: не при всех температурах, а лишь при высоких температурах, когда вообще справедливо все то, что рассказано в очерке. Так как масса атома