ELASTĪGUMS: ĪPAŠĪBAS, PIEMĒRI, EKSPERIMENTI - ĶĪMIJA - 2025

Lokanība ir patentēta tehnoloģija, materiālu, kas ļauj viņiem deformēties stiept stresu; tas ir, tā divu galu atdalīšana, neveicot tūlītēju lūzumu kādā iegarenas sekcijas viduspunktā. Materiālam pagarinoties, tā šķērsgriezums samazinās, kļūstot plānākam.

Tāpēc kaļamie materiāli tiek mehāniski apstrādāti diegu formā (diegi, kabeļi, adatas utt.). Šujmašīnās spolītes ar brūču pavedieniem ir paštaisīts kaļamo materiālu piemērs; pretējā gadījumā tekstilšķiedras nekad nevarētu iegūt raksturīgās formas.

Avots: Emīlija Roberta Vikola, izmantojot Flickr.

Kāds ir materiālu elastības mērķis? Tas, ka var nobraukt lielus attālumus vai pievilcīgus dizainus darbarīku, rotaslietu, rotaļlietu izgatavošanai; vai kāda šķidruma, piemēram, elektriskās strāvas, pārvadāšanai.

Pēdējais pieteikums ir galvenais materiālu, īpaši metālu, elastības piemērs. Smalki vara vadi (augšējais attēls) ir labi elektrības vadītāji, un, lai nodrošinātu to darbību, tos kopā ar zeltu un platīnu izmanto daudzās elektroniskās ierīcēs.

Dažas šķiedras ir tik smalkas (tikai dažus mikrometrus biezas), ka poētiskajai frāzei “zeltaini mati” ir visa patiesā nozīme. Tas pats attiecas uz varu un sudrabu.

Kaustojamība nebūtu iespējama īpašība, ja nebūtu molekulāru vai atomu pārkārtojumu, lai neitralizētu krītošo stiepes spēku. Un, ja tā nebūtu, cilvēks nekad nebūtu zinājis, kabeļi, antenas, tiltiņi pazūd, un pasaule paliks tumsā bez elektriskās gaismas (papildus neskaitāmajām citām sekām).

Kas ir lokanība?

Atšķirībā no kaļamības, elastība garantē efektīvāku struktūras pārkārtošanu.

Kāpēc? Jo tad, kad virsma, kur atrodas spriegums, ir lielāka, cietai vielai ir vairāk līdzekļu savu molekulu vai atomu slīdēšanai, veidojot loksnes vai plāksnes; tā kā, ja spriegums ir koncentrēts mazākā un mazākā šķērsgriezumā, molekulu slīdēšanai jābūt efektīvākai, lai neitralizētu šo spēku.

Ne visas cietās vielas vai materiāli to var izdarīt, un šī iemesla dēļ tie tiek sabojāti, veicot pakļaušanas stiepes pārbaudēm. Iegūtie pārtraukumi ir vidēji horizontāli, bet kaļamā materiāla pārtraukumi ir koniski vai smaili, kas liecina par izstiepšanos.

Kaļamie materiāli var arī tikt pāri stresa punktam. To var palielināt, ja tiek paaugstināta temperatūra, jo siltums veicina un atvieglo molekulu slīdēšanu (lai arī ir vairāki izņēmumi). Tieši pateicoties šiem slaidiem materiāls var izrādīties elastīgs un līdz ar to būt elastīgs.

Tomēr materiāla elastība ietver citus mainīgos lielumus, piemēram, mitrumu, siltumu, piemaisījumus un to, kā tiek pielikts spēks. Piemēram, tikko izkausētais stikls ir kaļams, tam ir diega formas formas; Bet, atdziestot, tas kļūst trausls un var sabojāt ar jebkādu mehānisku triecienu.

Īpašības

Kaļamiem materiāliem ir savas īpašības, kas tieši saistītas ar to molekulāro izkārtojumu. Šajā ziņā stingrs metāla stienis un mitra māla stienis var būt kaļams, kaut arī to īpašības ievērojami atšķiras.

Tomēr viņiem visiem ir kaut kas kopīgs: izturēšanās pret plastmasu pirms pārkāpšanas. Kāda ir atšķirība starp plastmasu un elastīgo priekšmetu?

