Bimetallid: Määratlus omadused ja rakendused

Bimetall on objekt, mis koosneb kahest erinevast metallist, mille ühendab metallurgiline protsess. Erinevalt leivadest, mis on mitu metalli segunenud, koosnevad bimetallid erinevate metallide kihtidest, mis säilitavad oma individuaalsed omadused. Bimetalle võib nimetada ka bimetallilisteks toodeteks või bikomponentseteks materjalideks.

Bimetallidel on kaks selget metallilist zooni, mis töötavad mehaaniliselt ja elektriliselt ühe ühikuina. Bimetallide eelis on võime kasutada igasuguseid metallide parimate omadusi ühes tootes. Näiteks võivad bimetallid kombinereerida ühe metalli tugevust teise metalli korrosioonikindlusega vastupidavusega või ühe metalli juhavust teise metalli kuluhinnaga.

Bimetallid on laialdaselt kasutusel erinevates tööstusharudes ja rakendustes, nagu elektrilised juhid, elektrilised kontaktid, termostaadid, termomeetrid, kaitsevahendid, kellad, müntid, purkid, lõiked ja palju muud. Selles artiklis uurime bimetallide tööpõhimõtet, levinud kombinatsioone ja peamisi rakendusi.

Kuidas bimetallid töötavad?

Bimetallide tööpõhimõte põhineb sellel, et erinevad metallid omavad erinevat lineaarse soojenäguse (αL) kordajat, mis tähendab, et need laienevad või kokku suruvad erineva kiirusega soojenemisel või jääkmisel. Lineaarne soojenäguse kordaja on defineeritud kui pikkuse muutus astme muutuse kohta temperatuuris.

Kus,

l on objekti algne pikkus,

Δl on pikkuse muutus,

Δt on temperatuuri muutus,

αL ühik on per °C.

Bimetall koosneb kahest erinevatest metallide plokkidest, millel on erinevad lineaarsed soojenäguse kordajad, mis on pikkustega ühendatud. Tavaline bimetall normaalse temperatuuriga on näidatud järgmisel joonisel.

Soojenemisel on mõlemal metallide plokkidel erinevad laienemiste mahu. See põhjustab bimetallilise elemendi painduvuse ja kaare tekkeni nii, et metall, millel on suurem lineaarne soojenäguse kordaja, asub kaare välises osas, ja metall, millel on väiksem lineaarne soojenäguse kordaja, asub kaare sisemises osas, nagu näidatud järgmisel joonisel.

Jääkmisel paindub bimetallilise element kaareks nii, et metall, millel on väiksem lineaarne soojenäguse kordaja, asub kaare välises osas, ja metall, millel on suurem lineaarne soojenäguse kordaja, asub kaare sisemises osas, nagu näidatud järgmisel joonisel.

See fenomen saab kasutada kasuliku seadmega, mis võimaldab tuvastada ja mõõta temperatuuri muutusi.

Mis on mõned levinud kombinatsioonid bimetallide valmistamiseks?

Paljud metallide kombinatsioonid, millel on erinevad lineaarsed soojenäguse kordajad, saavad kasutuda bimetallide valmistamiseks. Mõned levinud kombinatsioonid bimetalliliste plokide valmistamiseks on järgmised:

• Raud (suur αL) ja nikkel (väike αL)

• Pronks (suur αL) ja teräs (väike αL)

• Vask (suur αL) ja raud (väike αL)

• Constantan (suur αL) ja Invar (väike αL)

Mis on mõned peamised bimetallide rakendused?

Bimetallidel on palju rakendusi erinevates valdkondades. Mõned neist on järgmised:

Termostaadid

Bimetallid on väga kasulikud termostaatide valmistamiseks, mis automaatselt lülitavad võrke, et kontrollida teatud seadmete, nagu elektriliivituste, elektrirautade, külmikute, elektriauhinna jms temperatuuri. Mõnes võrkus toimub läbilaskev vool termostaatides, mis toob esile soojenemise.

Tavaline bimetalliline termostaat selliseks operatsiooniks on näidatud järgmisel joonisel:

Termostaatina töötamisel on üks bimetalli ots fixeeritud ja ühendatud varustuse allikaga. Teine ots on vaba liikumiseks. Elektriline kontakt on määratud vaba otsi, mis liigub selle laienemise ja painduvusega.