Metaller er grunnstoffer eller forbindelser med utmerket ledningsevne for både elektrisitet og varme, noe som gjør dem nyttige for en rekke praktiske formål. Det periodiske systemet inneholder for øyeblikket 91 metaller, og hver har sine egne spesifikke egenskaper. De elektriske, magnetiske og strukturelle egenskapene til metaller kan endres med temperaturen og derved gi nyttige egenskaper for teknologiske enheter. Å forstå temperaturens innvirkning på metallenes egenskaper gir deg en dypere forståelse for hvorfor de er så mye brukt i den moderne verden.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
TL; DR
Temperatur påvirker metall på mange måter. En høyere temperatur øker den elektriske motstanden til et metall, og en lavere temperatur reduserer det. Oppvarmet metall gjennomgår termisk ekspansjon og øker volumet. Økning av temperaturen til et metall kan føre til at det gjennomgår allotropisk fasetransformasjon, som endrer orienteringen til dets bestanddeler og endrer egenskapene. Til slutt blir ferromagnetiske metaller mindre magnetiske når de kan bli varmere og miste magnetismen over Curie-temperaturen.
Elektronespredning og motstand
Når elektroner flyter gjennom hovedparten av et metall, sprer de seg fra hverandre og også utenfor materialets grenser. Forskere kaller dette fenomenet "motstand". En økning i temperatur gir elektronene mer kinetisk energi og øker hastigheten. Dette fører til større spredning og høyere målt motstand. En reduksjon i temperatur fører til en reduksjon i elektronhastigheten, og reduserer spredningsmengden og den målte motstanden. Moderne termometre bruker endringen i en lednings elektriske motstand for å måle temperaturendringer.
Termisk ekspansjon
En økning i temperaturen fører til en liten økning i metallets lengde, areal og volum, kalt termisk ekspansjon. Størrelsen på utvidelsen avhenger av det spesifikke metallet. Termisk ekspansjon skyldes økningen av atomvibrasjoner med temperaturen, og hensynet til termisk ekspansjon er viktig i en rekke bruksområder. For eksempel når produsenter av rør på bad må produsenter ta hensyn til sesongmessige endringer i temperaturen for å unngå sprengning av rør.
Allotropiske faseomdannelser
De tre hovedfasene i materien kalles fast, væske og gass. Et fast stoff er et tettpakket utvalg av atomer med en spesiell krystallsymmetri kjent som en allotrop. Oppvarming eller kjøling av et metall kan føre til en endring i atomenes orientering, i forhold til de andre. Dette er kjent som en allotrop fase transformasjon. Et godt eksempel på en allotrop faseomdannelse ses i jern, som går fra alfafasen ved romtemperatur til gammafasejern ved 912 grader Celsius (1674 grader Fahrenheit). Gamma-fasen av jern, som er i stand til å oppløse mer karbon enn alfafasen, letter i fabrikasjonen av rustfritt stål.
Redusere magnetisme
Spontant magnetiske metaller kalles ferromagnetiske materialer. De tre ferromagnetiske metallene ved romtemperatur er jern, kobolt og nikkel. Oppvarming av et ferromagnetisk metall reduserer magnetiseringen, og det mister til slutt magnetismen. Temperaturen der et metall mister sin spontane magnetisering, er kjent som Curie-temperaturen. Nikkel har det laveste Curie-punktet av enkeltelementene og slutter å bli magnetisk ved 330 grader Celsius (626 grader Fahrenheit), mens kobolt forblir magnetisk til 1100 grader Celsius (2.012 grader Fahrenheit).