Kovine so elementi ali spojine z odlično prevodnostjo tako za elektriko kot za toploto, zaradi česar so uporabne za številne praktične namene. Periodična tabela trenutno vsebuje 91 kovin in vsaka ima svoje posebne lastnosti. Električne, magnetne in strukturne lastnosti kovin se lahko spreminjajo s temperaturo in s tem zagotavljajo uporabne lastnosti tehnoloških naprav. Če razumete vpliv temperature na lastnosti kovin, boste globlje razumeli, zakaj se tako pogosto uporabljajo v sodobnem svetu.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
TL; DR
Temperatura vpliva na kovino na številne načine. Višja temperatura poveča električni upor kovine, nižja pa jo zmanjša. Ogrevana kovina se toplotno razširi in poveča prostornino. Povišanje temperature kovine lahko povzroči njeno alotropno fazno preobrazbo, ki spremeni usmerjenost sestavnih atomov in spremeni njene lastnosti. Končno pa feromagnetne kovine postanejo manj magnetne, ko se lahko segrejejo in izgubijo magnetizem nad Curiejevo temperaturo.
Razprševanje in odpornost elektronov
Ko elektroni tečejo skozi glavnino kovine, se razpršijo drug od drugega in tudi zunaj meja materiala. Znanstveniki temu pojavu pravijo "odpor". Povišanje temperature daje elektronom več kinetične energije in s tem poveča njihovo hitrost. To vodi do večje količine razpršenosti in večje izmerjene upornosti. Znižanje temperature vodi do zmanjšanja hitrosti elektronov, zmanjšuje količino sipanja in izmerjeni upor. Sodobni termometri uporabljajo spremembo električne odpornosti žice za merjenje sprememb temperature.
Toplotno raztezanje
Povišanje temperature vodi do majhnega povečanja dolžine, površine in prostornine kovine, ki se imenuje toplotna ekspanzija. Velikost raztezanja je odvisna od določene kovine. Toplotno raztezanje je posledica povečanja atomskih vibracij s temperaturo, upoštevanje toplotnega raztezanja pa je pomembno pri različnih aplikacijah. Na primer, pri oblikovanju cevovodov v kopalnicah morajo proizvajalci upoštevati sezonske spremembe temperature, da se izognejo razpokam cevi.
Alotropne fazne transformacije
Tri glavne faze snovi se imenujejo trdna, tekoča in plinska. Trdna snov je gosto zapakirana vrsta atomov s posebno kristalno simetrijo, znano kot alotrop. Ogrevanje ali hlajenje kovine lahko privede do spremembe usmeritve atomov glede na ostale. To je znano kot alotropska fazna transformacija. Dober primer alotropske fazne transformacije je v železu, ki prehaja iz alfa faze pri sobni temperaturi v gama fazno železo pri 912 stopinjah Celzija (1.674 stopinj Celzija). Gama faza železa, ki lahko raztopi več ogljika kot alfa faza, olajša izdelavo nerjavečega jekla.
Zmanjšanje magnetizma
Spontano magnetne kovine imenujemo feromagnetni materiali. Tri feromagnetne kovine pri sobni temperaturi so železo, kobalt in nikelj. Segrevanje feromagnetne kovine zmanjša njeno magnetizacijo in sčasoma popolnoma izgubi magnetizem. Temperatura, pri kateri kovina izgubi spontano magnetizacijo, je znana kot Curiejeva temperatura. Nikelj ima najnižjo točko Curieja med posameznimi elementi in pri 330 stopinjah Celzija preneha postajati magneten (626 stopinj Fahrenheita), medtem ko kobalt ostane magneten do 1100 stopinj Celzija (2.012 stopinj Fahrenheit).