Hvordan påvirker temperaturen metal?

Metaller er elementer eller forbindelser med fremragende ledningsevne for både elektricitet og varme, hvilket gør dem nyttige til en lang række praktiske formål. Den periodiske tabel indeholder i øjeblikket 91 metaller, og hver har sine egne specifikke egenskaber. De elektriske, magnetiske og strukturelle egenskaber af metaller kan ændre sig med temperaturen og derved give nyttige egenskaber til teknologiske apparater. At forstå påvirkningen af temperatur på egenskaberne af metaller giver dig en dybere forståelse af, hvorfor de er så vidt brugt i den moderne verden.

TL; DR (for lang; ikke læst)

TL; DR

Temperaturen påvirker metal på adskillige måder. En højere temperatur øger et metal's elektriske modstand, og en lavere temperatur reducerer det. Opvarmet metal gennemgår termisk ekspansion og stiger i volumen. Forøgelse af temperaturen på et metal kan få det til at gennemgå allotropisk faseomdannelse, hvilket ændrer orienteringen af dets bestanddele atomer og ændrer dets egenskaber. Endelig bliver ferromagnetiske metaller mindre magnetiske, når de kan blive varmere og miste deres magnetisme over Curie-temperaturen.
Elektronspredning og modstand -

Når elektroner strømmer gennem hovedparten af et metal, spreder de hinanden og også uden for materialets grænser. Forskere kalder dette fænomen "modstand." En stigning i temperaturen giver elektronerne mere kinetisk energi, hvilket øger deres hastighed. Dette fører til en større mængde spredning og en højere målt modstand. Et fald i temperaturen fører til en reduktion i elektronhastigheden, hvilket mindsker spredningsmængden og den målte modstand. Moderne termometre bruger ændringen i en elektrisk modstand for en ledning til at måle temperaturændringer.
Termisk udvidelse

En stigning i temperaturen fører til en lille stigning i længden, arealet og volumen af et metal , kaldet termisk ekspansion. Størrelsen af udvidelsen afhænger af det specifikke metal. Termisk ekspansion skyldes forøgelsen af atomvibrationer med temperatur, og overvejelse af termisk ekspansion er vigtig i en række anvendelser. For eksempel skal fabrikanterne ved design af rørledninger i badeværelser tage hensyn til sæsonbetonede ændringer i temperaturen for at undgå at sprænge rør.
Allotropiske faseomdannelser

De tre vigtigste faser af stof kaldes fast, væske og gas . Et fast stof er en tætpakket række atomer med en bestemt krystalsymmetri kendt som en allotrope. Opvarmning eller afkøling af et metal kan føre til en ændring i atomernes orientering i forhold til de andre. Dette er kendt som en allotropisk fase-transformation. Et godt eksempel på en allotropisk faseomdannelse ses i jern, der går fra alfafasen ved stuetemperatur til gammafasejern ved 912 grader Celsius (1.674 grader Fahrenheit). Gammafasen af jern, der er i stand til at opløse mere kulstof end alfa-fasen, letter i fremstillingen af rustfrit stål.
Reduktion af magnetisme -

Spontant kaldes magnetiske metaller ferromagnetiske materialer. De tre ferromagnetiske metaller ved stuetemperatur er jern, kobolt og nikkel. Opvarmning af et ferromagnetisk metal reducerer dens magnetisering, og det mister til sidst helt sin magnetisme. Temperaturen, ved hvilken et metal mister sin spontane magnetisering, er kendt som Curie-temperaturen. Nikkel har de laveste Curie-punkter af de enkelte elementer og ophører med at blive magnetisk ved 330 grader Celsius (626 grader Fahrenheit), mens kobolt forbliver magnetisk indtil 1.100 grader Celsius (2.012 grader Fahrenheit).