Metalai yra elementai arba junginiai, pasižymintys puikiu laidumu tiek elektrai, tiek šilumai, todėl jie yra naudingi įvairiems praktiniams tikslams. Periodinėje lentelėje šiuo metu yra 91 metalas, ir kiekvienas iš jų turi savo specifines savybes. Metalinės elektrinės, magnetinės ir struktūrinės savybės gali kisti priklausomai nuo temperatūros ir taip suteikti naudingų technologinių prietaisų savybių. Supratus temperatūros poveikį metalų savybėms, galima giliau įvertinti, kodėl jie taip plačiai naudojami šiuolaikiniame pasaulyje.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
TL; DR
Temperatūra metalą veikia įvairiais būdais. Aukštesnė temperatūra padidina metalo elektrinę varžą, o žemesnė temperatūra ją sumažina. Šildomas metalas termiškai išsiplečia ir padidėja jo tūris. Padidinus metalo temperatūrą, jame gali vykti alotropinės fazės transformacija, kuri keičia jo sudedamųjų atomų orientaciją ir keičia jo savybes. Galiausiai, feromagnetiniai metalai tampa mažiau magnetiniai, kai jie gali įkaisti ir prarasti savo magnetizmą virš Kirio temperatūros.
Elektronų sklaida ir varža
Kai elektronai teka per didžiąją metalo dalį, jie išsklaido vienas kitą ir taip pat nuo medžiagos ribų. Mokslininkai šį reiškinį vadina „pasipriešinimu“. Temperatūros padidėjimas suteikia elektronams daugiau kinetinės energijos, padidindamas jų greitį. Tai lemia didesnį sklaidos kiekį ir didesnį išmatuotą pasipriešinimą. Temperatūros sumažėjimas lemia elektronų greičio sumažėjimą, mažinant sklaidos kiekį ir išmatuotą varžą. Šių dienų termometrai temperatūros pokyčiams matuoti naudoja laido elektrinės varžos pokytį.
Terminis išsiplėtimas
Temperatūros padidėjimas šiek tiek padidina metalo ilgį, plotą ir tūrį, vadinamą šilumine plėtra. Išsiplėtimo dydis priklauso nuo konkretaus metalo. Terminis išsiplėtimas atsiranda dėl atominės vibracijos padidėjimo esant temperatūrai, o šilumos plėtimasis yra svarbus įvairiose srityse. Pavyzdžiui, projektuodami vamzdynus vonios kambariuose, gamintojai turi atsižvelgti į sezoninius temperatūros pokyčius, kad nesprogtų vamzdžiai.
Alotropinės fazės transformacijos
Trys pagrindinės materijos fazės vadinamos kieta, skysta ir dujomis. Kietasis yra tankiai supakuotas atomų masyvas, turintis tam tikrą kristalų simetriją, vadinamą alotropu. Kaitinant ar atvėsinant metalą, gali pasikeisti atomų orientacija kitų atžvilgiu. Tai žinoma kaip alotropinės fazės transformacija. Geras alotropinės fazės transformacijos pavyzdys yra geležis, kuri pereina nuo alfa fazės kambario temperatūroje iki gama fazės geležies, esant 912 laipsnių Celsijaus (1 674 laipsnių pagal Celsijų). Geležies gama fazė, galinti ištirpinti daugiau anglies nei alfa fazė, palengvina nerūdijančio plieno gamybą.
Magnetizmo mažinimas
Savaime magnetiniai metalai vadinami feromagnetinėmis medžiagomis. Trys feromagnetiniai metalai kambario temperatūroje yra geležis, kobaltas ir nikelis. Kaitinant feromagnetinį metalą, sumažėja jo įmagnetinimas ir galiausiai jis visiškai praranda savo magnetizmą. Temperatūra, kai metalas praranda savaiminį įmagnetinimą, yra žinoma kaip Kiuri temperatūra. Nikelis turi žemiausią atskirų elementų Kiuri tašką ir nustoja tapti magnetinis 330 laipsnių Celsijaus temperatūroje (626 laipsniai pagal Fahrenheitą), o kobaltas išlieka magnetinis iki 1100 laipsnių Celsijaus (2 012 laipsnių) Fahrenheit).