Biyemetal: Tanım Özellikler ve Uygulamalar
Bimetal, iki ayrı metalin metallurgik bir süreçle birleştirildiği bir nesneye tanımlanır. Alümitler gibi iki veya daha fazla metalin karışımı olmayan bimetaller, farklı metallerden oluşan ve kendi özelliklerini koruyan tabakalardan oluşur. Bimetaller ayrıca bimetalik ürünler veya bicomponent malzemeler olarak da adlandırılabilir.
Bimetaller, ana metallerin iki farklı metrik bölgesi ile karakterize edilir ve mekanik ve elektriksel olarak tek bir birim olarak çalışırlar. Bimetallerin avantajı, tek bir ürün içinde her bir metalin en iyi özelliklerinin tamamen kullanılabilmesidir. Örneğin, bimetaller bir metalin dayanıklılığını diğer bir metalin elektriksel direnci ile birleştirebilir veya bir metalin iletkenliğini diğer bir metalin maliyet etkinliği ile birleştirebilir.
Bimetaller, çeşitli endüstrilerde ve uygulamalarda yaygın olarak kullanılır, örneğin elektrik iletkenleri, elektrik kontakları, termostatlar, termometreler, koruma cihazları, saatler, madenî paralar, kutular, bıçaklar ve daha fazlasında. Bu makalede, bimetallerin çalışma prensibi, yaygın kombinasyonları ve ana uygulamalarını inceleyeceğiz.
Bimetaller nasıl çalışır?
Bimetallerin çalışma prensibi, farklı metallerin doğrusal termal genişleme katsayısı (αL) değerlerinin farklı olması üzerine kuruludur. Bu, ısıtma veya soğutma sırasında farklı hızlarda genişlemeleri veya daralmaları anlamına gelir. Doğrusal termal genişleme katsayısı, sıcaklık değişimine göre uzunluğun kesirsel değişimi olarak tanımlanır.
Burada,
l nesnenin ilk uzunluğu,
Δl uzunluğun değişimi,
Δt sıcaklığın değişimi,
αL'nin birimi °C başınadır.
Bimetal, farklı doğrusal termal genişleme katsayılarına sahip iki farklı metal şeridi boyunca birleştirilmiş halde oluşur. Normal sıcaklıkta bir bimetal aşağıda gösterilen şekilde görünür.
Isıtıldığında, her iki metal şeridin de uzunluklarındaki genişlemeler farklıdır. Bu, bimetalik elemanın eğilmeye ve yuvaya dönerek şekillenmesine neden olur. Yüksek doğrusal termal genişleme katsayısına sahip metal, yuvanın dış tarafında, düşük doğrusal termal genişleme katsayısına sahip metal ise yuvanın iç tarafında bulunur, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi.
Soğutulduğunda, bimetalik eleman eğilir ve yuvaya dönerek şekillenir. Düşük doğrusal termal genişleme katsayısına sahip metal, yuvanın dış tarafında, yüksek doğrusal termal genişleme katsayısına sahip metal ise yuvanın iç tarafında bulunur, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi.
Yukarıdaki fenomen, sıcaklık değişimlerini algılamak ve ölçmek için faydalı bir cihaz üretmek için kullanılabilir.
Bimetaller yapmak için bazı yaygın kombinasyonlar nelerdir?
Farklı doğrusal termal genişleme katsayılarına sahip birçok metal kombinasyonu, bimetaller oluşturmak için kullanılabilir. Bimetalik şeritler yapmak için bazı yaygın olarak kullanılan kombinasyonlar aşağıda listelenmiştir:
Demir (yüksek αL) ve nikel (düşük αL)
Brass (yüksek αL) ve çelik (düşük αL)
Bakır (yüksek αL) ve demir (düşük αL)
Constantan (yüksek αL) ve Invar (düşük αL)
Bimetallerin bazı önemli uygulamaları nelerdir?
Bimetaller, çeşitli alanlarda birçok uygulamaya sahiptir. Bunlardan bazıları aşağıda listelenmiştir:
Termostatlar
Bimetaller, elektrikli ısıtıcılar, elektrikli ütüler, buzdolapları, elektrikli fırınlar vb. belirli cihazların sıcaklıklarını kontrol etmek için devreleri otomatik olarak açıp kapatan termostatlar yapmak için çok faydalıdır. Bazı devrelerde, termostatın kendisinden geçen akım, çalışması için ısıyı üretir.
Bu işleve yönelik tipik bir bimetalik termostat, aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:
Termostat olarak çalışırken, bimetalin bir ucunu sabit tutarak ve besleme kaynağına bağlayarak, diğer ucunu serbest bırakır. Serbest ucuna, bimin genişlemesi ve bükülmesiyle hareket eden bir elektriksel kontakt takılır.
Normal sıcaklıkta, bu hareketli kontakt, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, sabit bir kontakta bağlanır. Isıtıldığında, bu bimetalik şerit bükülerek sabit kontakttan ayrılır, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi. Bu, tasarımına bağlı olarak devreyi açar veya kapatır.
