Bimetaller: Definition egenskaper och tillämpningar

En bimetall definieras som ett objekt som består av två separata metaller som är sammansmältade genom en metallurgisk process. Olikt legor, som är blandningar av två eller flera metaller, består bimetaller av lager av olika metaller som behåller sina individuella egenskaper. Bimetaller kan också kallas bimetaliska produkter eller bikomponentmaterial.

Bimetaller karakteriseras av två distinkta metallzoner av de ursprungliga metaller, vilka fungerar mekaniskt och elektriskt som en enhet. Fördelen med bimetaller är möjligheten att fullt utnyttja de bästa egenskaperna hos varje metall inom ett enda produkt. Till exempel kan bimetaller kombinera styrkan hos en metall med korrosionsmotståndet hos en annan, eller konduktiviteten hos en metall med kostnadseffektiviteten hos en annan.

Bimetaller används i många olika industrier och tillämpningar, såsom elektriska ledare, elektriska kontakter, termostater, termometrar, skyddsutrustningar, klockor, mynt, burkar, blad och mer. I denna artikel kommer vi att utforska arbetssättet, vanliga kombinationer och viktiga tillämpningar för bimetaller.

Hur fungerar bimetaller?

Arbetssättet för bimetaller bygger på faktumet att olika metaller har olika koefficienter för linjär termisk expansion (αL), vilket betyder att de expanderar eller kontraherar i olika hastigheter när de hettas eller kyls. Koefficienten för linjär termisk expansion definieras som den fraktionella ändringen i längd per grad ändring i temperatur.

Där,

l är det initiala objektets längd,

Δl är ändringen i längd,

Δt är ändringen i temperatur,

Enheten för αL är per °C.

En bimetall består av två band av två olika metaller med olika koefficienter för linjär termisk expansion, som är svetsade ihop längs. En bimetall vid normal temperatur visas i figuren nedan.

När de hettas expanderar längden av båda metallbanden olika. Detta gör att det bimetalliska elementet böjer sig och formar en båge så att metallen med högre koefficient för linjär termisk expansion är på yttre sidan av bågen, och metallen med lägre koefficient för linjär termisk expansion är på inre sidan av bågen, som visas i figuren nedan.

När de kyls böjer sig det bimetalliska elementet och formar en båge så att metallen med lägre koefficient för linjär termisk expansion är på yttre sidan av bågen, och metallen med högre koefficient för linjär termisk expansion är på inre sidan av bågen, som visas i figuren nedan.

Detta fenomen kan användas för att producera ett användbart instrument för att upptäcka och mäta ändringar i temperatur.

Vilka är några vanliga kombinationer för att skapa bimetaller?

Många kombinationer av metaller med olika koefficienter för linjär termisk expansion kan användas för att forma bimetaller. Några av de vanligt förekommande kombinationerna för att göra bimetalliska band listas nedan:

• Järn (hög αL) och nickel (låg αL)

• Messing (hög αL) och stål (låg αL)

• Koppar (hög αL) och järn (låg αL)

• Constantan (hög αL) och Invar (låg αL)

Vilka är några viktiga tillämpningar för bimetaller?

Bimetaller har många tillämpningar inom olika områden. Några av dessa listas nedan:

Termostater

Bimetaller är mycket användbara för att tillverka termostater för automatisk växling av kretsar för att styra temperaturen på vissa apparater som elektriska värmeapparater, elektriska strykjärn, kystrar, elektriska ugnar osv. I vissa kretsar producerar strömmen själva värme för sin drift.

En typisk bimetallisk termostat för denna operation visas i figuren nedan:

I drift som termostat är ena änden av bimetallen fast och ansluten till strömförsörjningen. Den andra änden är fri att röra sig. En elektrisk kontakt är fäst vid den fria änden av bimetallen, som rör sig med dess expansion och böjning.

Vid normal temperatur gör denna rörliga kontakt kontakt med en fast kontakt, som visas i figuren ovan. När den hettas böjer sig detta bimetalliska band och kopplar från den fasta kontakten, som visas i figuren nedan. Detta öppnar eller stänger en krets beroende på dess design.

När den återigen svalnar till normal temperatur återgår bimetallen till sin ursprungliga form och stänger eller öppnar en