Dvoukovy: Definice, vlastnosti a aplikace

Bimetal je definován jako objekt složený ze dvou různých kovů spojených společně metalurgickým procesem. Na rozdíl od slitin, které jsou směsí dvou nebo více kovů, bimetaly tvoří vrstvy různých kovů, které zachovávají své individuální vlastnosti. Bimetaly lze také nazvat bimetalickými produkty nebo dvousložkovými materiály.

Bimetaly se charakterizují dvěma odlišnými kovovými zónami mateřských kovů, které fungují mechanicky a elektricky jako jednotka. Výhodou bimetalu je možnost plného využití nejlepších vlastností každého kovu v jednom produktu. Například bimetaly mohou kombinovat sílu jednoho kovu s odolností druhého proti elektrickému odporu, nebo vodivost jednoho kovu s nákladovou efektivitou druhého.

Bimetaly se široce používají v různých průmyslových odvětvích a aplikacích, jako jsou elektrické vodiče, elektrické kontakty, termostaty, teploměry, ochranné zařízení, hodiny, mince, plechovky, čepele a další. V tomto článku si probereme princip fungování, běžné kombinace a hlavní aplikace bimetálů.

Jak fungují bimetaly?

Princip fungování bimetálů je založen na skutečnosti, že různé kovy mají různé koeficienty lineární tepelné expanze (αL), což znamená, že se při zahřátí nebo ochlazení rozšiřují nebo stahuji různým tempem. Koeficient lineární tepelné expanze je definován jako zlomek změny délky za stupeň změny teploty.

Kde,

l je počáteční délka objektu,

Δl je změna délky,

Δt je změna teploty,

Jednotkou αL je na °C.

Bimetal se skládá ze dvou pásů z dvou různých kovů s různými koeficienty lineární tepelné expanze, které jsou spojeny podél délky. Bimetal při normální teplotě je znázorněn na následujícím obrázku.

Při zahřátí se délky obou kovových pásů rozšiřují různě. To způsobí, že bimetalický prvek ohne a utvoří oblouk tak, že kov s vyšším koeficientem lineární tepelné expanze bude na vnější straně oblouku, a kov s nižším koeficientem lineární tepelné expanze bude na vnitřní straně oblouku, jak je znázorněno na následujícím obrázku.

Při ochlazení se bimetalický prvek ohne a utvoří oblouk tak, že kov s nižším koeficientem lineární tepelné expanze bude na vnější straně oblouku, a kov s vyšším koeficientem lineární tepelné expanze bude na vnitřní straně oblouku, jak je znázorněno na následujícím obrázku.

Tento fenomén lze využít k vytvoření užitečného zařízení pro detekci a měření změn teploty.

Jaké jsou běžné kombinace pro výrobu bimetálů?

Pro vytvoření bimetálů lze použít mnoho kombinací kovů s různými koeficienty lineární tepelné expanze. Některé z běžně používaných kombinací pro výrobu bimetalických pásových prvků jsou uvedeny níže:

• Železo (vysoké αL) a nikl (nízké αL)

• Měď (vysoké αL) a ocel (nízké αL)

• Brášna (vysoké αL) a ocel (nízké αL)

• Constantan (vysoké αL) a Invar (nízké αL)

Jaké jsou hlavní aplikace bimetálů?

Bimetaly mají mnoho aplikací v různých oblastech. Některé z nich jsou uvedeny níže:

Termostaty

Bimetaly jsou velmi užitečné pro výrobu termostatů pro automatické přepínání obvodů k řízení teploty určitých přístrojů, jako jsou elektrické topidlo, žehličky, ledničky, elektrické trouby atd. V některých obvodech průtok elektrického proudu projde samotným termostatem a vytvoří teplo pro jeho funkci.

Typický bimetalický termostat pro tuto operaci je znázorněn na následujícím obrázku: