TAMPRUMAS: SAVYBĖS, PAVYZDŽIAI, EKSPERIMENTAI - CHEMIJA - 2025

Plastiškumas yra patentuota technologija medžiagų, leidžiančių jiems deformuotis ruožas stresą; tai yra, atskyrus du jo galus, kad pailgosios dalies viduryje tam tikro taško lūžio nebūtų. Medžiagai pailgėjant, jos skerspjūvis mažėja ir tampa plonesnis.

Todėl kaliosios medžiagos yra mechaniškai apdorojamos į sriegio formas (sriegius, kabelius, adatas ir kt.). Siuvimo mašinose ritės su žaizdotais siūlais yra naminis kaliųjų medžiagų pavyzdys; kitaip tekstilės pluoštai niekada negalėjo įgyti būdingų formų.

Šaltinis: Emilian Robert Vicol per Flickr.

Koks yra medžiagų lankstumo tikslas? Galimybė įveikti didelius atstumus ar patrauklius dizainus, skirtus įrankiams, papuošalams, žaislams gaminti; arba skysčiui, pavyzdžiui, elektros srovei, pernešti.

Paskutinis pritaikymas yra pagrindinis medžiagų, ypač metalų, stangrumo pavyzdys. Ploni variniai laidai (viršutinis vaizdas) yra geri elektros laidininkai, o kartu su auksu ir platina jie naudojami daugelyje elektroninių prietaisų, kad užtikrintų jų veikimą.

Kai kurie pluoštai yra tokie smulkūs (vos kelių mikrometrų storio), kad poetinė frazė „auksiniai plaukai“ įgauna tikrąją prasmę. Tas pats pasakytina apie varį ir sidabrą.

Tamprumas nebūtų įmanoma savybė, jei nebūtų molekulinio ar atominio pertvarkymo, kad būtų galima neutralizuoti krintančią tempimo jėgą. Ir jei jo nebūtų, žmogus niekada nebūtų žinojęs laidų, antenų, tiltų, o pasaulis liktų tamsoje be elektros šviesos (be daugybės kitų padarinių).

Kas yra lankstumas?

Skirtingai nuo lankstumo, elastingumas reikalauja efektyvesnio konstrukcijos pertvarkymo.

Kodėl? Nes kai paviršiaus įtempis yra didesnis, kieta medžiaga turi daugiau galimybių savo molekules ar atomus stumdyti, formuoti lakštus ar plokšteles; kadangi kai įtempis koncentruojamas mažesniame ir mažesniame skerspjūvyje, molekulinis slydimas turi būti efektyvesnis, kad būtų neutralizuota ši jėga.

Ne visos kietosios medžiagos ar medžiagos tai gali padaryti, ir dėl šios priežasties jos suyra, kai atliekamas tempimo bandymas. Gautos pertraukos yra vidutiniškai horizontalios, o kaliųjų medžiagų pertraukėlės yra kūginės ar smailios - tempimo požymis.

Kaliosios medžiagos taip pat gali peržengti streso tašką. Tai gali būti padidinta padidinus temperatūrą, nes šiluma skatina ir palengvina molekulių slydimą (nors yra keletas išimčių). Būtent šių skaidrių dėka medžiaga gali būti elastinga ir todėl būti elastinga.

Tačiau medžiagos lankstumas apima kitus kintamuosius, tokius kaip drėgmė, šiluma, priemaišos ir jėgos veikimo būdas. Pavyzdžiui, naujai išlydytas stiklas yra elastingas ir įgauna siūlų pavidalą; Tačiau atvėsdamas jis tampa trapus ir gali sulūžti dėl bet kokio mechaninio smūgio.

Savybės

Kaustomosios medžiagos turi savo savybes, tiesiogiai susijusias su jų molekuliniu išdėstymu. Šiuo atžvilgiu standus metalinis strypas ir šlapio molio lazdelė gali būti elastingi, net jei jų savybės labai skiriasi.

Tačiau jie visi turi ką nors bendro: plastiškas elgesys prieš sudaužymą. Kuo skiriasi plastikinis ir elastingas daiktas?

Elastingas objektas yra grįžtamai deformuotas, kuris iš pradžių atsiranda su kaliojo audinio medžiagomis; tačiau padidėjus tempimo jėgai, deformacija tampa negrįžtama ir objektas tampa plastinis.

