Metaller er grundstoffer eller forbindelser med fremragende ledningsevne til både elektricitet og varme, hvilket gør dem nyttige til en lang række praktiske formål. Det periodiske system indeholder i øjeblikket 91 metaller, og hver har sine egne specifikke egenskaber. De elektriske, magnetiske og strukturelle egenskaber ved metaller kan ændre sig med temperaturen og derved give nyttige egenskaber til teknologiske enheder. At forstå temperaturens indvirkning på metallenes egenskaber giver dig en dybere forståelse for, hvorfor de er så udbredt i den moderne verden.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
TL; DR
Temperatur påvirker metal på mange måder. En højere temperatur øger et metals elektriske modstand, og en lavere temperatur reducerer det. Opvarmet metal gennemgår termisk ekspansion og øges i volumen. Forøgelse af temperaturen på et metal kan få det til at gennemgå allotropisk fasetransformation, hvilket ændrer orienteringen af dets bestanddele og ændrer dets egenskaber. Endelig bliver ferromagnetiske metaller mindre magnetiske, når de kan blive varmere og miste deres magnetisme over Curie-temperaturen.
Elektron spredning og modstand
Når elektroner strømmer gennem hovedparten af et metal, spreder de sig fra hinanden og også uden for materialets grænser. Forskere kalder dette fænomen "modstand". En stigning i temperatur giver elektronerne mere kinetisk energi, hvilket øger deres hastighed. Dette fører til en større mængde spredning og en højere målt modstand. Et fald i temperatur fører til en reduktion i elektronhastighed, hvilket reducerer spredningsmængden og den målte modstand. Moderne termometre bruger ændringen i en lednings elektriske modstand til at måle temperaturændringer.
Varmeudvidelse
En stigning i temperaturen fører til en lille stigning i metalets længde, areal og volumen, kaldet termisk ekspansion. Udvidelsens størrelse afhænger af det specifikke metal. Termisk ekspansion skyldes stigningen i atomvibrationer med temperaturen, og overvejelse af termisk ekspansion er vigtig i en række anvendelser. For eksempel, når man designer rørledninger i badeværelser, skal producenter tage højde for årstidens temperaturændringer for at undgå at sprænge rør.
Allotrope fase transformationer
De tre hovedfaser af stof kaldes fast, flydende og gas. Et fast stof er en tæt pakket række atomer med en særlig krystalsymmetri kendt som en allotrop. Opvarmning eller afkøling af et metal kan føre til en ændring i atomernes orientering i forhold til de andre. Dette er kendt som en allotrop fase-transformation. Et godt eksempel på en allotrop fase-transformation ses i jern, der går fra alfa-fasen ved stuetemperatur til gammafase-jern ved 912 grader Celsius (1.674 grader Fahrenheit). Gamma-fasen af jern, som er i stand til at opløse mere kulstof end alfa-fasen, letter fremstillingen af rustfrit stål.
Reducerer magnetisme
Spontant magnetiske metaller kaldes ferromagnetiske materialer. De tre ferromagnetiske metaller ved stuetemperatur er jern, cobalt og nikkel. Opvarmning af et ferromagnetisk metal reducerer dets magnetisering, og til sidst mister den sin magnetisme fuldstændigt. Den temperatur, hvor et metal mister sin spontane magnetisering, er kendt som Curie-temperaturen. Nikkel har det laveste Curie-punkt på de enkelte elementer og ophører med at blive magnetisk ved 330 grader Celsius (626 grader Fahrenheit), mens kobolt forbliver magnetisk indtil 1.100 grader Celsius (2.012 grader Fahrenheit).