RUGALMASSÁG: TULAJDONSÁGOK, PÉLDÁK, KÍSÉRLETEK - KÉMIA - 2026

Az alakíthatóság egy szabadalmaztatott technológia az anyagok lehetővé teszik számukra, hogy deformálódik a szakaszon stressz vagyis annak két vége elválasztása anélkül, hogy a hosszúkás szakasz közepén azonnal törés lenne. Ahogy az anyag meghosszabbodik, keresztmetszete csökken, vékonyabbá válik.

Ezért a gömb alakú anyagokat mechanikusan megmunkálják szálak alakú alakra (menetek, kábelek, tűk stb.). Varrógépekben a sebszállal ellátott orsók a gömb alakú anyagok házi példáját képviselik; egyébként a textilszálak soha nem szerezhetik meg jellegzetes alakjukat.

Forrás: Emilian Robert Vicol a Flickr-en keresztül.

Mi a célja az anyagok rugalmasságának? Nagy távolságok vagy vonzó tervek fedezésére képes, akár szerszámok, ékszerek, játékok készítésére; vagy valamilyen folyadék, például elektromos áram szállítására.

Az utolsó alkalmazás az anyagok, különösen a fémek rugalmasságának kulcsfontosságú példáját képviseli. A finom rézhuzalok (felső kép) jó villamos vezetők, és az arany és a platina mellett számos elektronikus eszközben használják működésük biztosítására.

Egyes szálak olyan finomak (csak néhány mikrométer vastag), hogy az "aranyszőr" költői kifejezés minden valódi jelentést megkap. Ugyanez vonatkozik a rézre és az ezüstre.

A rugalmasság nem lenne lehetséges tulajdonság, ha nem lenne molekuláris vagy atomi átrendeződés a beeső szakítóerő ellensúlyozására. És ha nem létezik, akkor az ember soha nem ismerte volna a kábeleket, az antennákat, a hidakat, és a világ sötétben marad, elektromos fény nélkül (számtalan egyéb következmény mellett).

Mi a rugalmasság?

A rugalmassággal ellentétben a rugalmasság garantálja a hatékonyabb szerkezeti átrendeződést.

Miért? Mert amikor a felület nagyobb, ahol a feszültség nagyobb, a szilárd anyag több eszközzel mozgathatja molekuláit vagy atomjait, és lemezeket vagy lemezeket képezhet; Míg a feszültség egy kisebb és kisebb keresztmetszetben koncentrálódik, a molekuláris csúszásnak hatékonyabbnak kell lennie az erõ ellensúlyozására.

Nem minden szilárd anyag vagy anyag képes ezt megtenni, és ezért szakítószilárdsági tesztek elvégzése miatt megszakad. A kapott törések átlagosan vízszintesek, míg a gömb alakú anyagok kúposak vagy hegyesek, a nyújtás jele.

Az elasztikus anyagok szintén áttörhetnek egy stresszponton. Ez növelhető, ha a hőmérsékletet megemelik, mivel a hő elősegíti és megkönnyíti a molekuláris csúszást (bár számos kivétel van). Ezért ezeknek a diáknak köszönhetően egy anyag mutathat rugalmasságot, és ezért rugalmassá válhat.

Az anyag rugalmassága azonban más változókat is magában foglal, mint például a páratartalom, a hő, a szennyeződések és az erő alkalmazásának módja. Például az újonnan megolvasztott üveg elasztikus, menetszál alakú; De lehűlve törékenyé válik, és bármilyen mechanikai ütéssel törhet.

Tulajdonságok

Az elasztikus anyagoknak megvannak a saját tulajdonságai, amelyek közvetlenül kapcsolódnak a molekuláris elrendezésükhöz. Ebben az értelemben a merev fémrudak és a nedves agyagrudak rugalmassá válhatnak, bár tulajdonságaik nagymértékben különböznek egymástól.

Mindegyiküknek van valami közös: plasztikus viselkedése a törés előtt. Mi a különbség a műanyag és az elasztikus tárgy között?

Az elasztikus tárgy visszafordíthatóan deformálódik, ami kezdetben gömb alakú anyagokkal fordul elő; de a húzóerő növekedésével a deformáció visszafordíthatatlanná válik, és a tárgy műanyagvá válik.

