Ťažnosť v tom, čo sa skladá, vlastnosti, príklady, experimenty

kujnosť je to technologická vlastnosť materiálov, ktorá im umožňuje deformovať sa pred napnutím; to znamená, že separácia jeho dvoch koncov bez toho, aby došlo k skorému zlomeniu niekde uprostred predĺženého úseku. Ako sa materiál predlžuje, jeho prierez sa zmenšuje a stáva sa tenšou.

Preto sú tvárné materiály mechanicky spracované tak, aby im poskytovali filiformné formy (drôty, káble, ihly atď.). Na šijacích strojoch predstavujú zvitky so zvinutými niťami domáci príklad tvárnych materiálov; inak by textilné vlákna nikdy nemohli nadobudnúť svoje charakteristické tvary.

Aký je účel tvárnosti materiálov? Schopnosť pokryť dlhé vzdialenosti alebo atraktívny dizajn, či už na vývoj nástrojov, šperkov, hračiek; alebo na prepravu nejakej tekutiny, ako je elektrický prúd.

Posledná aplikácia predstavuje kľúčový príklad ťažnosti materiálov, najmä kovov. Jemné medené vodiče (vrchný obrázok) sú dobré vodiče elektriny a spolu so zlatom a platinou sú k dispozícii v mnohých elektronických zariadeniach na zabezpečenie ich prevádzky.

Niektoré vlákna sú tak jemné (s hrúbkou len niekoľko mikrometrov), že poetická fráza "zlaté vlasy" nadobúda celý skutočný význam. To isté platí pre meď a striebro.

Duktilita by nebola možnou vlastnosťou, ak by nedochádzalo k žiadnemu molekulárnemu alebo atómovému preskupeniu, ktoré by pôsobilo proti dopadajúcej ťahovej sile. A keby neexistoval, človek by nikdy nepoznal káble, antény, mosty by zmizli a svet by zostal v tme bez elektrického svetla (okrem iných nespočetných dôsledkov).

index

• 1 Čo je ťažnosť??
• 2 Vlastnosti
• 3 Príklady tvárnych kovov
  • 3.1 Veľkosť zŕn a kryštalických štruktúr kovov
  • 3.2 Vplyv teploty na ťažnosť kovov
• 4 Experiment na vysvetlenie ťažnosti pre deti a dospievajúcich
  • 4.1 Žuvačka a plastelína
  • 4.2 Demonštrácia s kovmi
• 5 Referencie

Čo je ťažnosť?

Na rozdiel od tvárnosti si ťažnosť zaslúži efektívnejšie štrukturálne usporiadanie.

Prečo? Pretože keď je povrch, kde je napätie väčšie, tuhá látka má viac prostriedkov na posúvanie svojich molekúl alebo atómov, pričom vytvára listy alebo dosky; keďže keď je napätie koncentrované v čoraz menšom priereze, molekulárny sklz musí byť účinnejší na pôsobenie proti tejto sile.

Nie všetky tuhé látky alebo materiály to môžu robiť, a preto sa pri skúške ťahom rozbijú. Získané prestávky sú v priemere horizontálne, zatiaľ čo tie z tvárnych materiálov sú kužeľovité alebo špicaté, čo je znamením pretiahnutia.

Ťažké materiály môžu tiež prelomiť bod napätia. Toto sa môže zvýšiť, ak sa zvýši teplota, pretože teplo podporuje a uľahčuje molekulové sklíčka (aj keď existuje niekoľko výnimiek). Potom je vďaka týmto zosuvom materiálu, že materiál môže vykazovať ťažnosť a preto musí byť tvárný.

Ťažnosť materiálu však zahŕňa iné premenné, ako je vlhkosť, teplo, nečistoty a spôsob, akým sa pôsobí silou. Napríklad, čerstvo tavené sklo je tvárné a prijíma filiformné formy; ale keď sa ochladí, stáva sa krehkým a môže sa rozbiť s akýmkoľvek mechanickým nárazom.

vlastnosti

Ťažké materiály majú svoje vlastné vlastnosti priamo súvisiace s ich molekulárnymi usporiadaniami. V tomto zmysle môže byť tuhá kovová tyč a mokrá hlinená tyč tvárná, aj keď sa ich vlastnosti výrazne líšia.