Nuo to laiko viela ar sriegis įgauna apibrėžtą formą. Po nuolatinio tempimo jo skerspjūvis tampa toks mažas, o tempiamasis įtempis yra per didelis, kad jo molekuliniai slydimai nebegali neutralizuoti įtempių, ir jis galų gale sugenda.

Jei medžiagos elastingumas yra ypač didelis, kaip ir aukso atveju, su vienu gramu galima gauti laidus, kurių ilgis neviršija 66 km, o storis 1 µm.

Kuo ilgesnė iš masės gauta viela, tuo mažesnis jos skerspjūvis (nebent yra tonų aukso, kad būtų galima pastatyti didelio storio vielą).

Kaliojo metalo pavyzdžiai

Metalai yra viena iš kaliųjų medžiagų, kuriuos galima pritaikyti daugybe. Triadą sudaro metalai: auksas, varis ir platina. Vienas yra auksas, kitas rausvai oranžinis, o paskutinis sidabras. Be šių metalų, yra ir kitų, mažiau elastingų:

-Iron

-Cinkas

-Šeštukai (ir kiti metalų lydiniai)

-Auksas

-Aluminis

-Samariumas

-Magnis

-Vanadas

- Plienas (nors jo lankstumas gali būti paveiktas priklausomai nuo jo anglies sudėties ir kitų priedų)

-Sidabras

-Tin

-Švinas (bet tam tikruose mažuose temperatūros diapazonuose)

Be išankstinių eksperimentinių žinių sunku išsiaiškinti, kurie metalai yra išties lankstūs. Jo elastingumas priklauso nuo grynumo laipsnio ir nuo to, kaip priedai sąveikauja su metaliniu stiklu.

Taip pat atsižvelgiama į kitus kintamuosius, tokius kaip kristalų grūdelių dydis ir kristalo išdėstymas. Be to, svarbų vaidmenį vaidina ir elektronų bei molekulinių orbitų, dalyvaujančių metaliniame ryšyje, ty „elektronų jūroje“, skaičius.

Dėl visų šių mikroskopinių ir elektroninių kintamųjų sąveikos plastiškumas tampa koncepcija, kurią reikia išsamiai nagrinėti atliekant daugiamatę analizę; ir bus nustatyta, kad nėra standartinės taisyklės visiems metalams.

Būtent dėl ​​šios priežasties du metalai, nors ir pasižymintys labai panašiomis savybėmis, gali būti kaltiniai.

Grūdų dydis ir kristalų struktūros iš metalų

Grūdai yra stiklo dalys, kuriose nėra matomų nelygumų (tuštumų) jų trimatėje struktūroje. Idealiu atveju jie turėtų būti visiškai simetriški ir labai gerai apibrėžta struktūra.

Kiekvienas to paties metalo grūdas turi tą pačią kristalinę struktūrą; tai yra, metalas, turintis kompaktišką šešiakampę struktūrą, hcp, turi grūdus su kristalais su hcp sistema. Jie yra išdėstyti taip, kad prieš sukibimo ar tempimo jėgą jie slystų vienas ant kito, tarsi plokštumos, sudarytos iš rutulių.

Paprastai, kai slysta plokštumos iš mažų grūdelių, jos turi įveikti didesnę trinties jėgą; o jei jie yra dideli, jie gali judėti laisviau. Tiesą sakant, kai kurie tyrinėtojai siekia modifikuoti tam tikrų lydinių elastingumą kontroliuodami jų kristalinių grūdų augimą.

Kita vertus, kalbant apie kristalinę struktūrą, dažniausiai metalai, kurių kristalinė sistema yra fcc (susiduria su centre esančiu kubiniu arba kubiniu centru ant veido), yra labiausiai lankstūs. Tuo tarpu metalai, kurių kristalinės struktūros yra neskaidrios struktūros (kūnas, kurio kūnas yra centre, kubinis, nukreiptas į veidus) arba hcp, paprastai yra mažiau lankstus.

Pvz., Tiek varis, tiek geležis kristalizuojasi pagal fcc struktūrą ir yra elastingesni nei cinkas ir kobaltas, abu turi hcp išdėstymą.

Temperatūros poveikis metalų lankstumui

Šiluma gali sumažinti arba padidinti medžiagų lankstumą, o išimtys galioja ir metalams. Tačiau kaip taisyklė, kuo minkštesni metalai, tuo lengviau juos paversti siūlais nesulaužant.

