ไบเมทัล: บทนิยาม คุณสมบัติ และการประยุกต์ใช้งาน

วัสดุไบเมทัลถูกกำหนดให้เป็นวัตถุที่ประกอบด้วยโลหะสองชนิดที่ถูกเชื่อมต่อกันโดยกระบวนการทางโลหะศาสตร์ ต่างจากอัลลอยด์ซึ่งเป็นส่วนผสมของโลหะสองชนิดหรือมากกว่า ไบเมทัลประกอบด้วยชั้นของโลหะที่แตกต่างกันและยังคงคุณสมบัติเฉพาะของตนเอง ไบเมทัลอาจเรียกว่าวัสดุไบเมทัลลิกหรือวัสดุไบคอมโพเนนต์

ไบเมทัลมีลักษณะโดยมีโซนโลหะที่แตกต่างกันสองโซนของโลหะพื้นฐานที่ทำงานเชิงกลและไฟฟ้าเป็นหน่วยเดียว ประโยชน์ของไบเมทัลคือสามารถใช้คุณสมบัติที่ดีที่สุดของแต่ละโลหะในผลิตภัณฑ์เดียวได้ ตัวอย่างเช่น ไบเมทัลสามารถรวมความแข็งแรงของโลหะหนึ่งเข้ากับการ ทนทานต่อการกัดกร่อน ของอีกโลหะหนึ่ง หรือความนำไฟฟ้าของโลหะหนึ่งเข้ากับความคุ้มค่าของอีกโลหะหนึ่ง

ไบเมทัลถูกใช้อย่างแพร่หลายในหลากหลายอุตสาหกรรมและการประยุกต์ใช้งาน เช่น ตัวนำไฟฟ้า, ตัวต่อไฟฟ้า, เทอร์โมสตัท, เทอร์โมมิเตอร์, อุปกรณ์ป้องกัน, นาฬิกา, เหรียญ, กระป๋อง, ใบมีด และอื่นๆ ในบทความนี้ เราจะสำรวจหลักการทำงาน การผสมผสานที่พบบ่อย และการใช้งานหลักของไบเมทัล

ไบเมทัลทำงานอย่างไร?

หลักการทำงานของไบเมทัลขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าโลหะที่แตกต่างกันมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นตามความร้อน (αL) ที่แตกต่างกัน หมายความว่าพวกมันขยายหรือหดตัวที่อัตราต่างกันเมื่อถูกทำให้ร้อนหรือเย็น สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นตามความร้อนถูกกำหนดให้เป็นการเปลี่ยนแปลงของความยาวต่อระดับความร้อน

ที่,

l คือความยาวเริ่มต้นของวัตถุ,

Δl คือการเปลี่ยนแปลงของความยาว,

Δt คือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ,

หน่วยของ αL คือต่อ °C.

ไบเมทัลประกอบด้วยแถบสองแผ่นของโลหะที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นตามความร้อนที่แตกต่างกัน ที่เชื่อมต่อกันตามยาว ไบเมทัลที่อุณหภูมิปกติแสดงในภาพด้านล่าง

เมื่อถูกทำให้ร้อน การขยายตัวของความยาวของทั้งสองแถบโลหะจะแตกต่างกัน ทำให้วัตถุไบเมทัลโค้งและสร้างวงโค้งในลักษณะที่โลหะที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นตามความร้อนสูงอยู่ด้านนอกของวงโค้ง และโลหะที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นตามความร้อนต่ำอยู่ด้านในของวงโค้ง ดังแสดงในภาพด้านล่าง

เมื่อถูกทำให้เย็น วัตถุไบเมทัลโค้งและสร้างวงโค้งในลักษณะที่โลหะที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นตามความร้อนต่ำอยู่ด้านนอกของวงโค้ง และโลหะที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นตามความร้อนสูงอยู่ด้านในของวงโค้ง ดังแสดงในภาพด้านล่าง

ปรากฏการณ์ดังกล่าวสามารถใช้ในการสร้างอุปกรณ์ที่มีประโยชน์สำหรับการตรวจจับและวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

การผสมผสานที่พบบ่อยในการสร้างไบเมทัลมีอะไรบ้าง?

การผสมผสานของโลหะที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นตามความร้อนที่แตกต่างกันสามารถใช้ในการสร้างไบเมทัลได้ รายการการผสมผสานที่ใช้ทั่วไปในการสร้างแถบไบเมทัลลิกมีดังต่อไปนี้:

• เหล็ก (αL สูง) และนิกเกิล (αL ต่ำ)

• ทองเหลือง (αL สูง) และเหล็ก (αL ต่ำ)

• ทองแดง (αL สูง) และเหล็ก (αL ต่ำ)

• คอนสแตนแทน (αL สูง) และอินวาร์ (αL ต่ำ)

การใช้งานหลักของไบเมทัลมีอะไรบ้าง?

ไบเมทัลถูกใช้ในหลากหลายสาขา รายการบางส่วนมีดังต่อไปนี้:

เทอร์โมสตัท

ไบเมทัลมีประโยชน์ในการสร้างเทอร์โมสตัทสำหรับการสลับวงจรโดยอัตโนมัติเพื่อควบคุมอุณหภูมิของอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า, เครื่องรีดผ้า, ตู้เย็น, เตาอบไฟฟ้า เป็นต้น ในวงจรบางประเภท กระแสไฟฟ้าที่ผ่านเทอร์โมสตัทเองจะสร้างความร้อนสำหรับการทำงาน

เทอร์โมสตัทไบเมทัลลิกที่ใช้สำหรับการทำงานนี้แสดงในภาพด้านล่าง:

ในการทำงานเป็นเทอร์โมสตัท ปลายหนึ่งของไบเมทัลถูกตรึงและเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ ปลายอื่น ๆ สามารถเคลื่อนที่ได้ ตัวต่อไฟฟ้าถูกติดตั้งที่ปลายที่สามารถเคลื่อนที่ของไบเมทัล ซึ่งเคลื่อนที่ตามการขยายตัวและการโค้งงอ