Ettől a ponttól kezdve a huzal vagy cérna meghatározott formát ölt. Folyamatos nyújtás után keresztmetszete annyira kicsi és a szakítófeszültség túl nagy, hogy molekuláris csúszásai már nem képesek ellensúlyozni a feszültséget, és megszakad.

Ha az anyag rugalmassága rendkívül magas, mint például az arany esetében, akkor egy grammmal 66 km hosszúságú, 1 μm vastagságú vezetékeket lehet előállítani.

Minél hosszabbodik meg a huzalból, amelyet egy tömegből nyernek, annál kisebb a keresztmetszete (kivéve ha tonna arany áll rendelkezésre jelentős vastagságú huzal építéséhez).

Példák képlékeny fémekre

A fémek az olvasztható anyagok között vannak, számtalan felhasználással. A hármas fémekből áll: arany, réz és platina. Az egyik arany, a másik rózsaszínű narancs és az utolsó ezüst. Ezen fémeken kívül vannak más, kevésbé rugalmassági mutatók is:

-Vas

-Cink

-Méz (és más fémötvözetek)

-Arany

-Alumínium

-Samarium

-Magnézium

-Vanádium

-És acél (bár ennek rugalmassága befolyásolhatja a szén összetételétől és más adalékanyagokatól függően)

-Ezüst

-Ón

-Vezeték (de bizonyos kis hőmérsékleti tartományokban)

Nehéz előzetes kísérleti ismeretek nélkül megbizonyosodni arról, hogy a fémek valóban rugalmasak. Nyúlékonysága a tisztaság mértékétől és attól függ, hogy az adalékanyagok miként lépnek kölcsönhatásba a fémüveggel.

Emellett más változókat is figyelembe vesznek, például a kristályszemcsék méretét és a kristály elrendezését. Ezenkívül fontos szerepet játszik a fémkötésben, azaz az "elektron-tengeren" részt vevő elektronok és molekuláris pályák száma.

Ezen mikroszkopikus és elektronikus változók közötti kölcsönhatások a rugalmasságot olyan koncepcióvá teszik, amelyet többváltozós elemzéssel alaposan meg kell vizsgálni; és minden fémre vonatkozóan szokásos szabály hiányzik.

Ez az oka annak, hogy két fémek, bár nagyon hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, lehetnek vagy nem rugalmasak.

A fémek szemcsemérete és kristályszerkezete

A szemek olyan üvegdarabok, amelyekben nincs észrevehető szabálytalanság (üregek) háromdimenziós elrendezésükben. Ideális esetben teljesen szimmetrikusnak kell lenniük, nagyon jól definiált felépítésükkel.

Ugyanazon fém mindegyik szemcséje azonos kristályszerkezettel rendelkezik; vagyis egy kompakt hatszögletű hcp szerkezetű fém kristályos szemcsékkel rendelkezik a hcp rendszerrel. Ezek úgy vannak elrendezve, hogy a vonóerő vagy nyújtó erő előtt egymás fölé csússzanak, mintha márványból álló síkok lennének.

Általában, amikor a kis szemcsékből álló síkok csúsznak, akkor azoknak nagyobb súrlódási erőt kell legyőzniük; míg ha nagyok, akkor szabadon mozoghatnak. Valójában néhány kutató arra törekszik, hogy bizonyos ötvözetek rugalmasságát módosítsa kristályos szemcséjének szabályozott növekedése révén.

Ugyanakkor a kristályszerkezet szempontjából általában az fcc kristályos rendszerrel rendelkező fémek (arccal középpontban közepes vagy köbös közepűek az arcokon) vannak a legjobban duzzadóképesek. Eközben a kristályos szerkezetű, bcc (testközéppontos köbméter, köbcentiméterű felületekre) vagy hcp kristályos fémek kevésbé hajlamosak.

Például mind a réz, mind a vas fcc-elrendezéssel kristályosodik, és elasztikusabbak, mint a cink és a kobalt, mindkettő hcp-elrendezéssel.

