Метали - це елементи або сполуки з чудовою провідністю як для електрики, так і для тепла, що робить їх корисними для широкого кола практичних цілей. Періодична система наразі містить 91 метал, і кожен має свої специфічні властивості. Електричні, магнітні та структурні властивості металів можуть змінюватися в залежності від температури і тим самим забезпечувати корисні властивості для технологічних пристроїв. Розуміння впливу температури на властивості металів дає вам глибше розуміння того, чому вони так широко використовуються в сучасному світі.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
TL; ДОКТОР
Температура впливає на метал різними способами. Більш висока температура збільшує електричний опір металу, а нижча температура зменшує його. Нагрітий метал зазнає теплового розширення і збільшується в обсязі. Підвищення температури металу може призвести до його алотропного фазового перетворення, що змінює орієнтацію складових атомів і змінює його властивості. Нарешті, феромагнітні метали стають менш магнітними, коли вони можуть нагріватися і втрачати свій магнетизм вище температури Кюрі.
Розсіювання електронів та опір
Коли електрони протікають через основну частину металу, вони розсіюються один від одного, а також за межі матеріалу. Вчені називають це явище "опором". Підвищення температури надає електронам більше кінетичної енергії, збільшуючи їх швидкість. Це призводить до більшої кількості розсіювання та вищого вимірюваного опору. Зниження температури призводить до зменшення швидкості електронів, зменшення величини розсіювання та вимірюваного опору. Сучасні термометри використовують для вимірювання зміни температури електричний опір дроту.
Теплове розширення
Підвищення температури призводить до невеликого збільшення довжини, площі та об'єму металу, що називається тепловим розширенням. Величина розширення залежить від конкретного металу. Теплове розширення є результатом збільшення атомних коливань із температурою, і врахування теплового розширення є важливим у різних сферах застосування. Наприклад, розробляючи трубопроводи у ванних кімнатах, виробники повинні враховувати сезонні зміни температури, щоб уникнути розриву труб.
Алотропні фазові перетворення
Три основні фази речовини називаються твердою, рідкою та газовою. Тверде тіло - це щільно заповнений масив атомів з особливою симетрією кристалів, відомий як алотроп. Нагрівання або охолодження металу може призвести до зміни орієнтації атомів щодо інших. Це відоме як алотропне фазове перетворення. Хорошим прикладом алотропного фазового перетворення є залізо, яке переходить від альфа-фази при кімнатній температурі до заліза гамма-фази при 912 градусах Цельсія (1674 градуса за Фаренгейтом). Гамма-фаза заліза, яка здатна розчиняти більше вуглецю, ніж альфа-фаза, полегшує виготовлення нержавіючої сталі.
Зменшення магнетизму
Спонтанно магнітні метали називаються феромагнітними матеріалами. Трьома феромагнітними металами при кімнатній температурі є залізо, кобальт і нікель. Нагрівання феромагнітного металу зменшує його намагніченість, і він з часом повністю втрачає свій магнетизм. Температура, при якій метал втрачає спонтанне намагнічування, відома як температура Кюрі. Нікель має найнижчу точку Кюрі з окремих елементів і перестає ставати магнітним при 330 градусах Цельсія (626 градусів за Фаренгейтом), тоді як кобальт залишається магнітним до 1100 градусів Цельсія (2012 градусів Фаренгейта).