Bimetaller: Definition, egenskaber og anvendelser

En bimetal defineres som et objekt, der består af to separate metaller, som er forbundet sammen ved en metallurgisk proces. I modsætning til legeringer, som er blanding af to eller flere metaller, består bimetaller af lag af forskellige metaller, der beholder deres individuelle egenskaber. Bimetaller kan også kaldes bimetaliske produkter eller bicomponent materialer.

Bimetaller kendetegnes ved to forskellige metalzone fra modermetallerne, som fungerer mekanisk og elektrisk som en enhed. Fordelet ved bimetaller er muligheden for at fuldt ud udnytte de bedste egenskaber af hvert metal i et enkelt produkt. For eksempel kan bimetaller kombinere styrken af ét metal med korrosionsmodstand resistens af et andet, eller ledningen af ét metal med kostnadseffektiviteten af et andet.

Bimetaller anvendes bredt i forskellige industrier og applikationer, såsom elektriske ledere, elektriske kontakter, termostater, termometer, beskyttelsesenheder, ure, mønter, dåser, blad, og mere. I denne artikel vil vi udforske arbejdsmåden, almindelige kombinationer, og de vigtigste anvendelser af bimetaller.

Hvordan virker bimetaller?

Arbejdsmåden for bimetaller er baseret på det faktum, at forskellige metaller har forskellige koefficienter for lineær termisk udvidelse (αL), hvilket betyder, at de udvider eller kontraherer sig i forskellige hastigheder, når de opvarmes eller afkjøles. Koefficienten for lineær termisk udvidelse defineres som den fraktionale ændring i længde pr grad ændring i temperatur.

Hvor,

l er den oprindelige længde af objektet,

Δl er ændringen i længde,

Δt er ændringen i temperatur,

Enheden for αL er per °C.

Et bimetal består af to striber af to forskellige metaller med forskellige koefficienter for lineær termisk udvidelse, som er svaret sammen langsvis. Et bimetal ved normal temperatur er vist på figuren nedenfor.

Når det opvarmes, er udvidelsen i længden af begge metalstriber forskellig. Dette får det bimetaliske element til at bøje sig og danne en bue, således at metallet med den højere koefficient for lineær termisk udvidelse er på den ydre side af buen, og metallet med den lavere koefficient for lineær termisk udvidelse er på den indre side af buen, som vist på figuren nedenfor.

Når det afkjøles, bøjer det bimetaliske element sig og danner en bue, således at metallet med den lavere koefficient for lineær termisk udvidelse er på den ydre side af buen, og metallet med den højere koefficient for lineær termisk udvidelse er på den indre side af buen, som vist på figuren nedenfor.

Den ovenstående fænomen kan bruges til at producere et nyttigt instrument til at registrere og måle ændringer i temperatur.

Hvilke er nogle almindelige kombinationer for at lave bimetaller?

Mange kombinationer af metaller med forskellige koefficienter for lineær termisk udvidelse kan bruges til at danne bimetaller. Nogle af de ofte anvendte kombinationer for at lave bimetaliske striber er nævnt nedenfor:

• Jern (høj αL) og nikkel (lav αL)

• Messing (høj αL) og stål (lav αL)

• Kobber (høj αL) og jern (lav αL)

• Constantan (høj αL) og Invar (lav αL)

Hvilke er nogle vigtige anvendelser af bimetaller?

Bimetaller har mange anvendelser i forskellige områder. Nogle af disse er nævnt nedenfor:

Termostater

Bimetaller er meget nyttige til at lave termostater til automatisk skift af kredsløb for at styre temperaturen på visse apparater som elektriske varmeovner, strykjern, køleskabe, elektriske ovne osv. I nogle kredsløb passerer strøm gennem selve termostaten, som producerer varme til dets funktion.

En typisk bimetalisk termostat til denne operation er vist på figuren nedenfor:

I drift som termostat er den ene ende af bimetallet fastgjort og forbundet til strømforsyningen. Den anden ende er fri til at bevæge sig. En elektrisk kontakt er monteret på den frie ende af bimetallet, som bevæger sig med dens udvidelse og bøjning.

Ved normal temperatur laver denne bevægende kontakt kontakt med en fast kontakt, som vist på figuren ovenfor. Når det opvarmes, bøjer dette bimetaliske