Všetci však majú niečo spoločné: plastické správanie pred rozpadom. Aký je rozdiel medzi plastovým a elastickým predmetom?

Elastický predmet je reverzibilne deformovaný, ktorý sa vyskytuje spočiatku z tvárnych materiálov; ale sa zvyšuje ťahová sila, deformácia sa stáva nevratnou a predmet sa stáva plastickým.

Od tohto bodu má drôt alebo niť určitý tvar. Po kontinuálnom napínaní sa jeho prierez stáva tak malým a napätie v ťahu je príliš vysoké, že jeho molekulové sklíčka už nemôžu pôsobiť proti napätiu a končia lámanie..

Ak je ťažnosť materiálu extrémne vysoká, ako v prípade zlata, s jedným gramom možno získať drôty s dĺžkou do 66 km, s hrúbkou 1 μm.

Čím viac je drôt získaný z hmoty, tým menší je jeho prierez (pokiaľ nemáte tony zlata na vytvorenie drôtu značnej hrúbky).

Príklady tvárných kovov

Kovy sú medzi tvárnými materiálmi s nespočetnými aplikáciami. Triáda pozostáva z kovov: zlata, medi a platiny. Jeden je zlatý, druhý ružovooranžový a posledné striebro. Okrem týchto kovov existujú aj iné výrobky s nižšou ťažnosťou:

-železo

-zinok

-Mosadz (a iné kovové zliatiny) \ t

-zlato

-hliník

-samárium

-magnézium

-vanádium

-Oceľ (hoci jej ťažnosť môže byť ovplyvnená v závislosti od jej zloženia uhlíka a ďalších prísad)

-Striebro

-cín

-Olovo (ale v rámci určitých malých teplotných rozsahov)

Je ťažké zaistiť, bez predchádzajúcich experimentálnych poznatkov, ktoré kovy sú skutočne ťažné. Jeho ťažnosť závisí od stupňa čistoty a od toho, ako aditíva interagujú s kovovým sklom.

Do úvahy prichádzajú aj iné premenné, ako je veľkosť kryštalických zŕn a usporiadanie kryštálu. Okrem toho dôležitú úlohu hrá aj počet elektrónov a molekulárnych orbitálov, ktoré sa podieľajú na kovovej väzbe, tj v „mori elektrónov“..

Interakcia medzi všetkými týmito mikroskopickými a elektronickými premennými robí ťažnosť koncepciou, ktorá sa musí riešiť hlboko s viacrozmernou analýzou; a zistíte, že neexistuje štandardné pravidlo pre všetky kovy.

Z tohto dôvodu dva kovy, aj keď s veľmi podobnými vlastnosťami, môžu alebo nemusia byť tvárné.

Veľkosť zŕn a kryštalických štruktúr kovov

Zrná sú kryštálové časti, ktoré nemajú viditeľné nepravidelnosti (medzery) v ich trojrozmerných poliach. V ideálnom prípade by mali byť úplne symetrické, ich štruktúra by mala byť veľmi dobre definovaná.

Každé zrno pre ten istý kov má rovnakú kryštalickú štruktúru; to znamená, že kov s kompaktnou hexagonálnou štruktúrou, hcp, má zrná s kryštálmi so systémom hcp. Tie sú usporiadané takým spôsobom, že pred silou trakcie alebo rozťahovaním sa navzájom posúvajú, akoby to boli lietadlá zložené z guličiek..

Všeobecne platí, že keď sa lietadlá zložené z malých zŕn posúvajú, musia prekonať väčšiu treciu silu; ak sú veľké, môžu sa voľne pohybovať. Niektorí výskumníci sa snažia modifikovať ťažnosť určitých zliatin prostredníctvom kontrolovaného rastu ich kryštalických zŕn..

Na druhej strane, pokiaľ ide o kryštalickú štruktúru, zvyčajne kovy s kryštalickým systémom fcc (tvárou v strede kubický, alebo kubický stred na plochách) sú najpružnejšie. Medzitým kovy s kryštalickými štruktúrami bcc (kubický stred, kubický stred na tvárach) alebo hcp, majú tendenciu byť menej ťažné.

