Ciągliwość w tym, co składa, właściwości, przykłady, eksperymenty

The ciągliwość jest technologiczną właściwością materiałów, która pozwala im się odkształcać przed napięciem rozciągającym; to znaczy oddzielenie jej dwóch końców bez wczesnego pęknięcia gdzieś w środku wydłużonej sekcji. Gdy materiał wydłuża się, jego przekrój zmniejsza się, stając się cieńszym.

Dlatego materiały plastyczne są obrabiane mechanicznie, aby nadać im formy nitkowe (druty, kable, igły itp.). W maszynach do szycia cewki z nawiniętymi nitkami stanowią domowy przykład materiałów ciągliwych; w przeciwnym razie włókna tekstylne nigdy nie uzyskałyby charakterystycznych kształtów.

Jaki jest cel plastyczności materiałów? Możliwość pokrycia dużych odległości lub atrakcyjnych wzorów, czy to do rozwoju narzędzi, biżuterii, zabawek; lub do transportu pewnego płynu, takiego jak prąd elektryczny.

Ostatnie zgłoszenie stanowi kluczowy przykład ciągliwości materiałów, zwłaszcza metali. Drobne druty miedziane (górny obraz) są dobrymi przewodnikami elektryczności, a wraz ze złotem i platyną są dostępne w wielu urządzeniach elektronicznych, aby zapewnić ich działanie.

Niektóre włókna są tak delikatne (o grubości zaledwie kilku mikrometrów), że poetycka fraza „złote włosy” nabiera prawdziwego znaczenia. To samo dotyczy miedzi i srebra.

Ciągliwość nie byłaby właściwością możliwą, gdyby nie było przegrupowania molekularnego lub atomowego w celu przeciwdziałania padającej sile rozciągającej. A gdyby nie istniał, człowiek nigdy nie poznałby kabli, anten, mostów zniknęłoby, a świat pozostałby w ciemności bez światła elektrycznego (oprócz innych niezliczonych konsekwencji).

Indeks

• 1 Jaka jest ciągliwość??
• 2 Właściwości
• 3 Przykłady metali ciągliwych
  • 3.1 Wielkość ziaren i struktur krystalicznych metali
  • 3.2 Wpływ temperatury na ciągliwość metali
• 4 Eksperyment w celu wyjaśnienia ciągliwości u dzieci i młodzieży
  • 4.1 Guma do żucia i plastelina
  • 4.2 Pokaz z metalami
• 5 referencji

Jaka jest plastyczność?

W przeciwieństwie do plastyczności, plastyczność wymaga bardziej efektywnego przegrupowania strukturalnego.

Dlaczego? Ponieważ gdy powierzchnia, na której napięcie jest większe, ciało stałe ma więcej środków do przesuwania swoich cząsteczek lub atomów, tworząc arkusze lub płyty; podczas gdy napięcie jest skoncentrowane w coraz mniejszym przekroju, poślizg molekularny musi być bardziej skuteczny, aby przeciwdziałać tej sile.

Nie wszystkie ciała stałe lub materiały mogą to zrobić, iz tego powodu pękają pod wpływem prób rozciągania. Uzyskane pęknięcia są przeciętnie poziome, podczas gdy pęknięcia materiałów ciągliwych są stożkowe lub spiczaste, co jest oznaką rozciągnięcia.

Materiały sferoidalne mogą również przełamać punkt naprężenia. Można to zwiększyć, jeśli temperatura wzrośnie, ponieważ ciepło sprzyja i ułatwia szkiełka molekularne (chociaż istnieje kilka wyjątków). To dzięki tym osuwiskom materiał może wykazywać plastyczność, a zatem być plastyczny.

Jednak ciągliwość materiału obejmuje inne zmienne, takie jak wilgotność, ciepło, zanieczyszczenia i sposób przyłożenia siły. Na przykład, świeżo stopione szkło jest ciągliwe, przyjmując formy nitkowate; ale po ochłodzeniu staje się kruchy i może pękać przy każdym uderzeniu mechanicznym.

Właściwości

Materiały sferoidalne mają swoje własne właściwości bezpośrednio związane z ich układami molekularnymi. W tym sensie sztywny pręt metalowy i mokry pręt gliniany mogą być ciągliwe, nawet jeśli ich właściwości znacznie się różnią.

