Как мы уже раннее говорили, что при любой заданной температуре атомы металла находятся на строго определенном расстоянии друг от друга; другими словами, они несут в себе определенную внутреннюю энергию. Поскольку теплота представляет собой один из видов энергии, внутренняя энергия металла увеличивается при повышении его температуры. Эта дополнительная энергия вызывает повышенную амплитуду колебаний атомов, что, в свою очередь, увеличивает межатомное расстояние. Мы можем визуально наблюдать результаты воздействия этой дополнительной энергии, поскольку по мере того, как отдельные атомы удаляются друг от друга, общие размеры металлической детали увеличиваются. Напротив, любое понижение температуры металла приводит к тому, что атомы приближаются друг к другу; при этом наблюдается сжатие металла.
При дополнительном подогреве металла амплитуда колебания атомов продолжает увеличиваться, что приводит к увеличению межатомного расстояния, и соответственно, к увеличению размеров металлической детали. Этот процесс продолжается до определенного момента, когда межатомное расстояние увеличивается настолько, что сила взаимного притяжения атомов становится недостаточной для сохранения определенной структуры атомов. При этом твердый металл переходит в жидкое состояние. Температура, при которой происходит данное изменение, называется температурой плавления. Дальнейший нагрев в итоге приводит к переходу жидкости в газообразное состояние. Эта последняя трансформация происходит при температуре, известной как температура испарения.
Твердый металл несет в себе минимальное количество внутренней энергии и отличается минимальным межатомным расстоянием. Жидкий металл, который именуется «аморфным», или лишенным структуры, несет в себе большее количество внутренней энергии и отличается большим межатомным расстоянием. Металл в газообразном состоянии характеризуется наибольшим количеством внутренней энергии, максимальным межатомным расстоянием, и также не имеет структуры.
Очевидно, что при сварке и резке металлу передается теплота; нагрев способствует расширению металла. Если бы мы рассматривали случаи равномерного нагрева металла, мы смогли бы измерять изменение длины или общего размера металлической детали по мере ее нагрева. Любой металлический сплав имеет определенный коэффициент теплового расширения. Имеется в виду, что существует определенное численное значение, которое характеризует расширение металла в случае увеличения его температуры на заданную величину.
