Bimetali: Definicija svojstva i primene

Bimetale se definiše kao objekat sastavljen od dva različita metala spojena zajedno putem metalurgijskog procesa. U suprotnosti sa legurama, koje su mešavine dva ili više metala, bimetali sastoje se od slojeva različitih metala koji zadržavaju svoje individualne karakteristike. Bimetale takođe možemo nazvati bimetalnim proizvodima ili bikomponentnim materijalima.

Bimetali su karakteristični po dva različita metalična zona roditeljskih metala, koji mehanički i električno funkcioniraju kao jedinica. Prednost bimetala je u mogućnosti da se potpuno iskoriste najbolje osobine svakog metala unutar jednog proizvoda. Na primer, bimetali mogu kombinovati čvrstoću jednog metala sa otpornością na koroziju drugog, ili provodljivost jednog metala sa ekonomičnošću drugog.

Bimetali se široko koriste u različitim industrijskim i primenama, poput električnih vodiča, električnih kontakata, termostata, termometara, zaštitnih uređaja, satova, novčića, konzervi, ležaja, i više. U ovom članku ćemo istražiti princip rada, uobičajene kombinacije i glavne primene bimetala.

Kako rade bimetali?

Princip rada bimetala zasniva se na činjenici da različiti metali imaju različite koeficijente linearnog toplinskog rastezanja (αL), što znači da se šire ili skupljaju na različite nivoe kada se zagrijavaju ili hladne. Koeficijent linearnog toplinskog rastezanja definisan je kao frakcijska promena dužine po stepen promene temperature.

Gde je,

l - početna dužina objekta,

Δl - promena dužine,

Δt - promena temperature,

Jedinica za αL je po °C.

Bimetale sastoje se od dve trake dva različita metala sa različitim koeficijentima linearnog toplinskog rastezanja, spajanih duž dužine. Bimetale pri normalnoj temperaturi prikazani su na slici ispod.

Kada se zagrije, ekspanzije dužine obe metalne trake su različite. To dovodi do toga da se bimetalički element savija i formira luk tako da se metal sa većim koeficijentom linearnog toplinskog rastezanja nalazi na spoljnoj strani luka, a metal sa manjim koeficijentom linearnog toplinskog rastezanja na unutrašnjoj strani luka, kao što je prikazano na slici ispod.

Kada se ohladi, bimetalički element se savija i formira luk tako da se metal sa manjim koeficijentom linearnog toplinskog rastezanja nalazi na spoljnoj strani luka, a metal sa većim koeficijentom linearnog toplinskog rastezanja na unutrašnjoj strani luka, kao što je prikazano na slici ispod.

Ovaj fenomen može se koristiti za izradu korisnog uređaja za otkrivanje i merenje promena temperature.

Koji su uobičajeni kombinacije za izradu bimetala?

Mnoge kombinacije metala sa različitim koeficijentima linearnog toplinskog rastezanja mogu se koristiti za formiranje bimetala. Neki od uobičajenih kombinacija za izradu bimetaličkih traka su navedeni ispod:

• Željezo (visok αL) i nikl (niski αL)

• Bras (visok αL) i čelik (niski αL)

• Bakar (visok αL) i željezo (niski αL)

• Konstantan (visok αL) i Invar (niski αL)

Koji su glavni prameni bimetala?

Bimetali imaju mnoge primene u različitim poljima. Neki od njih su navedeni ispod:

Termostati

Bimetali su vrlo korisni za izradu termostata za automatsko prekidanje krugova kako bi se kontrolirala temperatura određenih uređaja, poput električnih grejaca, električnih gvožđa, hladnjaka, električnih pećnica itd. U nekim krugovima, struja koja prolazi kroz termostat sam proizvodi toplinu za njegov rad.

Tipičan bimetalički termostat za ovu operaciju prikazan je na slici ispod:

U radu kao termostat, jedan kraj bimetala je fiksiran i povezan sa izvorom snabdevanja. Drugi kraj je slobodan da se kreće. Električni kontakt je pričvršćen na slobodni kraj bimetala, koji se kreće sa njegovim ekspanzijom i savijanjem.