Joustavuus siinä, mitä se koostuu, ominaisuudet, esimerkit, kokeet

sitkeys se on materiaalien tekninen ominaisuus, joka sallii niiden muodonmuutoksen ennen venytysjännitystä; toisin sanoen sen kahden pään erottaminen ilman, että jossakin pitkänomaisen osan keskellä on varhainen murtuma. Kun materiaali pidentyy, sen poikkileikkaus pienenee.

Siksi muovattavat materiaalit työstetään mekaanisesti, jotta ne muodostavat muodoltaan muotoja (johdot, kaapelit, neulat jne.). Ompelukoneissa kelat, joissa on kierteitetyt langat, edustavat esimerkkiä muovailevista materiaaleista; muuten tekstiilikuidut eivät olisi koskaan saaneet ominaista muotoa.

Mikä on materiaalien sitkeyden tarkoitus? Kyky kattaa pitkiä matkoja tai houkuttelevia malleja, joko työkalujen, korujen, lelujen kehittämiseen; tai jonkin nesteen kuljetukseen, kuten sähkövirtaan.

Viimeinen sovellus on keskeinen esimerkki materiaalien, erityisesti metallien, sitkeydestä. Hienot kuparilangat (ylhäältä kuva) ovat hyviä sähkönjohtimia, ja kullan ja platinan ohella monet elektroniset laitteet ovat käytettävissä niiden toiminnan varmistamiseksi..

Jotkut kuidut ovat niin hienoja (vain muutaman mikrometrin paksuus), että runollinen lause "kultaiset hiukset" vie kaiken todellisen merkityksen. Sama koskee kuparia ja hopeaa.

Kestävyys ei olisi mahdollinen ominaisuus, jos molekyyli- tai atomirakenteen muutoksia ei tapahdu vahingoittavan vetovoiman torjumiseksi. Ja jos sitä ei olisi, ihminen ei olisi koskaan tuntenut kaapeleita, antenneja, sillat katoaisivat, ja maailma pysyisi pimeydessä ilman sähkövaloa (muiden lukemattomien seurausten lisäksi).

indeksi

• 1 Mikä on sitkeys??
• 2 Ominaisuudet
• 3 Esimerkkejä muovattavista metalleista
  • 3.1 Metallien jyvien ja kiteisten rakenteiden koko
  • 3.2 Lämpötilan vaikutus metallien sitkeyteen
• 4 Kokeile selittää lasten ja nuorten sitkeyttä
  • 4.1 Purukumi ja muovailuvaha
  • 4.2 Demonstraatio metalleilla
• 5 Viitteet

Mikä on sitkeys?

Toisin kuin malleability, sitkeys kannattaa tehokkaampaa rakennemuutosta.

Miksi? Koska kun pinta, jossa jännitys on suurempi, kiinteällä aineella on enemmän keinoja liu'uttaa sen molekyylejä tai atomeja, muodostamalla levyjä tai levyjä; kun taas kun kireys on keskittynyt yhä pienempään poikkileikkaukseen, molekyylislipin on oltava tehokkaampi tämän voiman torjumiseksi.

Kaikki kiinteät aineet tai materiaalit eivät voi tehdä sitä, ja siksi ne rikkoutuvat vetolujuustesteihin. Saadut taukot ovat keskimäärin vaakasuoria, kun taas muovattavien materiaalien katkokset ovat kartiomaisia ​​tai teräviä, merkki venymästä.

Muoviset materiaalit voivat myös rikkoa jännityspisteen. Tätä voidaan lisätä, jos lämpötilaa kasvatetaan, koska lämpö edistää ja helpottaa molekyylislaidia (vaikkakin on useita poikkeuksia). Näiden maanvyörymien ansiosta materiaali voi olla sitkeä ja siten myös muovautuva.

Materiaalin sitkeys sisältää kuitenkin muita muuttujia, kuten kosteutta, lämpöä, epäpuhtauksia ja tapaa, jolla voimaa käytetään. Esimerkiksi juuri sulatettu lasi on muovautuva, ja se muodostaa muodoltaan muotoja; mutta kun se jäähtyy, se muuttuu hauraaksi ja voi rikkoutua mekaanisesti.

ominaisuudet

Muovikelpoisilla materiaaleilla on omat ominaisuudet, jotka liittyvät suoraan niiden molekyylijärjestelyihin. Tässä mielessä jäykkä metallitanko ja märkä savihihna voivat olla muovattavia, vaikka niiden ominaisuudet vaihtelevat suuresti.