Wszystkie jednak mają coś wspólnego: zachowanie plastyczne przed zerwaniem. Jaka jest różnica między przedmiotem plastikowym a elastycznym?

Sprężysty obiekt jest odwracalnie odkształcony, co następuje początkowo za pomocą materiałów plastycznych; ale siła rozciągająca wzrasta, odkształcenie staje się nieodwracalne i obiekt staje się plastyczny.

Od tego momentu drut lub nitka przybierają określony kształt. Po ciągłym rozciąganiu jego przekrój staje się tak mały, a naprężenia rozciągające zbyt wysokie, że jego molekularne slajdy nie mogą już przeciwdziałać napięciu i kończą się łamaniem.

Jeśli plastyczność materiału jest wyjątkowo wysoka, jak w przypadku złota, za pomocą jednego grama można uzyskać druty o długości do 66 km, o grubości 1 μm.

Im bardziej wydłużony drut uzyskany z masy, tym mniejszy jest jego przekrój (chyba że masz tony złota do zbudowania drutu o znacznej grubości).

Przykłady metali ciągliwych

Metale należą do materiałów ciągliwych o niezliczonych zastosowaniach. Triada składa się z metali: złota, miedzi i platyny. Jeden jest złoty, drugi różowo pomarańczowy i ostatni srebrny. Oprócz tych metali istnieją inne o niższej ciągliwości:

-Żelazo

-Cynk

-Mosiądz (i inne stopy metali)

-Złoto

-Aluminium

-Samarium

-Magnez

-Wanad

-Stal (chociaż jej plastyczność może być uzależniona od składu węgla i innych dodatków)

-Srebro

-Cyna

-Ołów (ale w pewnych niewielkich zakresach temperatur)

Trudno zapewnić, bez wcześniejszej wiedzy eksperymentalnej, które metale są naprawdę plastyczne. Jego plastyczność zależy od stopnia czystości i tego, jak dodatki oddziałują z metalicznym szkłem.

Rozważane są również inne zmienne, takie jak wielkość ziaren krystalicznych i układ kryształu. Ponadto liczba elektronów i orbitali molekularnych zaangażowanych w wiązanie metali, to znaczy w „morzu elektronów” również odgrywa ważną rolę.

Interakcje między tymi wszystkimi zmiennymi mikroskopowymi i elektronicznymi sprawiają, że plastyczność jest koncepcją, z którą należy się dogłębnie za pomocą analizy wielowymiarowej; i nie znajdziesz standardowej reguły dla wszystkich metali.

Z tego powodu dwa metale, chociaż o bardzo podobnych właściwościach, mogą być plastyczne.

Wielkość ziaren i struktur krystalicznych metali

Ziarna są kryształowymi częściami, które nie mają zauważalnych nieregularności (luk) w swoich trójwymiarowych tablicach. Idealnie powinny być całkowicie symetryczne, a ich struktura bardzo dobrze zdefiniowana.

Każde ziarno tego samego metalu ma taką samą strukturę krystaliczną; to znaczy metal o zwartej strukturze heksagonalnej, hcp, ma ziarna z kryształami z systemem hcp. Są one rozmieszczone w taki sposób, że przed siłą trakcji lub rozciągania ślizgają się po sobie, jak gdyby były to samoloty złożone z kulek..

Zasadniczo, gdy płaszczyzny złożone z małych ziaren ślizgają się, muszą pokonać większą siłę tarcia; jeśli są duże, mogą się swobodniej poruszać. W rzeczywistości niektórzy badacze starają się zmodyfikować plastyczność niektórych stopów poprzez kontrolowany wzrost ich krystalicznych ziaren..

Z drugiej strony, w odniesieniu do struktury krystalicznej, zwykle metale z układem krystalicznym fcc (sześcienny centrowany, lub sześcienne wyśrodkowane na powierzchniach) są najbardziej plastyczne. Tymczasem metale z krystalicznymi strukturami bcc (sześcienny centrowany korpus, sześcienny wyśrodkowany na twarzach) lub hcp, są mniej plastyczne.

Na przykład zarówno miedź, jak i żelazo krystalizują z układem fcc i są bardziej ciągliwe niż cynk i kobalt, oba z układami hcp.

