A fémek olyan elemek vagy vegyületek, amelyek kiváló vezetőképességűek mind villamos energiára, mind hőre, ezáltal sokféle gyakorlati célra hasznosak. A periódusos rendszer jelenleg 91 fémet tartalmaz, és mindegyiknek megvannak a maga sajátos tulajdonságai. A fémek elektromos, mágneses és szerkezeti tulajdonságai változhatnak a hőmérséklettől, és ezáltal hasznos tulajdonságokat nyújtanak a technológiai eszközök számára. A hőmérsékletnek a fémek tulajdonságaira gyakorolt hatásainak megértése mélyebben felismeri, miért használják őket olyan széles körben a modern világban.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
TL; DR
A hőmérséklet számos módon befolyásolja a fémet. A magasabb hőmérséklet növeli a fém elektromos ellenállását, és az alacsonyabb hőmérséklet csökkenti azt. A fűtött fém hőtáguláson megy keresztül, és növekszik a térfogata. A fém hőmérsékletének megemelése alotróp fázis átalakuláson megy keresztül, ami megváltoztatja alkotó atomjainak orientációját és megváltoztatja tulajdonságait. Végül a ferromágneses fémek kevésbé mágnesesek lesznek, ha forróbbá válhatnak és a Curie-hőmérséklet felett elvesztik mágnesességüket.
Elektronszórás és ellenállás
Miközben az elektronok átáramlanak egy fém tömegén, szétszóródnak egymásról és az anyag határairól is. A tudósok ezt a jelenséget "ellenállásnak" nevezik. A hőmérséklet növekedése nagyobb mozgási energiát ad az elektronoknak, növelve sebességüket. Ez nagyobb mennyiségű szóródáshoz és nagyobb mért ellenálláshoz vezet. A hőmérséklet csökkenése az elektronsebesség csökkenéséhez vezet, csökkenti a szórás mértékét és a mért ellenállást. A mai hőmérők a huzal elektromos ellenállásának változását használják a hőmérséklet változásainak mérésére.
Hőtágulás
A hőmérséklet növekedése a fém hosszának, területének és térfogatának kismértékű növekedéséhez vezet, amelyet hőtágulásnak nevezünk. A tágulás nagysága az adott fémtől függ. A hőtágulás az atomi rezgések hőmérsékleti növekedésével jár, és a hőtágulás figyelembevétele számos alkalmazásban fontos. Például a fürdőszobákban lévő csővezetékek tervezésénél a gyártóknak figyelembe kell venniük a hőmérséklet szezonális változását, hogy elkerüljék a csövek repedését.
Allotrop fázis transzformációk
Az anyag három fő fázisát szilárdnak, folyékonynak és gáznak nevezzük. A szilárd anyag egy sűrűn tömörített atomtömb, amelynek egy bizonyos kristályszimmetriája az allotróp. A fém hevítése vagy hűtése az atomok orientációjának megváltozásához vezethet a többihez képest. Ezt allotrop fázis transzformációnak nevezik. Jó példa az allotrop fázis-transzformációra a vasban, amely szobahőmérsékleten az alfa-fázistól a gamma-fázisú vasig megy 912 Celsius fokon (1 674 Fahrenheit fok). A vas gamma fázisa, amely képes több szenet oldani, mint az alfa fázis, megkönnyíti a rozsdamentes acél gyártását.
A mágnesesség csökkentése
A spontán mágneses fémeket ferromágneses anyagoknak nevezzük. A három ferromágneses fém szobahőmérsékleten a vas, a kobalt és a nikkel. A ferromágneses fém hevítése csökkenti a mágnesezettségét, és végül teljesen elveszíti mágnesességét. Azt a hőmérsékletet, amelynél egy fém elveszíti spontán mágnesezettségét, Curie-hőmérsékletnek nevezzük. A nikkel az egyes elemek közül a legalacsonyabb Curie-ponttal rendelkezik, és 330 Celsius-fokon megszűnik mágnesessé válni (626 Fahrenheit fok), míg a kobalt mágneses marad 1100 Celsius fokig (2012 fok) Fahrenheit).