Taip yra dėl to, kad dėl padidėjusios temperatūros metaliniai atomai vibruoja, todėl grūdai suvienodėja; tai yra, keli maži grūdai susilieja ir sudaro vieną didelį grūdelį.

Esant didesniems grūdams, padidėja lankstumas, o molekulinis slydimas susiduria su mažiau fizinių kliūčių.

Eksperimentas vaikų ir paauglių lankstumui paaiškinti

Šaltinis: Doug Waldron per Flickr.

Tamprumas tampa ypač sudėtinga sąvoka, jei pradedate ją analizuoti mikroskopu. Taigi kaip tai paaiškinti vaikams ir paaugliams? Tokiu būdu, kad smalsių jų akims tai atrodo kuo paprasčiau.

Kramtoma guma ir žaidžiama tešla

Iki šiol buvo kalbėta apie išlydytą stiklą ir metalus, tačiau yra ir kitų neįtikėtinai elastingų medžiagų: kramtomosios gumos ir modeliavimo molio.

Norėdami parodyti kramtomosios gumos lankstumą, pakanka sugriebti dvi mases ir pradėti jas tempti; vienas bus kairėje, o kitas bus nešamas į dešinę. Rezultatas bus kabinamas dantenų tiltas, kuris negalės grįžti į savo pradinę formą, jei nebus minkomas rankomis.

Tačiau ateis taškas, kuriame tiltas ilgainiui nutrūks (ir grindys bus nudažytos guma).

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta, kaip vaikas, spausdamas indą su skylutėmis, plastiliną išlipa tarsi plaukai. Sausas glaistas yra mažiau elastingas nei riebus glaistas; Todėl eksperimentą paprasčiausiai galėtų sudaryti dviejų kirminų sukūrimas: vienas su sausu moliu, o kitas sudrėkintas aliejuje.

Vaikas pastebės, kad riebią kirminą lengviau suformuoti ir įgyti ilgį jo storio sąskaita; Nors kirminas išdžiūsta, greičiausiai jis gali suskaidyti kelis kartus.

Plastilinas taip pat yra ideali medžiaga, paaiškinanti skirtumą tarp lankstumo (valtis, vartai) ir lankstumo (plaukai, kirminai, gyvatės, salamandros ir kt.).

Demonstracija su metalais

Nors paaugliai absoliučiai niekuo nemanipuliuos, galimybė liudyti varinių laidų susidarymą pirmoje eilėje jiems gali būti patraukli ir įdomi patirtis. Tamprumas būtų dar išsamesnis, jei būtų imamasi kitų metalų ir tokiu būdu būtų galima palyginti jų lankstumą.

Tada visi laidai turi būti nuolat tempiami iki jų lūžio taško. Tokiu būdu paauglys vizualiai patvirtins, kaip tamprumas įtakoja vielos atsparumą lūžimui.

Nuorodos

1. Pavyzdžių enciklopedija (2017). Kaustinės medžiagos. Atkurta iš: pavyzdžiai.co
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 m. Birželio 22 d.). Kaliojo apibrėžimas ir pavyzdžiai. Atgauta iš: thinkco.com
3. Chemstorm. (2018 m. Kovo 02 d.). Kaliojo apibrėžimo chemija. Atgauta iš: chemstorm.com
4. Varpas T. (2018 m. Rugpjūčio 18 d.). Paaiškinta, kad lankstumas: tempiamasis įtempis ir metalai. Pusiausvyra. Atkurta iš: thebalance.com
5. Dr Marks R. (2016). Melastingumas. Santa Klaros universiteto Mechanikos inžinerijos katedra. . Atgauta iš: scu.edu
6. Reidas D. (2018). Tvirtumas: apibrėžimas ir pavyzdžiai. Tyrimas. Atgauta iš: study.com
7. Clarkas J. (2012 m. Spalis). Metalinės konstrukcijos. Atgauta iš: chemguide.co.uk
8. Chemikolas. (2018 m.). Faktai apie auksą. Atkurta iš: chemicool.com
9. Medžiagos šiandien. (2015 m. Lapkričio 18 d.). Stiprūs metalai vis dar gali būti elastingi. Elsevier. Atkurta iš: materialstoday.com