Wpływ temperatury na ciągliwość metali

Ciepło może zmniejszyć lub zwiększyć plastyczność materiałów, a wyjątki dotyczą również metali. Jednak ogólnie rzecz biorąc, podczas zmiękczania metali, większa jest możliwość przekształcenia ich w nici bez ich łamania.

Dzieje się tak, ponieważ wzrost temperatury powoduje wibrację atomów metali, co powoduje unifikację ziaren; to znaczy, kilka małych ziaren łączy się, tworząc duże ziarno.

Przy większych ziarnach zwiększa się ciągliwość, a szkiełka molekularne napotykają mniej przeszkód fizycznych.

Eksperymentuj, aby wytłumaczyć plastyczność dzieci i młodzieży

Plastyczność staje się niezwykle złożoną koncepcją, jeśli zaczyna się analizować mikroskopowo. Jak więc wytłumaczysz to dzieciom i młodzieży? W taki sposób, że wydaje się tak prosty, jak to możliwe, przed twoimi ciekawskimi oczami.

Guma do żucia i plastelina

Do tej pory rozmawialiśmy o metalach i stopionym szkle, ale są też inne niewiarygodnie plastyczne materiały: guma do żucia i plastelina.

Aby wykazać plastyczność gumy do żucia, wystarczy chwycić dwie masy i zacząć je rozciągać; jeden po lewej, a drugi po prawej. Efektem będzie most wiszący z gumy do żucia, który nie będzie w stanie powrócić do swojego pierwotnego kształtu, chyba że wyrabia się rękami.

Nadejdzie jednak moment, w którym most w końcu pęknie (a podłoga będzie poplamiona gumą).

Na powyższym obrazku pokazano, w jaki sposób dziecko naciskając pojemnik z otworami sprawia, że ​​plastelina wyłania się, jakby to były włosy. Ciasto suche do gry jest mniej ciągliwe niż oleiste; dlatego eksperyment może po prostu polegać na stworzeniu dwóch dżdżownic: jednej z suchą plasteliną, a drugiej zwilżonej olejem.

Dziecko zauważy, że oleisty robak jest łatwiejszy do formowania i uzyskiwania długości kosztem jego grubości; Podczas gdy robak wysycha, prawdopodobnie przerwie się kilka razy.

Plastelina stanowi również idealny materiał do wyjaśnienia różnicy między plastycznością (łódź, brama) a ciągliwością (włosy, dżdżownice, węże, salamandry itp.).

Pokaz z metalami

Chociaż młodzież nie będzie niczego manipulować, będąc w stanie obserwować powstawanie miedzianych drutów w pierwszym rzędzie, może być dla nich atrakcyjnym i interesującym doświadczeniem. Wykazanie ciągliwości byłoby jeszcze bardziej kompletne, gdybyśmy postępowali z innymi metalami, a zatem mogliby porównać ich ciągliwość.

Następnie wszystkie przewody muszą być stale rozciągane do punktu zerwania. Dzięki temu nastolatka wizualnie potwierdzi, jak ciągliwość wpływa na odporność drutu na zerwanie.

Referencje

1. Encyklopedia przykładów (2017). Materiały sferoidalne. Źródło: ejemplos.co
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 czerwca 2018 r.). Ductile Definition and Examples. Źródło: thinkco.com
3. Chemstorm. (2 marca 2018 r.). Ductile Definition Chemistry. Źródło: chemstorm.com
4. Bell T. (18 sierpnia 2018). Objaśnienie podatności: naprężenie rozciągające i metale. Równowaga. Źródło: thebalance.com
5. Dr Marks R. (2016). Plastyczność w metalach Wydział Inżynierii Mechanicznej, Uniwersytet Santa Clara. [PDF] Źródło: scu.edu
6. Reid D. (2018). Ciągliwość: definicja i przykłady. Studiować Źródło: study.com
7. Clark J. (październik 2012). Konstrukcje metalowe. Źródło: chemguide.co.uk
8. Chemicole (2018). Fakty na temat złota. Źródło: chemicool.com
9. Materiały dzisiaj. (18 listopada 2015 r.). Silne metale mogą nadal być plastyczne. Elsevier Źródło: materialstoday.com