Bimetálok: Definíció, tulajdonságok és alkalmazások
A bimetal definiálva mint egy objektum, amelyet két különböző fém összekapcsolása ad eredményül metallurgiai folyamattal. Szemben az ötvözetekkel, amelyek két vagy több fémből állnak, a bimetálok különböző rétegekből álló fémekből tevődnek össze, melyek megtartják a sajátos tulajdonságaikat. A bimetálokat bimetáli termékeknek vagy bikomponens anyagoknak is nevezhetjük.
A bimetálok jellemzően két különböző fém zónával rendelkeznek, melyek mechanikailag és elektrikailag egységként működnek. A bimetálok előnye, hogy kihasználhatók a különböző fémek legjobb tulajdonságai egyetlen termékben. Például a bimetálok kombinálhatják egy fém erősségét más fém rostingállásával, vagy egy fém vezetőképességét más fém költséghatékonyságával.
A bimetálok széles körben használatban vannak különböző iparágakban és alkalmazásokban, például elektromos vezetők, elektromos kapcsolók, hőmérséklet-állítók, hőmérők, védelmi eszközök, órák, érmék, konzervdobozok, kések, stb. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a bimetálok működési elvét, a gyakori kombinációkat és a főbb alkalmazásokat.
Hogyan működnek a bimetálok?
A bimetálok működési elve az alapul, hogy különböző fémek különböző lineáris hőtágulási együtthatókkal (αL) rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy különböző sebességgel tágulnak vagy zsugorodnak melegedés vagy hidegkedés során. A lineáris hőtágulási együttható definíciója, hogy a hossz változása fokonként változik a hőmérséklet változásával.
Ahol,
l az objektum kezdeti hossza,
Δl a hossz változása,
Δt a hőmérséklet változása,
Az αL egysége 1/°C.
A bimetál két különböző fém sávából áll, melyek különböző lineáris hőtágulási együtthatókkal rendelkeznek, és hosszirányban hegyesítve vannak. A normál hőmérsékleten lévő bimetál ábrázolása látványban látható.
Feltételezve, hogy melegedik, a két fém sáv hosszának változása különböző lesz. Ez olyan ívet okoz a bimetáli elemben, hogy a magasabb lineáris hőtágulási együtthatójú fém a körív külső oldalán, a kisebb lineáris hőtágulási együtthatójú fém pedig a körív belső oldalán helyezkedik el, ahogy a következő ábra mutatja.
Hűltetés esetén a bimetáli elem íves formát öl, úgy, hogy a kisebb lineáris hőtágulási együtthatójú fém a körív külső oldalán, a nagyobb lineáris hőtágulási együtthatójú fém pedig a körív belső oldalán helyezkedik el, ahogy a következő ábra mutatja.
Ez a jelenség hasznos eszköz készítésére alkalmas, amely a hőmérséklet változásainak detektálására és mérésére alkalmas.
Milyen gyakori kombinációk használhatók bimetálok készítésére?
Számos különböző fém kombinációja használható bimetálok készítésére, amelyek különböző lineáris hőtágulási együtthatókkal rendelkeznek. Néhány gyakran használt kombináció a bimetáli sávok készítésére:
Vas (magas αL) és nikel (alacsony αL)
Brassz (magas αL) és acél (alacsony αL)
Réz (magas αL) és vas (alacsony αL)
Constantan (magas αL) és Invar (alacsony αL)
Milyen főbb alkalmazásai vannak a bimetáloknak?
A bimetálok számos területen találják alkalmazásukat. Néhány példa a következők:
Hőmérséklet-állítók
A bimetálok nagyon hasznosak hőmérséklet-állítók készítésére, amelyek automatikusan kapcsolják be és kikapcsolják a köröket, hogy bizonyos berendezések, például elektromos fűtők, elektromos vasak, hűtők, elektromos sütők, stb. hőmérsékletét ellenőrizzék. Néhány körben a áram, amely a hőmérséklet-állítón keresztül halad, hőt termel a működéshez.
Egy tipikus bimetáli hőmérséklet-állító ezen a műveletre a következő ábrán látható:
