المعادن هي عناصر أو مركبات ذات موصلية ممتازة لكل من الكهرباء والحرارة ، مما يجعلها مفيدة لمجموعة واسعة من الأغراض العملية. يحتوي الجدول الدوري حاليًا على 91 فلزًا ، ولكل منها خصائصه الخاصة. يمكن أن تتغير الخصائص الكهربائية والمغناطيسية والهيكلية للمعادن مع درجة الحرارة وبالتالي توفر خصائص مفيدة للأجهزة التكنولوجية. يمنحك فهم تأثيرات درجة الحرارة على خصائص المعادن تقديرًا أعمق لسبب استخدامها على نطاق واسع في العالم الحديث.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)
TL ؛ الدكتور
تؤثر درجة الحرارة على المعدن بعدة طرق. تزيد درجة الحرارة المرتفعة من المقاومة الكهربائية للمعدن ، وتقلل من انخفاض درجة الحرارة. المعدن المسخن يخضع للتمدد الحراري ويزيد في الحجم. يمكن أن تؤدي زيادة درجة حرارة المعدن إلى خضوعه لعملية تحول طور متآصل ، مما يغير اتجاه الذرات المكونة له ويغير خصائصه. أخيرًا ، تصبح المعادن المغناطيسية أقل مغناطيسية عندما تصبح أكثر سخونة وتفقد مغناطيسيتها فوق درجة حرارة كوري.
تشتت الإلكترون ومقاومته
عندما تتدفق الإلكترونات عبر كتلة المعدن ، فإنها تتشتت عن بعضها البعض وأيضًا خارج حدود المادة. يطلق العلماء على هذه الظاهرة اسم "المقاومة". تعطي الزيادة في درجة الحرارة للإلكترونات المزيد من الطاقة الحركية ، مما يزيد من سرعتها. هذا يؤدي إلى قدر أكبر من التشتت ومقاومة قياس أعلى. يؤدي انخفاض درجة الحرارة إلى انخفاض في سرعة الإلكترون وتقليل كمية التشتت والمقاومة المقاسة. تستخدم موازين الحرارة الحديثة التغيير في المقاومة الكهربائية لسلك لقياس التغيرات في درجة الحرارة.
التمدد الحراري
تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى زيادة طفيفة في طول ومساحة وحجم المعدن ، وهو ما يسمى بالتمدد الحراري. يعتمد حجم التمدد على المعدن المحدد. ينتج التمدد الحراري عن زيادة الاهتزازات الذرية مع درجة الحرارة ، ويعتبر التمدد الحراري مهمًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات. على سبيل المثال ، عند تصميم الأنابيب في الحمامات ، يحتاج المصنعون إلى مراعاة التغيرات الموسمية في درجة الحرارة لتجنب انفجار الأنابيب.
تحولات الطور التآصلي
تسمى المراحل الرئيسية الثلاث للمادة الصلبة والسائلة والغازية. المادة الصلبة عبارة عن مجموعة كثيفة من الذرات ذات تناظر بلوري معين يُعرف باسم التآصل. يمكن أن يؤدي تسخين أو تبريد المعدن إلى تغيير في اتجاه الذرات ، فيما يتعلق بالآخرين. يُعرف هذا باسم تحول الطور المتآصل. يُرى أحد الأمثلة الجيدة على تحول الطور المتآصل في الحديد ، والذي ينتقل من مرحلة ألفا في درجة حرارة الغرفة إلى طور جاما عند 912 درجة مئوية (1674 درجة فهرنهايت). تسهل مرحلة جاما من الحديد ، القادرة على إذابة المزيد من الكربون مقارنة بمرحلة ألفا ، في تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ.
تقليل المغناطيسية
تسمى المعادن المغناطيسية العفوية بالمواد المغناطيسية. المعادن المغناطيسية الحديدية الثلاثة في درجة حرارة الغرفة هي الحديد والكوبالت والنيكل. يؤدي تسخين معدن مغناطيسي حديدي إلى تقليل مغنطيته ، ويفقد في النهاية مغناطيسيته تمامًا. تُعرف درجة الحرارة التي يفقد عندها المعدن مغنطته العفوية بدرجة حرارة كوري. يحتوي النيكل على أدنى نقطة كوري من العناصر الفردية ويتوقف عن أن يصبح مغناطيسيًا عند 330 درجة مئوية (626 درجة فهرنهايت) ، بينما يظل الكوبالت مغناطيسيًا حتى 1100 درجة مئوية (2012 درجة فهرنهايت).