Металите са елементи или съединения с отлична проводимост както за електричество, така и за топлина, което ги прави полезни за широк спектър от практически цели. Понастоящем периодичната таблица съдържа 91 метала и всеки има свои специфични свойства. Електрическите, магнитните и структурните свойства на металите могат да се променят в зависимост от температурата и по този начин да осигурят полезни свойства за технологичните устройства. Разбирането на въздействието на температурата върху свойствата на металите ви дава по-дълбока оценка защо те са толкова широко използвани в съвременния свят.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
TL; ДР
Температурата влияе върху метала по много начини. По-високата температура увеличава електрическото съпротивление на метала, а по-ниската температура го намалява. Нагретият метал претърпява термично разширение и увеличава обема си. Повишаването на температурата на метала може да доведе до алотропна фазова трансформация, която променя ориентацията на съставните му атоми и променя свойствата му. И накрая, феромагнитните метали стават по-малко магнитни, когато могат да се нагреят и да загубят магнетизма си над температурата на Кюри.
Електронно разсейване и устойчивост
Докато електроните текат през по-голямата част от метала, те се разпръскват един от друг, а също и извън границите на материала. Учените наричат това явление „съпротива“. Повишаването на температурата дава на електроните повече кинетична енергия, увеличавайки скоростта им. Това води до по-голямо количество разсейване и по-голямо измерено съпротивление. Намаляването на температурата води до намаляване на скоростта на електрона, намаляване на количеството на разсейване и измереното съпротивление. Съвременните термометри използват промяната в електрическото съпротивление на проводника, за да измерват промените в температурата.
Термично разширение
Повишаването на температурата води до малко увеличение на дължината, площта и обема на метала, наречено термично разширение. Размерът на разширението зависи от конкретния метал. Термичното разширение е резултат от нарастването на атомните вибрации с температура, а разглеждането на термичното разширение е важно в различни приложения. Например, когато проектират тръбопроводи в бани, производителите трябва да вземат предвид сезонните промени в температурата, за да избегнат спукване на тръбите.
Алотропни фазови трансформации
Трите основни фази на материята се наричат твърда, течна и газова. Твърдото тяло е плътно натъпкана редица атоми с определена кристална симетрия, известна като алотроп. Нагряването или охлаждането на метал може да доведе до промяна в ориентацията на атомите по отношение на останалите. Това е известно като алотропна фазова трансформация. Добър пример за алотропна фазова трансформация се вижда в желязото, което преминава от алфа фаза при стайна температура към гама-фаза желязо при 912 градуса по Целзий (1674 градуса по Фаренхайт). Гама-фазата на желязото, която е в състояние да разтвори повече въглерод от алфа-фазата, улеснява производството на неръждаема стомана.
Намаляване на магнетизма
Спонтанно магнитните метали се наричат феромагнитни материали. Трите феромагнитни метала при стайна температура са желязо, кобалт и никел. Нагряването на феромагнитен метал намалява намагнитването му и в крайна сметка напълно губи своята магнетичност. Температурата, при която металът губи спонтанното си намагнитване, е известна като температурата на Кюри. Никелът има най-ниската точка на Кюри от отделните елементи и престава да става магнитен при 330 градуса по Целзий (626 градуса по Фаренхайт), докато кобалтът остава магнитен до 1100 градуса по Целзий (2012 градуса Фаренхайт).