دو فلزی ها: تعریف، ویژگی ها و کاربردها

یک بی‌متال به عنوان یک شیء تعریف می‌شود که از دو فلز جداگانه تشکیل شده و با یک فرآیند متالورژیک به هم متصل شده‌اند. بر خلاف آلیاژها که ترکیبی از دو یا چند فلز هستند، بی‌متال‌ها شامل لایه‌های مختلف از فلزاتی هستند که ویژگی‌های فردی خود را حفظ می‌کنند. بی‌متال‌ها می‌توانند به نام محصولات بی‌متالی یا مواد دو مؤلفه‌ای نیز خوانده شوند.

بی‌متال‌ها با دو منطقه فلزی متمایز از فلزهای اصلی مشخص می‌شوند که به صورت مکانیکی و الکتریکی به عنوان یک واحد عمل می‌کنند. مزیت بی‌متال‌ها این است که می‌توان به طور کامل بهترین ویژگی‌های هر فلز در یک محصول واحد استفاده کرد. به عنوان مثال، بی‌متال‌ها می‌توانند قدرت یک فلز را با مقاومت در برابر مقاومت الکتریکی فلز دیگر یا هدایت‌پذیری یک فلز با کاهش هزینه‌های فلز دیگر ترکیب کنند.

بی‌متال‌ها در صنایع مختلف و کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند رسانه‌های الکتریکی، تماس‌های الکتریکی، دماسنج‌ها، دماسنج‌ها، دستگاه‌های محافظ، ساعت‌ها، سکه‌ها، کنسروها، لезه‌ها و غیره. در این مقاله، به اصول کار، ترکیبات معمول و کاربردهای اصلی بی‌متال‌ها می‌پردازیم.

بی‌متال‌ها چگونه کار می‌کنند؟

اصول کار بی‌متال‌ها بر این حقیقت استوار است که فلزات مختلف ضرایب تغییرات خطی حرارتی (αL) متفاوتی دارند که به این معناست که وقتی گرم یا سرد می‌شوند، با نرخ‌های متفاوتی منبسط یا انقباض می‌یابند. ضریب تغییرات خطی حرارتی به عنوان تغییر کسری در طول به ازای تغییر یک درجه در دما تعریف می‌شود.

که در آن،

l طول اولیه شیء است،

Δl تغییر در طول است،

Δt تغییر در دما است،

واحد αL بر °C است.

یک بی‌متال از دو نوار از دو فلز مختلف با ضرایب تغییرات خطی حرارتی متفاوت تشکیل شده که به طولی به هم پیوسته‌اند. یک بی‌متال در دمای عادی در شکل زیر نشان داده شده است.

وقتی گرم می‌شود، منبسط شدن طولی دو نوار فلزی متفاوت است. این باعث می‌شود که المان بی‌متالی خم شده و به شکل یک کمان درآید به طوری که فلز با ضریب تغییرات خطی حرارتی بالاتر در طرف بیرونی کمان و فلز با ضریب تغییرات خطی حرارتی پایین‌تر در طرف داخلی کمان قرار می‌گیرد مانند شکل زیر.

وقتی سرد می‌شود، المان بی‌متالی خم شده و به شکل یک کمان درآید به طوری که فلز با ضریب تغییرات خطی حرارتی پایین‌تر در طرف بیرونی کمان و فلز با ضریب تغییرات خطی حرارتی بالاتر در طرف داخلی کمان قرار می‌گیرد مانند شکل زیر.

این پدیده می‌تواند برای تولید یک دستگاه مفید برای تشخیص و اندازه‌گیری تغییرات دما استفاده شود.

ترکیبات معمول برای ساخت بی‌متال‌ها چه هستند؟

بسیاری از ترکیبات فلزات با ضرایب تغییرات خطی حرارتی متفاوت می‌توانند برای تشکیل بی‌متال‌ها استفاده شوند. برخی از ترکیبات معمول برای ساخت نوارهای بی‌متالی در زیر فهرست شده‌اند:

• آهن (با αL بالا) و نیکل (با αL پایین)

• مس (با αL بالا) و فولاد (با αL پایین)

• مس (با αL بالا) و آهن (با αL پایین)

• کانستان (با αL بالا) و اینوار (با αL پایین)

کاربردهای اصلی بی‌متال‌ها چه هستند؟

بی‌متال‌ها کاربردهای زیادی در زمینه‌های مختلف دارند. برخی از این کاربردها در زیر فهرست شده‌اند:

دماسنج‌ها

بی‌متال‌ها برای ساخت دماسنج‌ها برای تغییر خودکار مدارهای الکتریکی به منظور کنترل دمای برخی از دستگاه‌ها مانند گرمکن‌های الکتریکی، آهن‌گرم‌کن‌ها، یخچال‌ها، فر‌های الکتریکی و غیره بسیار مفید هستند. در برخی از مدارها، جریان عبوری از دماسنج خود برای عملکرد آن گرما تولید می‌کند.

یک دماسنج بی‌متالی معمولی برای این عملکرد در شکل زیر نشان داده شده است:

پاداش