Металлы - это элементы или соединения с отличной проводимостью как для электричества, так и для тепла, что делает их полезными для широкого круга практических целей. В настоящее время периодическая таблица Менделеева содержит 91 металл, и каждый из них имеет свои специфические свойства. Электрические, магнитные и структурные свойства металлов могут изменяться с температурой и тем самым обеспечивать полезные свойства для технологических устройств. Понимание влияния температуры на свойства металлов дает вам более глубокое понимание того, почему они так широко используются в современном мире.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
TL; DR
Температура влияет на металл по-разному. Более высокая температура увеличивает электрическое сопротивление металла, а более низкая температура снижает его. Нагретый металл подвергается тепловому расширению и увеличивается в объеме. Повышение температуры металла может вызвать аллотропное фазовое превращение, которое изменяет ориентацию составляющих его атомов и изменяет его свойства. Наконец, ферромагнитные металлы становятся менее магнитными, когда они становятся более горячими и теряют свой магнетизм выше температуры Кюри.
Рассеяние электронов и сопротивление
Когда электроны проходят через объем металла, они рассеиваются друг от друга, а также от границ материала. Ученые называют это явление «сопротивлением». Повышение температуры дает электронам больше кинетической энергии, увеличивая их скорость. Это приводит к большему рассеянию и более высокому измеренному сопротивлению. Снижение температуры приводит к уменьшению скорости электронов, уменьшению количества рассеяния и измеренного сопротивления. Современные термометры используют изменение электрического сопротивления провода для измерения изменений температуры.
Термическое расширение
Повышение температуры приводит к небольшому увеличению длины, площади и объема металла, что называется тепловым расширением. Величина расширения зависит от конкретного металла. Тепловое расширение возникает из-за увеличения колебаний атомов с температурой, и учет теплового расширения важен во множестве приложений. Например, при проектировании трубопроводов в ванных комнатах производителям необходимо учитывать сезонные изменения температуры, чтобы избежать разрыва труб.
Аллотропические фазовые превращения.
Три основные фазы вещества называются твердой, жидкой и газовой. Твердое тело - это плотно упакованный массив атомов с определенной симметрией кристалла, известный как аллотроп. Нагревание или охлаждение металла может привести к изменению ориентации атомов по отношению к другим. Это известно как аллотропное фазовое превращение. Хороший пример аллотропного фазового превращения наблюдается в железе, которое переходит из альфа-фазы при комнатной температуре в гамма-фазу железа при 912 градусах Цельсия (1674 градуса Фаренгейта). Гамма-фаза железа, способная растворять больше углерода, чем альфа-фаза, облегчает производство нержавеющей стали.
Уменьшение магнетизма
Спонтанно магнитные металлы называют ферромагнитными материалами. Три ферромагнитных металла при комнатной температуре - это железо, кобальт и никель. Нагревание ферромагнитного металла снижает его намагниченность, и в конечном итоге он полностью теряет свой магнетизм. Температура, при которой металл теряет спонтанную намагниченность, известна как температура Кюри. Никель имеет самую низкую точку Кюри среди отдельных элементов и перестает становиться магнитным при 330 градусах Цельсия. (626 градусов по Фаренгейту), тогда как кобальт остается магнитным до 1100 градусов по Цельсию (2012 градусов по Цельсию). Фаренгейт).