Metaller är element eller föreningar med utmärkt ledningsförmåga för både el och värme, vilket gör dem användbara för ett brett spektrum av praktiska ändamål. Periodiska tabellen innehåller för närvarande 91 metaller, och varje har sina egna specifika egenskaper. De elektriska, magnetiska och strukturella egenskaperna hos metaller kan förändras med temperatur och därigenom ge användbara egenskaper för tekniska anordningar. Att förstå temperaturens inverkan på metallernas egenskaper ger dig en djupare uppskattning av varför de används så mycket i den moderna världen.

TL; DR (för länge, läste inte)

TL; DR

Temperaturen påverkar metall på många sätt. En högre temperatur ökar det elektriska motståndet hos en metall och en lägre temperatur minskar den. Uppvärmd metall genomgår termisk expansion och volymökningar. Att öka temperaturen hos en metall kan orsaka att den genomgår allotrop fas-omvandling, vilket ändrar orienteringen av dess beståndsdelar och förändrar dess egenskaper. Slutligen blir ferromagnetiska metaller mindre magnetiska när de kan bli hetare och förlorar sin magnetism över Curie-temperaturen.

Elektronspridning och resistans

Eftersom elektroner flyter genom massan av en metall sprider de bort varandra och även utanför materialets gränser. Forskare kallar detta fenomen "motstånd". En ökning av temperaturen ger elektronerna mer kinetisk energi, vilket ökar deras hastighet. Detta leder till en större mängd spridning och en högre uppmätt resistans. En minskning av temperaturen leder till en minskning av elektronhastigheten, minskning av spridningen och det uppmätta motståndet. Moderna termometrar använder förändringen i elektrisk resistans hos en tråd för att mäta temperaturförändringar.

Termisk expansion

En ökning i temperaturen leder till en liten ökning av längd, yta och volym av en metall, kallad termisk expansion. Storleken på expansionen beror på den specifika metallen. Termisk expansion är resultatet av ökningen av atomvibrationer med temperatur, och hänsyn till värmeutvidgningen är viktig i en mängd olika tillämpningar. Till exempel, när du utformar rörledningar i badrum, måste tillverkarna ta hänsyn till säsongsförändringar i temperaturen för att undvika sprängrör.

Allotropa fastransformationer

De tre huvudfaserna av materia kallas solida, flytande och gas. En fast substans är ett tätt packat spektrum av atomer med ett särskilt kristallsymmetri som är känt som en allotrop. Uppvärmning eller kylning av en metall kan leda till en förändring av atomernas orientering, med hänsyn till de andra. Detta är känt som en allotrop fas-transformation. Ett bra exempel på en allotrop fas-omvandling ses i järn, som går från alfafasen vid rumstemperatur till gammafasjärn vid 912 grader Celsius (1 674 grader Fahrenheit). Gammafasen av järn, som kan lösa upp mer kol än alfafasen, underlättar tillverkningen av rostfritt stål.

Minska magnetism

Spontant magnetiska metaller kallas ferromagnetiska material. De tre ferromagnetiska metallerna vid rumstemperatur är järn, kobolt och nickel. Uppvärmning av en ferromagnetisk metall minskar dess magnetisering, och det förlorar slutligen helt sin magnetism. Temperaturen vid vilken en metall förlorar sin spontana magnetisering är känd som Curie-temperaturen. Nickel har den lägsta Curie-punkten för de enskilda elementen och upphör att bli magnetisk vid 330 grader (626 grader Fahrenheit), medan kobolt förblir magnetisk till 1.100 grader Celsius (2.012 grader Fahrenheit).