Между частицами твёрдого тела действуют как силы притяжения, так и силы отталкивания. Силы притяжения обусловливают ту или иную химическую связь, а силы отталкивания создают условия устойчивости системы частиц.
Величина и знак сил притяжения и отталкивания зависят от расстояния между частицами. Обозначим: r – расстояние между двумя частицами твёрдого тела; r0 – расстояние, на котором сила взаимодействия частиц равна нулю (при этом r = r0). При r < r0 величина силы будет положительной (F > 0). Это условие соответствует силам отталкивания. При r > r0 величина силы будет отрицательной (F < 0), что соответствует силам притяжения (рис. 1.10).
Расстояние между частицами r0 соответствует межатомным расстояниям в кристаллической решётке вещества. На этом расстоянии сила взаимодействия между частицами твёрдого тела равна нулю, а потенциальная энергия частиц кристалла принимает минимальное значение: U(r0) = Umin (рис. 1.10).
Рис. 1.10.Зависимость силы взаимодействия F(r) и потенциальной энергии U(r)
между частицами от расстояния между ними
Так как энергия химической связи больше энергии теплового движения, частицы не могут покинуть узлы кристаллической решётки и совершают колебательное движение около узла.