Τι συμβαίνει με το μέταλλο θερμαίνονται και ψύχονται;
θέρμανση:
* επέκταση: Τα μέταλλα επεκτείνονται όταν θερμαίνονται. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η θερμική ενέργεια αναγκάζει τα άτομα στο μέταλλο να δονείται πιο έντονα, αυξάνοντας τη μέση απόσταση μεταξύ τους. Αυτή η επέκταση είναι προβλέψιμη και μετρήσιμη και γι 'αυτό οι μεταλλικές γέφυρες έχουν αρθρώσεις επέκτασης για να αποτρέψουν τις βλάβες από τις μεταβολές της θερμοκρασίας.
* Αλλαγές στη δύναμη και την ολκιμότητα: Καθώς τα μέταλλα θερμαίνονται, γίνονται μαλακότερα και πιο όλκιμα (εύκολα παραμορφωμένα). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι αυξημένες ατομικές δονήσεις μειώνουν τη δύναμη των δεσμών που συγκρατούν τα άτομα μετάλλου.
* Αλλαγές φάσης: Ορισμένα μέταλλα υποβάλλονται σε αλλαγές φάσης όταν θερμαίνονται. Για παράδειγμα, οι μετασχηματισμοί σιδήρου από σιδηρομαγνητικό σε παραμαγνητικό σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία γνωστή ως θερμοκρασία Curie.
* τήξη: Η θέρμανση ενός μετάλλου στο σημείο τήξης του προκαλεί τη μετάβαση από μια στερεά σε υγρή κατάσταση. Το ακριβές σημείο τήξης ποικίλλει σημαντικά μεταξύ διαφορετικών μετάλλων.
* Χημικές αντιδράσεις: Τα μέταλλα θέρμανσης μπορούν επίσης να οδηγήσουν σε χημικές αντιδράσεις. Για παράδειγμα, ο σίδηρος μπορεί να οξειδώσει (σκουριά) όταν εκτίθεται σε οξυγόνο σε υψηλές θερμοκρασίες.
Ψύξη:
* Σύσπαση: Καθώς τα μέταλλα δροσίζουν, συστέλλονται λόγω των μειωμένων δονήσεων των ατόμων.
* Αυξημένη δύναμη και σκληρότητα: Η ψύξη τυπικά ενισχύει και σκληρύνει τα μέταλλα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα άτομα εγκαθίστανται πιο κοντά, σχηματίζοντας ισχυρότερους δεσμούς.
* Αλλαγές φάσης: Η ψύξη μπορεί να αντιστρέψει τις αλλαγές φάσης που εμφανίστηκαν κατά τη θέρμανση. Για παράδειγμα, ο σίδηρος θα μεταβεί πίσω από παραμαγνητικό σε σιδηρομαγνητικό όταν ψύχεται κάτω από τη θερμοκρασία Curie.
* στερεοποίηση: Εάν ένα υγρό μέταλλο ψύχεται κάτω από το σημείο κατάψυξης, θα στερεοποιηθεί.
* Θερμική επεξεργασία: Οι ελεγχόμενες διαδικασίες θέρμανσης και ψύξης, όπως η ανόπτηση, η σκλήρυνση και η απόσβεση, χρησιμοποιούνται για την τροποποίηση των ιδιοτήτων των μετάλλων. Αυτές οι θεραπείες αλλάζουν την εσωτερική δομή του μετάλλου, επηρεάζοντας τη σκληρότητα, τη δύναμη, την ολκιμότητα και άλλα χαρακτηριστικά.
Σημαντικές εκτιμήσεις:
* Τύπος μετάλλου: Τα διαφορετικά μέταλλα συμπεριφέρονται διαφορετικά όταν θερμαίνονται και ψύχονται. Ορισμένα μέταλλα είναι πιο επιρρεπή σε επέκταση ή συστολή από άλλα. Ορισμένα μέταλλα έχουν συγκεκριμένες θερμοκρασίες μετάβασης φάσης.
* ρυθμός θέρμανσης και ψύξης: Ο ρυθμός με τον οποίο θερμαίνεται ή ψύχεται ένα μέταλλο μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τις τελικές του ιδιότητες. Η ταχεία ψύξη, για παράδειγμα, μπορεί να οδηγήσει σε ένα σκληρότερο, πιο εύθραυστο υλικό.
Παραδείγματα:
* Σίδερο: Η θέρμανση σιδήρου σε πολύ υψηλή θερμοκρασία το καθιστά αρκετά εύθραυστο ώστε να διαμορφωθεί σε εργαλεία ή δομές. Η ελεγχόμενη ψύξη και στη συνέχεια σκληρύνει το σίδερο στην επιθυμητή αντοχή του.
* Χαλκός: Ο χαλκός θέρμανσης το καθιστά πιο μαλακό και πιο εύκαμπτο, επιτρέποντάς του να είναι εύκολα λυγισμένο σε καλώδια.
* αλουμίνιο: Το αλουμίνιο επεκτείνεται και συμβαδίζει με σχετικά υψηλό ρυθμό, καθιστώντας το χρήσιμο σε εφαρμογές όπου πρέπει να ληφθεί υπόψη η θερμική επέκταση.
Συνολικά, η συμπεριφορά των μετάλλων όταν θερμαίνεται και ψύχεται είναι πολύπλοκη και επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες. Η κατανόηση αυτών των αρχών είναι απαραίτητη για πολλές εφαρμογές, από τη μηχανική έως τη μεταλλουργία.