Elastīgais priekšmets ir atgriezeniski deformēts, kas sākotnēji notiek ar kaļamiem materiāliem; bet palielinot stiepes spēku, deformācija kļūst neatgriezeniska un priekšmets kļūst plastisks.

Sākot no šī brīža, vads vai pavediens iegūst noteiktu formu. Pēc nepārtrauktas stiepšanās tā šķērsgriezums kļūst tik mazs, un stiepes spriegums ir pārāk augsts, ka tā molekulārie sliedes vairs nespēj neitralizēt spriegumu, un tas galu galā saplīst.

Ja materiāla kaļamība ir ārkārtīgi augsta, piemēram, zelta gadījumā, ar vienu gramu ir iespējams iegūt vadus ar garumu līdz 66 km un biezumu 1 μm.

Jo garāks no masas iegūtais vads, jo mazāks tā šķērsgriezums (ja vien nav pieejamas tonnas zelta, lai izveidotu ievērojama biezuma stiepli).

Kaļamo metālu piemēri

Metāli ir viens no kaļamiem materiāliem, kurus var izmantot neskaitāmi. Triādi veido metāli: zelts, varš un platīns. Viens ir zelts, otrs sārti oranžs, bet pēdējais sudrabs. Papildus šiem metāliem ir arī citi ar mazāk elastību:

-Irons

-Cinks

-Mēsla (un citi metāla sakausējumi)

-Zelts

-Alumīnijs

-Samārijs

-Magnijs

-Vanādijs

- tērauds (lai gan tā elastību var ietekmēt atkarībā no tā oglekļa sastāva un citām piedevām)

-Sudrabs

-Tin

-Vads (bet noteiktos nelielos temperatūras diapazonos)

Bez iepriekšējām eksperimentālām zināšanām ir grūti noskaidrot, kuri metāli ir patiešām kaļami. Tās elastība ir atkarīga no tīrības pakāpes un piedevu mijiedarbības ar metālisko stiklu.

Tiek ņemti vērā arī citi mainīgie, piemēram, kristāla graudu lielums un kristāla izvietojums. Turklāt svarīgu lomu spēlē arī elektronu un molekulāro orbitāļu skaits, kas iesaistīti metāliskajā saitē, tas ir, "elektronu jūrā".

Visu šo mikroskopisko un elektronisko mainīgo mijiedarbība padara elastīgumu par jēdzienu, kas rūpīgi jāizskata ar daudzdimensiju analīzi; tiks atrasts standarta noteikumu trūkums visiem metāliem.

Tieši šī iemesla dēļ divi metāli, kaut arī ar ļoti līdzīgām īpašībām, var būt vai nav kaļami.

Graudu lielums un metālu kristāla struktūras

Graudi ir stikla porcijas, kurām trūkst pamanāmu nelīdzenumu (tukšumu) to trīsdimensiju izvietojumā. Ideālā gadījumā tiem vajadzētu būt pilnīgi simetriskiem ar ļoti labi definētu struktūru.

Katram viena metāla graudam ir tāda pati kristāliskā struktūra; tas ir, metālam ar kompaktu sešstūra struktūru, hcp, ir graudi ar kristāliem ar hcp sistēmu. Tās ir izkārtotas tā, ka pirms vilces vai stiepšanās spēka tās slīd viena virs otras, it kā tās būtu plaknes, ko veido bumbiņas.

Parasti, slīdot no maziem graudiem izgatavotām plaknēm, tām jāpārvar lielāks berzes spēks; savukārt, ja tie ir lieli, viņi var kustēties brīvāk. Faktiski daži pētnieki cenšas mainīt noteiktu sakausējumu elastību, kontrolējot to kristālisko graudu augšanu.

No otras puses, attiecībā uz kristālisko struktūru, parasti kaļamākie ir metāli ar kristālisko sistēmu fcc (ar centrālu kubisko vai kubisko centru uz virsmām). Tikmēr metāli ar kristāliskām struktūrām bcc (ķermeņa centrālais kubiskais, kubiskā centrā uz virsmām) vai hcp parasti ir mazāk kaļami.

Piemēram, gan varš, gan dzelzs izkristalizējas ar fcc izkārtojumu, un tie ir kaļamāki nekā cinks un kobalts, abi ar hcp izkārtojumu.

