Увеличение размеров тела при нагревании означает увеличение среднего расстояния между составляющими его атомами. При повышении температуры кристалла увеличивается энергия тепловых колебаний атомов около их положений равновесия, а, следовательно, и амплитуда этих колебаний. Если бы колебания атомов в теле были строго гармоническими, то увеличение амплитуды их колебаний не приводило бы к изменению среднего расстояния между ними, а значит, и к тепловому расширению. Действительно, в случае гармонических колебаний каждый атом настолько же приближается к одному из своих соседей, насколько удаляется от другого. Поэтому увеличение амплитуды его колебаний не может изменить среднее расстояние между атомами.
В действительности атомы в твердом теле совершают ангармонические (т.е. не гармонические) колебания. Эта ангармоничность колебаний атомов в кристалле обусловлена несимметричностью сил притяжения и сил отталкивания, действующих между ними.
На рисунке 1, а приведена качественная зависимость сил межмолекулярного взаимодействия от расстояния между молекулами, где и - соответственно силы отталкивания и силы притяжения, а - их результирующая.
а) б)