Bimetalli: Definizione Proprietà e Applicazioni

Un bimetal è definito come un oggetto composto da due metalli separati uniti insieme tramite un processo metallurgico. A differenza degli allievi, che sono miscele di due o più metalli, i bimetalli sono costituiti da strati di metalli diversi che mantengono le loro caratteristiche individuali. I bimetalli possono anche essere chiamati prodotti bimetallici o materiali bicomponenti.

I bimetalli sono caratterizzati da due zone metalliche distinte dei metalli di partenza, che funzionano meccanicamente ed elettricamente come un'unica unità. Il vantaggio dei bimetalli è la capacità di sfruttare appieno le migliori qualità di ciascun metallo all'interno di un singolo prodotto. Ad esempio, i bimetalli possono combinare la resistenza di un metallo con la resistenza alla corrosione di un altro, o la conduttività di un metallo con l'efficienza economica di un altro.

I bimetalli sono ampiamente utilizzati in vari settori e applicazioni, come conduttori elettrici, contatti elettrici, termostati, termometri, dispositivi di protezione, orologi, monete, lattine, lame e altro ancora. In questo articolo, esploreremo il principio di funzionamento, le combinazioni comuni e le principali applicazioni dei bimetalli.

Come funzionano i bimetalli?

Il principio di funzionamento dei bimetalli si basa sul fatto che diversi metalli hanno coefficienti di dilatazione lineare termica (αL) diversi, il che significa che si espandono o si contraggono a diverse velocità quando riscaldati o raffreddati. Il coefficiente di dilatazione lineare termica è definito come la variazione frazionaria della lunghezza per grado di variazione della temperatura.

Dove,

l è la lunghezza iniziale dell'oggetto,

Δl è la variazione della lunghezza,

Δt è la variazione della temperatura,

L'unità di αL è per °C.

Un bimetallo è costituito da due strisce di due metalli diversi con coefficienti di dilatazione lineare termica diversi, saldate insieme longitudinalmente. Un bimetallo a temperatura normale è mostrato nella figura qui sotto.

Quando riscaldato, le espansioni nella lunghezza di entrambe le strisce metalliche sono diverse. Questo causa il piegamento dell'elemento bimetallico formando un arco in modo tale che il metallo con un coefficiente di dilatazione lineare termica più alto si trova sul lato esterno dell'arco, mentre il metallo con un coefficiente di dilatazione lineare termica più basso si trova sul lato interno dell'arco, come mostrato nella figura qui sotto.

Quando raffreddato, l'elemento bimetallico si piega e forma un arco in modo tale che il metallo con un coefficiente di dilatazione lineare termica più basso si trova sul lato esterno dell'arco, mentre il metallo con un coefficiente di dilatazione lineare termica più alto si trova sul lato interno dell'arco, come mostrato nella figura qui sotto.

Il fenomeno sopra descritto può essere utilizzato per produrre un dispositivo utile per rilevare e misurare le variazioni di temperatura.

Quali sono alcune combinazioni comuni per realizzare bimetalli?

Molte combinazioni di metalli con coefficienti di dilatazione lineare termica diversi possono essere utilizzate per formare bimetalli. Alcune delle combinazioni comunemente utilizzate per la realizzazione di strisce bimetalliche sono elencate di seguito:

• Ferro (alto αL) e nichel (basso αL)

• Ottone (alto αL) e acciaio (basso αL)

• Rame (alto αL) e ferro (basso αL)

• Constantan (alto αL) e Invar (basso αL)

Quali sono alcune delle principali applicazioni dei bimetalli?

I bimetalli hanno molte applicazioni in vari campi. Alcune di queste sono elencate di seguito:

Termostati

I bimetalli sono molto utili per la realizzazione di termostati per il commutazione automatica dei circuiti per controllare la temperatura di determinati apparecchi come scaldabagni elettrici, ferri da stiro, frigoriferi, forni elettrici, ecc. In alcuni circuiti, la corrente passante attraverso il termostato stesso produce calore per il suo funzionamento.

Un tipico termostato bimetallico per questa operazione è mostrato nella figura qui sotto:

Nell'operazione come termostato, un'estremità del bimetallo è fissata e collegata alla sorgente di alimentazione. L'altra estremità è libera di muoversi. Un contatto elettrico è attaccato all'estremità libera del bimetallo, che si muove con la sua espansione e piegatura.

A temperatura normale, questo contatto mobile entra in contatto con un contatto fisso, come mostrato nella figura sopra. Quando riscaldato, questa striscia bimetallica si piega e si disconnette dal cont