Fyzikální vlastnosti technických materiálů

K fyzikálním vlastnostem patří zejména hustota, tepelné vlastnosti, jako teplota (bod) tání a tuhnutí, délková a objemová roztažnost aj. Dále sem patří vlastnosti elektrické, magnetické a optické.

Hustota

Je dána poměrem hmotnosti m k objemu V homogenní látky při určité teplotě.

Její velikost závisí na atomové stavbě dané látky, je tedy závislá na poloze prvku v periodické soustavě prvků. Skutečné látky mají hustotu menší než ideálni ,protože technické materiály obsahují vždy nedokonalosti pocházející z výrobního procesu, např. mikroskopické nebo i makroskopické póry a vměstky nečistot lehčích než vlastní kov. Například lité kovy mohou mít hustotu až o 3% menší než kovy tvářené. Hustota různých kovů bývá v širokém rozmezí. Z běžně používaných kovů je nejlehčí hořčík a nejtěžší iridium.

Teplota tání a tuhnutí v (°C)

Je to teplota,při níž látka mění své skupenství. Závisí rovněž na vnitřní stavbě kovu. Znalost této teploty je důležitá pro slévárnství, svařování, pokovování apod.

Čisté kovy se taví při konstantní teplotě. Některé slitini, skla, keramické látky apod. přecházejí se stoupající nebo klesající teplotou z jednoho skupenství do druhého pozvolna. Pro ně je pak zapotřebí uvádět teplotní rozsah (interval) tavení nebo tuhnutí.

Délková a objemová roztažnost

Jedná seprodloužení délky nebo zvětšení objemu vlivem zvýšení teploty látky. Je vztažena na počáteční délku nebo objem. Teplotní součinitel délkové roztažnosti a objemové roztažnosti je změna délkové nebo objemové jednotky při změně teploty o 1 K.U odlitků, součástí ze spékaných materiálů a součástí z plastů se naopak musí počítat se smršťivostí, která je opakem roztažnosti. Se vzrůstající teplotou se všechny kovy roztahují, což je dáno většími amplitudami atomů při kmitání. Teplotní součinitel délkové roztažnosti závisí na poloze prvku v periodické soustavě. Sledujeme-li změny délky zkušebního vzorku v závislosti na teplotě, zjistíme, že růst délky s rostoucí teplotou je přibližně lineární.

Tepelná vodivost

Je  to schopnost přenášet tepelnou energii, tj. kinetickou energii neuspořádaného tepelného pohybu od atomu k atomu vedením (bez přenášení látky). Ohřejí-li se atomy v jednom místě, zvětší se jejich rozkmit a rozkmitávají i atomy sousední, protože mezi atomy působí vazební síly - to se projevuje jako vedení tepla. Tento mechanismus vedení tepla znázorňuje model spřažených kyvadel. Tepelná vodivost vyjadřuje kolik tepla projde stěnou za jednotku času (1 sekundu), je-li rozdíl teplot mezi vstupní a výstupní plochou stěny. Nejlepším vodičem tepla je stříbro. Tepelná vodivost ostatních kovů se často zjišťuje porovnáním s tepelnou vodivostí stříbraa udává se v procentech. Nekovové materiály mají tepelnou vodivost 10 až 100 krát nižší než kovové konstrukční materiály. Velká tepelná vodivost kovů je dána volnými vodi vostnými elektrony. Protože u kovů má jejich dobrá tepelná i elektrická vodivost společnou příčinu ,tj. přítomnost volných elektronů,mají oba tyto druhy vodivosti úzký vzájemný vztah.

Elektrická vodivost

Je to schopnost vést elektrický proud. Vodič s odporem 1 ohm má vodivost 1 siemens. Podle vodivosti se materiál dělí na vodiče a nevodiče neboli izolanty. Mezi nimi je skupina materiálů se zvláštními vlastnostmi, které se nazývají polovodiče (např: germanium, křemík, selen apod.). Elektrická vodivost se posuzuje podle měrného elektrického odporu. Nejlepším vodičem elektrického proudu je stříbro, potom měď, hliník. Nejlepším izolantem by bylo dokonalé vakuum. Největší elektrickou vodivost mají čisté kovy. Přísadami nebo nečistotami obsaženými v kovu se elektrická vodivost vždy jen snižuje. Je tomu tak proto, že vstupem cizorodých atomů (iontů) do mřížky základního (čistého) kovu se stavba mřížky stává méně pravidelnou. Pokles vodivosti může být tak značný, že z vysoce vodivých kovů se získají slitini odporové.

Supravodivost

Vlastnost některých kovů, u kterých se při velmi nízkých teplotách (blízkých absolutní teplotní nule) skokem sníží elektrický odpor na nezjistitelnou hodnotu (elektrický proud prochází vodičem prakticky bez odporu). U čistých kovů je přechod rychlý, u slitin pomalejší. Supravodivost se vykytuje u kovů i u polovodičů a projevuje se hlavně u stejnoměrného proudu.

Magnetické vlastnosti

Magnetické vlastnosti materiálů se zjišťují z jejich chování v magnetickém poli. Ve vztahu magnetické indukce B uvnitř magnetovaného materiálu a intenzity vnějšího magnetického pole H nalézáme veličinu udávající magnetické vlastnosti materiálu. Je to permeabilita u=B/H(H/m), která udává vliv prostředí, v němž magnetické pole působí.

Podle velikosti u se materiály rozdělují do tří skupin:

  1. Diamagnetické látky
    Patří k nim vodík, z kovů měď, stříbro, zlato, rtuť, cín, olovo apod. Znamená to, že tyto kovy nezesilují účinek vnějšího magnetického pole.
  2. Paramagnetické látky
    Patří k nim kyslík, soli vzácných zemin, alkalické kovy, hliník, platina apod. Tyto kovy zesilují účinek vnějšího magnetického pole zcela nepatrně.
  3. Feromagnetické látky
    Patří k nim železo, nikl, kobalt a slitiny chromu a manganu. Feromagnetické látky se dělí podle svých vlastností na magneticky měkké a magneticky tvrdé.
    Materiály magneticky měkké se snadno zmagnetizují, ale i snadno odmagnetizují. Používají se na stavbu magnetických obvodů u elektrických strojů a přístrojů.
    Materiály magneticky tvrdé se obtížně magnetizují, ale své vlastnosti si podrží i po zániku vnějšího magnetického pole. Používají se na výrobu permanentních (stálých) magnetů.
    Vliv teploty na feromagnetismus - roste-li teplota, zvětšují se tepelné kmity atomů a usměrňující účinek výměnných sil se tím stále víc ruší, až při dosažení Curieovy teploty zanikne. Od Curieovy teploty výše neexistuje feromagnetismus a látka je pouze paramagnetická. (Curieova teplota je u železa 768°C, u niklu 358°C, u kobaltu 1 115°C.)

Hodnocení referátu Fyzikální vlastnosti technických materiálů

Líbila se ti práce?

Podrobnosti

  Pauzik
  28. prosinec 2012
  14 002×
  854 slov

Komentáře k referátu Fyzikální vlastnosti technických materiálů