Metalele sunt elemente sau compuși cu o conductivitate excelentă atât pentru electricitate, cât și pentru căldură, ceea ce le face utile pentru o gamă largă de scopuri practice. Tabelul periodic conține în prezent 91 de metale și fiecare are propriile sale proprietăți specifice. Proprietățile electrice, magnetice și structurale ale metalelor se pot modifica cu temperatura și, prin urmare, oferă proprietăți utile dispozitivelor tehnologice. Înțelegerea impactului temperaturii asupra proprietăților metalelor vă oferă o apreciere mai profundă a motivului pentru care sunt atât de utilizate pe scară largă în lumea modernă.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
TL; DR
Temperatura afectează metalul în numeroase moduri. O temperatură mai mare mărește rezistența electrică a unui metal și o temperatură mai scăzută îl reduce. Metalul încălzit suferă expansiune termică și crește volumul. Creșterea temperaturii unui metal poate determina transformarea fazei alotrope, care modifică orientarea atomilor săi constitutivi și îi modifică proprietățile. În cele din urmă, metalele feromagnetice devin mai puțin magnetice atunci când se pot încălzi și își pot pierde magnetismul peste temperatura Curie.
Răspândirea și rezistența electronilor
Pe măsură ce electronii curg prin grosul unui metal, se împrăștie unul pe celălalt și, de asemenea, de la limitele materialului. Oamenii de știință numesc acest fenomen „rezistență”. O creștere a temperaturii conferă electronii mai multă energie cinetică, crescând viteza acestora. Acest lucru duce la o cantitate mai mare de împrăștiere și la o rezistență mai mare măsurată. O scădere a temperaturii duce la o reducere a vitezei electronilor, scăzând cantitatea de împrăștiere și rezistența măsurată. Termometrele moderne folosesc schimbarea rezistenței electrice a unui fir pentru a măsura schimbările de temperatură.
Expansiune termică
O creștere a temperaturii duce la o mică creștere a lungimii, suprafeței și volumului unui metal, numită dilatare termică. Mărimea expansiunii depinde de metalul specific. Expansiunea termică rezultă din creșterea vibrațiilor atomice cu temperatura, iar luarea în considerare a dilatării termice este importantă într-o varietate de aplicații. De exemplu, atunci când proiectează conductele în băi, producătorii trebuie să ia în considerare modificările sezoniere ale temperaturii pentru a evita spargerea țevilor.
Transformări de fază alotropice
Cele trei faze principale ale materiei se numesc solid, lichid și gazos. Un solid este o gamă densă de atomi cu o simetrie cristalină particulară cunoscută sub numele de alotrop. Încălzirea sau răcirea unui metal poate duce la o schimbare a orientării atomilor, față de ceilalți. Aceasta este cunoscută sub numele de transformare de fază alotropică. Un bun exemplu de transformare a fazei alotropice este văzut în fier, care merge de la faza alfa la temperatura camerei la fierul cu fază gamma la 912 grade Celsius (1.674 grade Fahrenheit). Faza gamma a fierului, care este capabilă să dizolve mai mult carbon decât faza alfa, facilitează fabricarea oțelului inoxidabil.
Reducerea magnetismului
Metalele magnetice spontan se numesc materiale feromagnetice. Cele trei metale feromagnetice la temperatura camerei sunt fierul, cobaltul și nichelul. Încălzirea unui metal feromagnetic reduce magnetizarea acestuia și, în cele din urmă, își pierde complet magnetismul. Temperatura la care un metal își pierde magnetizarea spontană este cunoscută sub numele de temperatura Curie. Nichelul are cel mai mic punct Curie al elementelor individuale și încetează să devină magnetic la 330 de grade Celsius (626 grade Fahrenheit), în timp ce cobaltul rămâne magnetic până la 1.100 grade Celsius (2.012 grade Fahrenheit).