Bimetaloj: Difino Proprietoj kaj Aplikoj

Bimetalo estas difinita kiel objekto, kiu konsistas el du apartaj metaloj kunigitaj per metalurgia procezo. Kontraŭe al legomoj, kiuj estas miksaĵoj de du aŭ pli da metaloj, bimetaloj konsistas el stratoj de malsamaj metaloj, kiuj konservas siajn individuajn ecojn. Bimetaloj ankaŭ povas esti nomitaj bimetalaj produktoj aŭ bikomponentaj materialoj.

Bimetaloj karakterizatas du apartajn metalajn zonojn de la matro-metaloj, kiuj mekanike kaj elektrike funkcias kiel unu unuo. La avantaĝo de bimetaloj estas la kapablo plene utiligi la plej bonajn ecojn de ĉiu metalo en unu sola produkto. Ekzemple, bimetaloj povas kombini la forton de unu metalo kun la korozio resistanco de alia, aŭ la kondukadon de unu metalo kun la kostefektiveco de alia.

Bimetaloj estas vaste uzataj en diversaj industrioj kaj aplikoj, kiel ekzemple elektraj konduktoroj, elektraj kontaktoj, termostatoj, termometroj, protektaj aparatoj, horloĝoj, moneroj, konzerviloj, lamaĵoj, ktp. En ĉi tiu artikolo, ni esploros la funkcioprinicipon, komunajn kombinaĵojn, kaj majorn aplikojn de bimetaloj.

Kiel funkcias bimetaloj?

La funkcioprinicipo de bimetaloj baziĝas sur tio, ke malsamaj metaloj havas malsamajn koeficientojn de lineara termal-ekspansio (αL), kio signifas, ke ili ekspandas aŭ kontrakcias je malsamaj rapidoj kiam ili estas varmitaj aŭ malvarmitaj. La koeficiento de lineara termal-ekspansio estas difinita kiel frakcia ŝanĝo en longeco per grado-ŝanĝo en temperaturo.

Kie,

l estas la komenca longeco de la objekto,

Δl estas la ŝanĝo en longeco,

Δt estas la ŝanĝo en temperaturo,

La unuo de αL estas per °C.

Bimetalo konsistas el du stripoj de du malsamaj metaloj kun malsamaj koeficientoj de lineara termal-ekspansio, kiuj estas solditaj kune longe. Bimetalo je normala temperaturo estas montrita en la figuro sube.

Kiam varmigite, la ekspansio en la longeco de ambaŭ metalaj stripoj estas malsama. Tio kaŭzas, ke la bimetala elemento kurbiĝas kaj formiĝas arko tiel, ke la metalo kun pli alta koeficiento de lineara termal-ekspansio estas sur la ekstera flanko de la arko, kaj la metalo kun pli malalta koeficiento de lineara termal-ekspansio estas sur la interna flanko de la arko, kiel montrite en la figuro sube.

Kiam malvarmigite, la bimetala elemento kurbiĝas kaj formiĝas arko tiel, ke la metalo kun malpli alta koeficiento de lineara termal-ekspansio estas sur la ekstera flanko de la arko, kaj la metalo kun pli alta koeficiento de lineara termal-ekspansio estas sur la interna flanko de la arko, kiel montrite en la figuro sube.

La supre priskribita fenomeno povas esti uzita por produkti utilan aparaton por detektado kaj mezurado de ŝanĝoj en temperaturo.

Kielajn kombinaĵojn oni ofte uzas por fari bimetalojn?

Multaj kombinaĵoj de metaloj kun malsamaj koeficientoj de lineara termal-ekspansio povas esti uzitaj por formi bimetalojn. Iuj el la ofte uzataj kombinaĵoj por fari bimetala stripojn estas listigitaj sube:

• Ferro (alta αL) kaj nikelo (malalta αL)

• Bronzo (alta αL) kaj akero (malalta αL)

• Kupro (alta αL) kaj ferro (malalta αL)

• Konstantano (alta αL) kaj Invar (malalta αL)

Kielajn gravajn aplikojn havas bimetaloj?

Bimetaloj havas multajn aplikojn en diversaj kampoj. Iuj el ĉi tiuj estas listigitaj sube:

Termostatoj

Bimetaloj estas tre utilaj por fari termostatojn por aŭtomata ŝaltado de cirkvitoj por regi la temperaturon de certaj aparatoj, kiel ekzemple elektraj varmegiloj, elektraj ferkoj, fridililoj, elektraj fornaciloj, ktp. En iuj cirkvitoj, la streĉo pasinta tra la termostato mem produktas varmon por ĝia operacio.

Tipa bimetala termostato por ĉi tiu operacio estas montrita en la figuro sube:

En operacio kiel termostato, unu fino de la bimetalo estas fiksita kaj konektita al la fonto de provizo. La alia fino estas libera por moviĝi. Elektra kontakto estas atachita al la libera fino de la bimetalo, kiu moviĝas kun ĝia ekspando kaj kurbigiĝo.