A hőmérséklet hatása a fémek rugalmasságra

A hő csökkentheti vagy növelheti az anyagok rugalmasságát, és a kivételek vonatkoznak a fémekre is. Általános szabály azonban, hogy a lágyabbak a fémek, annál könnyebb szálakká alakítani őket törés nélkül.

Ennek oka az a tény, hogy a hőmérséklet növekedése a fém atomokat rezeg, ami következésképpen a szemek egységessé válik; vagyis több kis szemcsék összekapcsolódnak, hogy egy nagy gabona legyen.

Nagyobb szemcsék esetén a rugalmasság növekszik, és a molekuláris csúszás kevesebb fizikai akadályokkal néz szembe.

Kísérlet a gyermekek és serdülők rugalmasságának megmagyarázására

Forrás: Doug Waldron a Flickr-en keresztül.

A rugalmasság rendkívül összetett fogalommá válik, ha mikroszkopikusan elemezzük. Szóval hogyan magyarázza meg ezt gyermekeknek és serdülőknek? Olyan módon, hogy a lehető legegyszerűbben tűnjen kíváncsiak szemük felé.

Rágógumi és játssza a tésztát

Eddig már beszéltek az olvadt üvegről és fémekről, de vannak más hihetetlenül tapadó anyagok: rágógumi és modellező agyag.

A rágógumi rugalmasságának bizonyításához elegendő két tömeget megragadni és megkezdeni annak nyújtását; az egyik balra helyezkedik el, a másik pedig jobbra kerül. Az eredmény egy függő gumi híd lesz, amely csak akkor áll vissza az eredeti alakjához, ha kézzel meggyúrják.

Elérkezik azonban egy pont, ahol a híd eltört (és a padlót gumival festették fel).

A fenti kép azt mutatja, hogy egy gyerek egy lyukakkal ellátott tartó megnyomásával hozza a gyurmát úgy, mintha haj lenne. A száraz gitt kevésbé rugalmas, mint az olajos gitt; Ezért egy kísérlet egyszerűen két földigiliszt létrehozásáról állhat: az egyiket a száraz agyaggal, a másikat pedig az olajban megnedvesített.

A gyermek észreveszi, hogy az olajos féreg könnyebben formázható és meghosszabbodik vastagságának rovására; Amíg a féreg kiszárad, valószínűleg többször is lebontja.

A gyurma ideális anyagot is ad arra, hogy megmagyarázza a különbséget az alakíthatóság (hajó, kapu) és a rugalmasság (haj, férgek, kígyók, szalamandra stb.) Között.

Bemutatás fémekkel

Bár a serdülők egyáltalán nem fognak manipulálni, az első sorban a rézhuzalok kialakulásának tanúja lehet vonzó és érdekes élmény számukra. A rugalmassági bizonyítás még teljesebb lenne, ha más fémekkel folytatnánk a munkát, és így összehasonlítani tudnánk ezek rugalmasságát.

Ezután az összes huzalt állandóan ki kell húzni a törési pontjukig. Ezzel a serdülő vizuálisan igazolja, hogy a rugalmasság befolyásolja a huzal törési ellenállását.

Irodalom

1. Példák enciklopédia (2017). Nyúlható anyagok. Helyreállítva: példák.co
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. június 22.). Nyúlható meghatározás és példák. Helyreállítva: gondolat.com
3. Chemstorm. (2018. március 2.). Nyúlható kémia. Helyreállítva: chemstorm.com
4. Bell T. (2018. augusztus 18.). A rugalmasság magyarázata: szakító stressz és fémek. A mérleg. Helyreállítva: thebalance.com
5. Dr. Marks R. (2016). Rugalmasság a fémekben. Gépészmérnöki Tanszék, Santa Clara Egyetem.. Helyreállítva: scu.edu
6. Reid D. (2018). Rugalmasság: Meghatározás és példák. Tanulmány. Helyreállítva: study.com
7. Clark J. (2012. október). Fémszerkezetek. Helyreállítva: chemguide.co.uk
8. Chemicool. (2018). Tények az aranyról. Helyreállítva: chemicool.com
9. Anyagok ma. (2015, november 18). Az erős fémek továbbra is rugalmasak lehetnek. Elsevier. Helyreállítva: materialstoday.com