Heillä kaikilla on kuitenkin jotain yhteistä: muovinen käyttäytyminen ennen hajoamista. Mikä ero on muovin ja elastisen esineen välillä?

Joustava esine deformoituu reversiibelisti, joka tapahtuu aluksi muovatuilla materiaaleilla; mutta vetovoima kasvaa, muodonmuutos muuttuu peruuttamattomaksi ja kohde muuttuu muoviksi.

Tästä pisteestä johtimella tai langalla on tietty muoto. Jatkuvan venytyksen jälkeen sen poikkileikkaus muuttuu niin pieneksi, ja vetojännitys on liian korkea, että sen molekyylislaidit eivät enää voi vastustaa jännitystä ja lopulta rikkoutua.

Jos materiaalin sitkeys on erittäin korkea, kuten kullan tapauksessa, yhdellä grammalla voidaan saada enintään 66 km pituisia johtoja, joiden paksuus on 1 μm.

Mitä pitempi johto on saatu massasta, sitä pienempi on sen poikkileikkaus (ellei sinulla ole tonnia kultaa rakentamaan huomattavan paksua lankaa).

Esimerkkejä muovattavista metalleista

Metallit ovat joukko muovisia materiaaleja, joissa on lukemattomia sovelluksia. Kolmikko koostuu metalleista: kulta, kupari ja platina. Yksi on kultainen, toinen vaaleanpunainen oranssi ja viimeinen hopea. Näiden metallien lisäksi on muitakin vähemmän sitkeitä:

-rauta

-sinkki

-Messinki (ja muut metalliseokset)

-kulta

-alumiini

-samarium

-magnesium

-vanadiinia

-Teräs (vaikkakin sen sitkeys voi vaikuttaa riippuen hiilen koostumuksesta ja muista lisäaineista)

-Hopea

-tina

-Lyijy (mutta tietyissä pienissä lämpötila-alueissa)

On vaikea varmistaa, että ilman aikaisempia kokeellisia tietoja, mitkä metallit ovat todella sitkeitä. Sen sitkeys riippuu puhtauden asteesta ja siitä, miten lisäaineet vaikuttavat metallilasin kanssa.

Muita muuttujia, kuten kiteisten jyvien kokoa ja kiteen järjestelyä, tarkastellaan myös. Lisäksi metalli- sidokseen osallistuvien elektronien ja molekyyliorbitaalien lukumäärä, eli "elektronien merellä", on myös tärkeä rooli.

Kaikkien näiden mikroskooppisten ja elektronisten muuttujien välinen vuorovaikutus tekee joustavuudesta käsitteen, jota on käsiteltävä syvällisesti monivaiheisella analyysillä; ja kaikkien metallien osalta ei ole standardisääntöä.

Tästä syystä kaksi metallia, vaikkakin niillä on hyvin samankaltaisia ​​ominaisuuksia, voi olla tai ei ole muovattava.

Metallien jyvien ja kiteisten rakenteiden koko

Rakeet ovat kiteisiä osia, joissa ei ole havaittavissa olevia epäsäännöllisyyksiä (aukkoja) kolmiulotteisissa matriiseissaan. Ihannetapauksessa niiden tulisi olla täysin symmetrisiä, ja niiden rakenne on hyvin määritelty.

Kullekin saman metallin jyvälle on sama kiteinen rakenne; toisin sanoen metallilla, jolla on kompakti kuusikulmainen rakenne, hcp, on jyviä, joiden kiteet ovat hcp-järjestelmällä. Nämä on järjestetty siten, että ennen vetovoimaa tai venyttämistä ne liukuvat toistensa yli, ikään kuin ne olisivat marmorista koostuvia tasoja..

Yleensä, kun pienistä jyvistä koostuvat tasot, niiden on voitettava suurempi kitkavoima; vaikka ne ovat suuria, he voivat liikkua vapaammin. Itse asiassa jotkut tutkijat pyrkivät muuttamaan tiettyjen seosten sitkeyttä kiteisten jyviensä kontrolloidulla kasvulla..

Toisaalta kiteisen rakenteen suhteen yleensä metallit, joissa on kiteinen systeemi fcc (keskitetty kuutio, tai kuutio, joka on keskitetty kasvoille) ovat kaikkein sitkeimmät. Samaan aikaan metallit, joissa on bcc-kiteisiä rakenteita (kuutio keskitetty runko, kuutio keskittää kasvot) tai hcp, yleensä vähemmän sitkeä.

Esimerkiksi sekä kupari että rauta kiteytyvät fcc-järjestelyllä, ja ne ovat sitkeämpiä kuin sinkki ja koboltti, molemmat hcp-järjestelyillä.