Napríklad, ako meď, tak železo kryštalizujú s usporiadaním fcc a sú ťažšie ako zinok a kobalt, obe s usporiadaním hcp.

Vplyv teploty na ťažnosť kovov

Teplo môže znížiť alebo zvýšiť ťažnosť materiálov a výnimky platia aj pre kovy. Avšak, ako všeobecné pravidlo, zatiaľ čo zmäkčenie kovov, tým väčšia je možnosť premeniť ich na nite bez ich porušenia.

Je to preto, že zvýšenie teploty spôsobuje, že atómy kovov vibrujú, čo vedie k zjednoteniu zŕn; to znamená, že niekoľko malých zŕn je spojených, aby vytvorili veľké zrno.

Pri väčších zrnách sa zvyšuje ťažnosť a molekulárne sklíčka čelia menším fyzickým prekážkam.

Experimentujte s vysvetlením ťažnosti pre deti a dospievajúcich

Ťažnosť sa stáva extrémne komplexným konceptom, ak človek začne mikroskopicky analyzovať. Ako to vysvetľujete deťom a mladistvým? Takým spôsobom, že sa to zdá byť tak jednoduché, ako je to možné pred zvedavými očami.

Žuvačka a plastelína

Doteraz sme hovorili o kovoch a roztavenom skle, ale existujú aj iné neuveriteľne ťažné materiály: žuvačka a plastelína.

Na preukázanie ťažnosti žuvačky stačí zachytiť dve masy a začať ich natiahnuť; jedna na ľavej strane a druhá na pravej strane. Výsledkom bude závesný mostík na žuvačku, ktorý sa nebude môcť vrátiť do pôvodného tvaru, pokiaľ nie je hnetený rukami..

Avšak príde bod, kde sa most nakoniec zlomí (a podlaha bude znečistená žuvačkou).

Na obrázku vyššie ukazuje, ako dieťa, ktoré tlačí nádobu s otvormi, vytvára plastelínu, ako keby to boli vlasy. Suché cesto je menej húževnaté ako olejovité; preto by mohol experiment jednoducho pozostávať z vytvorenia dvoch dážďoviek: jedného so suchou plastelínou a druhej zvlhčenej olejom.

Dieťa si všimne, že mastný červ sa ľahšie formuje a predlžuje sa na úkor jeho hrúbky; Kým červ suší, je pravdepodobné, že skončí lámanie niekoľkokrát.

Plastelína tiež predstavuje ideálny materiál na vysvetlenie rozdielu medzi tvárnosťou (loď, brána) a tvárnosťou (vlasy, dážďovky, hady, mloky atď.).

Demonštrácia s kovmi

Aj keď adolescenti nebudú ničím manipulovať, byť svedkami vzniku medených drôtov v prvom rade môže byť pre nich atraktívnym a zaujímavým zážitkom. Preukázanie ťažnosti by bolo ešte úplnejšie, ak by sme postupovali s inými kovmi a mohli by sme tak porovnať ich ťažnosť.

Ďalej musia všetky vodiče prechádzať konštantným ťahaním až do bodu zlomu. S týmto, dospievajúci vizuálne potvrdí, ako ťažnosť ovplyvňuje odpor drôtu rozbiť.

referencie

1. Encyklopédia príkladov (2017). Kujné materiály. Zdroj: ejemplos.co
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. júna 2018). Ťažká definícia a príklady. Zdroj: thinkco.com
3. Chemstorm. (2. marca 2018). Chémia s ťažkou definíciou. Zdroj: chemstorm.com
4. Bell T. (18. augusta 2018). Vysvetlená ťažnosť: pevnosť v ťahu a kovy. Zostatok. Zdroj: thebalance.com
5. Marks R. (2016). Ťažnosť v kovoch Katedra strojárstva, Univerzita Santa Clara. [PDF]. Zdroj: scu.edu
6. Reid D. (2018). Ťažnosť: Definícia a príklady. Štúdia. Zdroj: study.com
7. Clark J. (október 2012). Kovové štruktúry. Zdroj: chemguide.co.uk
8. Chemicool. (2018). Fakty o zlate. Zdroj: chemicool.com
9. Materiály dnes. (18. novembra 2015). Silné kovy môžu byť stále tvárné. Elsevier. Zdroj: materialstoday.com