Bimetalls: Definició, Propietats i Aplicacions
Un bimetall es defineix com un objecte que està compost per dos metalls diferents units mitjançant un procés metallúrgic. A diferència de les aleacions, que són mescla de dos o més metalls, els bimetalls consisteixen en capes de metalls diferents que conserven les seves característiques individuals. Els bimetalls també poden anomenar-se productes bimetàl·lics o materials bicomponents.
Els bimetalls es caracteritzen per dues zones metàl·liques distintes dels metalls originals, que funcionen mecànicament i elèctricament com una unitat única. L'avantatge dels bimetalls és la capacitat d'aprovitar plenament les millors qualitats de cada metall en un sol producte. Per exemple, els bimetalls poden combinar la resistència d'un metall amb la resistència a la corrosió d'un altre, o la conductivitat d'un metall amb l'eficiència en costos d'un altre.
Els bimetalls s'utilitzen ampliament en diverses indústries i aplicacions, com ara conductors elèctrics, contactes elèctrics, termostats, termòmetres, dispositius protectors, rellotges, monedes, llaunes, lames i més. En aquest article, explorarem el principi de funcionament, les combinacions comunes i les principals aplicacions dels bimetalls.
Com funcionen els bimetalls?
El principi de funcionament dels bimetalls es basa en el fet que diferents metalls tenen coeficients de dilatació lineal tèrmica (αL) diferents, el que significa que es dilaten o contracten a diferents velocitats quan es calenten o refreden. El coeficient de dilatació lineal tèrmica es defineix com el canvi fraccional en longitud per grau de canvi de temperatura.
On,
l és la longitud inicial de l'objecte,
Δl és el canvi en longitud,
Δt és el canvi en temperatura,
La unitat de αL és per °C.
Un bimetall consta de dues taules de dos metalls diferents amb coeficients de dilatació lineal tèrmica diferents, soldades juntament longitudinalment. Un bimetall a temperatura normal es mostra a la figura següent.
Quan es calenta, les expansions en la longitud de les dues taules metàl·liques són diferents. Això fa que l'element bimetàl·lic es corbi i formi un arc de manera que el metall amb un coeficient de dilatació lineal tèrmica més alt estigui a l'exterior de l'arc, i el metall amb un coeficient de dilatació lineal tèrmica més baix estigui a l'interior de l'arc, tal com es mostra a la figura següent.
Quan es refreda, l'element bimetàl·lic es corba i forma un arc de manera que el metall amb un coeficient de dilatació lineal tèrmica més baix estigui a l'exterior de l'arc, i el metall amb un coeficient de dilatació lineal tèrmica més alt estigui a l'interior de l'arc, tal com es mostra a la figura següent.
Aquest fenomen es pot utilitzar per produir un dispositiu útil per detectar i mesurar canvis de temperatura.
Quines són algunes combinacions comunes per fer bimetalls?
Moltes combinacions de metalls amb diferents coeficients de dilatació lineal tèrmica es poden utilitzar per formar bimetalls. Algunes de les combinacions comunes per fer taules bimetàl·liques són les següents:
Ferro (αL alt) i níquel (αL baix)
Llató (αL alt) i acer (αL baix)
Cupre (αL alt) i ferro (αL baix)
Constantan (αL alt) i Invar (αL baix)
Quines són algunes aplicacions principals dels bimetalls?
Els bimetalls tenen moltes aplicacions en diversos camps. Algunes d'aquestes són les següents:
Termostats
Els bimetalls són molt útils per fer termostats per al commutació automàtica de circuits per controlar la temperatura de certs aparells com calentadors elèctrics, ferros elèctrics, neveres, fornells elèctrics, etc. En alguns circuits, la corrent passada a través del termostat mateix produeix calor per a la seva operació.
Un tipus típic de termostat bimetàl·lic per a aquesta operació es mostra a la figura següent:
En operació com a termostat, un extrem del bimetall està fixat i connectat a la font d'abastament. L'altre extrem és lliure per moure's. Un contacte elèctric s'adjunta a l'extrem lliure del bimetall, que es mou amb la seva expansió i corbatura.
A temperatura
