როგორ მოქმედებს ტემპერატურა მეტალზე?

ლითონები არის ელემენტები ან ნაერთები შესანიშნავი გამტარობით, როგორც ელექტროენერგიის, ასევე სითბოსთვის, რაც მათ სასარგებლო ხდის პრაქტიკული მიზნების ფართო ასორტიმენტისთვის. პერიოდული ცხრილი ამჟამად შეიცავს 91 მეტალს და თითოეულს აქვს საკუთარი სპეციფიკური თვისებები. ლითონების ელექტრული, მაგნიტური და სტრუქტურული თვისებები შეიძლება შეიცვალოს ტემპერატურის შესაბამისად და ამით სასარგებლო თვისებები მიაწოდოს ტექნოლოგიურ მოწყობილობებს. ტემპერატურის ზემოქმედების გაცნობიერება მეტალების თვისებებზე უფრო ღრმად აფასებთ იმის მიზეზს, თუ რატომ იყენებენ ისინი თანამედროვე მსოფლიოში.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

TL; დოქტორი

ტემპერატურა გავლენას ახდენს მეტალზე მრავალი გზით. უფრო მაღალი ტემპერატურა ზრდის ლითონის ელექტრულ წინააღმდეგობას, ხოლო დაბალი ტემპერატურა ამცირებს მას. გახურებული ლითონი განიცდის თერმულ გაფართოებას და ზრდის მოცულობას. ლითონის ტემპერატურის მატებამ შეიძლება გამოიწვიოს მას ალოტროპული ფაზის ტრანსფორმაცია, რაც ცვლის მისი შემადგენელი ატომების ორიენტაციას და ცვლის მის თვისებებს. დაბოლოს, ფერომაგნიტური მეტალები ნაკლებად მაგნიტური ხდება, როდესაც მათ შეუძლიათ გახურდნენ და დაკარგონ მაგნეტიზმი კიურის ტემპერატურაზე მაღლა.

როგორც ელექტრონები მიედინება მეტალში, ისინი იფანტება ერთმანეთისგან და ასევე მასალის საზღვრებიდან. მეცნიერები ამ ფენომენს "წინააღმდეგობას" უწოდებენ. ტემპერატურის მომატება ელექტრონებს უფრო მეტ კინეტიკურ ენერგიას აძლევს, ზრდის მათ სიჩქარეს. ეს იწვევს გაფანტვის უფრო მეტ რაოდენობას და უფრო მეტ გაზომულ წინააღმდეგობას. ტემპერატურის შემცირება იწვევს ელექტრონის სიჩქარის შემცირებას, გაფანტვის რაოდენობასა და გაზომულ წინააღმდეგობას. თანამედროვე თერმომეტრები იყენებენ მავთულის ელექტრული წინააღმდეგობის ცვლილებას ტემპერატურის ცვლილებების გასაზომად.

ტემპერატურის ზრდა იწვევს ლითონის სიგრძის, ფართობის და მოცულობის მცირე ზრდას, რასაც თერმულ გაფართოებას უწოდებენ. გაფართოების სიდიდე დამოკიდებულია კონკრეტულ ლითონზე. თერმული გაფართოება წარმოიქმნება ატომური ვიბრაციების ტემპერატურის ზრდით და თერმული გაფართოების გათვალისწინება მნიშვნელოვანია სხვადასხვა პროგრამებში. მაგალითად, სააბაზანოებში მილსადენის შემუშავებისას მწარმოებლებმა უნდა გაითვალისწინონ ტემპერატურის სეზონური ცვლილებები, რათა თავიდან აიცილონ მილები.

მატერიის სამ მთავარ ფაზას ეწოდება მყარი, თხევადი და გაზი. მყარი არის ატომების მჭიდროდ შეფუთული მასივი, განსაკუთრებული კრისტალური სიმეტრიით, რომელიც ცნობილია როგორც ალოტროპი. ლითონის გათბობამ ან გაგრილებამ შეიძლება გამოიწვიოს ატომების ორიენტაციის შეცვლა, დანარჩენებთან მიმართებაში. ეს ცნობილია როგორც ალოტროპული ფაზის ტრანსფორმაცია. ალოტროპული ფაზის ტრანსფორმაციის კარგი მაგალითია რკინში, რომელიც ალფა ფაზიდან ოთახის ტემპერატურაზე გადადის გამა ფაზურ რკინაში 912 გრადუს ცელსიუსზე (1,674 გრადუსი ფარენგეიტზე). რკინის გამა ფაზა, რომელსაც შეუძლია უფრო მეტი ნახშირბადის დაშლა, ვიდრე ალფა ფაზა, ხელს უწყობს უჟანგავი ფოლადის დამზადებას.

სპონტანურად მაგნიტურ ლითონებს ფერომაგნიტურ მასალას უწოდებენ. ოთახის ტემპერატურაზე სამი ფერომაგნიტური ლითონი არის რკინა, კობალტი და ნიკელი. ფერომაგნიტური ლითონის გათბობა ამცირებს მის მაგნეტიზაციას და ის საბოლოოდ კარგავს მაგნეტიზმს. ტემპერატურა, როდესაც ლითონი კარგავს თავის სპონტანურ მაგნეტიზაციას, ცნობილია როგორც კიურის ტემპერატურა. ნიკელის აქვს ყველაზე დაბალი Curie წერტილი ცალკეული ელემენტებიდან და წყვეტს მაგნიტური გახდეს 330 გრადუსი ცელსიუსით (626 გრადუსი ფარენგეიტი), ხოლო კობალტი მაგნიტური რჩება 1,100 გრადუს ცელსიუსამდე (2,012 გრადუსი ფარენგეიტი).