Temperatūras ietekme uz metālu elastību

Karstums var samazināt vai palielināt materiālu elastību, un izņēmumi attiecas arī uz metāliem. Tomēr parasti, jo mīkstāki metāli, jo vieglāk tos pārvērst pavedienos, nesalaužot.

Tas ir saistīts ar faktu, ka temperatūras paaugstināšanās liek metālu atomiem vibrēt, kas attiecīgi izraisa graudu apvienošanos; tas ir, vairāki mazi graudi saiet kopā, veidojot vienu lielu graudu.

Ar lielākiem graudiem elastība palielinās, un molekulārā slīdēšana saskaras ar mazāk fiziskiem traucējumiem.

Eksperiments, lai izskaidrotu bērnu un pusaudžu lokanību

Avots: Doug Waldron caur Flickr.

Kaustojamība kļūst par ārkārtīgi sarežģītu jēdzienu, ja sākat to analizēt mikroskopiski. Tātad, kā to izskaidrot bērniem un pusaudžiem? Tādā veidā, ka viņu nevērīgajām acīm tas šķiet pēc iespējas vienkāršāks.

Košļājamā gumija un spēlē mīklu

Līdz šim ir runāts par izkausētu stiklu un metāliem, bet ir arī citi neticami kaļami materiāli: košļājamā gumija un modelējošais māls.

Lai parādītu košļājamās gumijas elastību, vienkārši satveriet divas masas un sāciet tās izstiept; viens atrodas pa kreisi, bet otrs tiks pārvietots pa labi. Rezultāts būs piekārts smaganu tilts, kurš nevarēs atgriezties sākotnējā formā, ja vien tas netiks mīcīts ar rokām.

Tomēr pienāks punkts, kurā tilts galu galā sabojāsies (un grīdu notraipīs ar gumiju).

Augšējā attēlā parādīts, kā bērns, nospiežot trauku ar caurumiem, liek plastilīnam parādīties tā, it kā tas būtu mati. Sausais špakteles ir mazāk kaļams nekā taukains špakteles; Tāpēc eksperiments varētu vienkārši sastāv no divu slieku radīšanas: vienu ar sausu mālu, bet otru samitrinātu eļļā.

Bērns pamanīs, ka taukaino tārpu ir vieglāk pelēt un iegūt garumu uz tā biezuma rēķina; Kamēr tārps izžūst, tas, iespējams, beigsies sadalīties vairākas reizes.

Plastilīns ir arī ideāls materiāls, kas izskaidro atšķirību starp kaļamību (laiva, vārti) un lokanību (mati, tārpi, čūskas, salamandras utt.).

Demonstrēšana ar metāliem

Kaut arī pusaudži vispār neko nemanipulēs, spēja būt lieciniekam vara vadu veidošanās pirmajā rindā viņiem var būt pievilcīga un interesanta pieredze. Kaļamības pierādīšana būtu vēl pilnīgāka, ja darbotos ar citiem metāliem un tādējādi varētu salīdzināt to elastību.

Tālāk visi vadi ir jāpakļauj pastāvīgai stiepšanai līdz to pārrāvuma vietai. Ar to pusaudzis vizuāli apliecinās, kā lokanība ietekmē stieples pretestību salauzt.

Atsauces

1. Piemēru enciklopēdija (2017). Kaļamie materiāli. Atgūts no: Communities.co
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. gada 22. jūnijs). Kaļamā definīcija un piemēri. Atgūts no: domaco.com
3. Ķīmiskā vētra. (2018. gada 2. marts). Kaļamās ķimikālijas. Atgūts no: chemstorm.com
4. Bells T. (2018. gada 18. augusts). Skaidrība par elastību: stiepes spriegums un metāli. Balanss. Atgūts no: thebalance.com
5. Dr Marks R. (2016). Metālu elastība. Santa Clara Universitātes Mašīnbūves katedra. . Atgūts no: scu.edu
6. Reids D. (2018). Kaustojamība: definīcija un piemēri. Pētījums. Atgūts no: study.com
7. Klarks J. (2012. gada oktobris). Metāla konstrukcijas. Atgūts no: chemguide.co.uk
8. Chemicool. (2018). Fakti par zeltu. Atgūts no: chemicool.com
9. Materiāli šodien. (2015. gads, 18. novembris). Spēcīgi metāli joprojām var būt kaļami. Elsevier. Atgūts no: materialstoday.com