Lämpötilan vaikutus metallien sitkeyteen

Lämpö voi vähentää tai lisätä materiaalien sitkeyttä, ja poikkeukset koskevat myös metalleja. Yleisesti ottaen, kun metalleja pehmennetään, sitä suurempi on mahdollisuus muuttaa ne kierteiksi rikkomatta niitä.

Tämä johtuu siitä, että lämpötilan nousu aiheuttaa metallisten atomien värähtelyn, mikä johtaa jyvien yhdistymiseen; toisin sanoen useita pieniä jyviä yhdistetään muodostamaan suuri vilja.

Suuremmilla jyvillä ductility kasvaa ja molekyylilaseilla on vähemmän fyysisiä esteitä.

Kokeile selittää lasten ja nuorten sitkeyttä

Muovuus muuttuu äärimmäisen monimutkaiseksi, jos mikroskooppisesti analysoidaan. Miten selität sen lapsille ja nuorille? Niin, että se tuntuu mahdollisimman yksinkertaiselta utelias silmäsi.

Purukumi ja muovailuvaha

Toistaiseksi olemme puhuneet metalleista ja sulasta lasista, mutta muita uskomattoman muovailevia materiaaleja: purukumia ja muovailua.

Jotta purukumin sitkeys osoitettaisiin, riittää kahden massan tarttuminen ja niiden venyttäminen; toinen vasemmalla ja toinen oikealla. Tuloksena on purukumin ripustussillan tulos, joka ei voi palata alkuperäiseen muotoonsa, ellei se vaivaa käsin.

Kuitenkin tulee kohta, jossa silta lopulta katkeaa (ja lattia värjätään kumilla).

Yllä olevassa kuvassa se osoittaa, miten lapsi, joka painaa reikää sisältävää säiliötä, tekee muovailusta sellaisen kuin se olisi hiukset. Kuivapelan taikina on vähemmän sitkeä kuin öljyinen; näin ollen kokeilu voisi yksinkertaisesti koostua kahden vihreän myrskyn luomisesta: toisesta kuivalla muovilla ja toisella kostutetulla öljyllä.

Lapsi huomaa, että öljyinen mato on helpompi muovata ja saada pituutta sen paksuuden kustannuksella; Kun mato kuivuu, se todennäköisesti rikkoo useita kertoja.

Muovailuvaha on myös ihanteellinen materiaali selittämään eroa malleabilityn (veneen, portin) ja sitkeyden välillä (hiukset, sliekat, käärmeet, salamandrit jne.).

Demonstraatio metalleilla

Vaikka nuoret eivät manipuloi mitään, kykenevä todistamaan kuparijohtojen muodostumista ensimmäisellä rivillä, voi olla heille houkutteleva ja mielenkiintoinen kokemus. Muovautuvuuden osoittaminen olisi vieläkin täydellisempää, jos jatkamme muiden metallien kanssa ja siten pystymme vertaamaan niiden sitkeyttä.

Seuraavaksi kaikkien lankojen on läpäistävä jatkuva venytys niiden rikkoutumispisteeseen. Tämän myötä nuori tarkastaa visuaalisesti, kuinka sitkeys vaikuttaa langan kestävyyteen.

viittaukset

1. Esimerkkien Encyclopedia (2017). Muoviset materiaalit. Haettu osoitteesta ejemplos.co
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. kesäkuuta 2018). Muotokelpoinen määritelmä ja esimerkit. Haettu osoitteesta thinkco.com
3. Chemstorm. (2. maaliskuuta 2018). Ductile Definition Chemistry. Haettu osoitteesta: chemstorm.com
4. Bell T. (18. elokuuta 2018). Kestävyys selitetty: vetojännitys ja metallit. Tasapaino. Haettu osoitteesta: thebalance.com
5. Dr. Marks R. (2016). Metallien sitkeys Santa Claran yliopiston konetekniikan laitos. [PDF]. Haettu osoitteesta: scu.edu
6. Reid D. (2018). Joustavuus: Määritelmä ja esimerkit. Tutkimus. Haettu osoitteesta study.com
7. Clark J. (lokakuu 2012). Metallirakenteet. Haettu osoitteesta: chemguide.co.uk
8. Chemicool. (2018). Tietoja kulta. Haettu osoitteesta: chemicool.com
9. Materiaalit tänään. (18. marraskuuta 2015). Vahvat metallit voivat silti olla muovattavia. Elsevier. Haettu osoitteesta materialstoday.com