Fyzikální a chemické vlastnosti. K fyzikálním vlastnostem patří hustota a vlastnosti tepelné, elektrické, magnetické a optické.

Transkript

1 1 Fyzikální vlastnosti K fyzikálním vlastnostem patří hustota a vlastnosti tepelné, elektrické, magnetické a optické. 1.1 Hustota je hmotnost jednotkového objemu. = m/v [kg/m 3 ], je závislá na teplotě. Skutečné látky mají často nižší hustotu, než je hodnota udávaná v tabulkách. Je to vlivem nečistot popř. pórovitosti lité kovy mají až o 3% menší hustotu, než tvářené. Často se v technické praxi hustota udává v jednotkách kg/dm 3, g/cm 3, t/m 3. Ocel má hustotu cca 7,85 kg/dm Teplota tání a tuhnutí [ o C] je teplota, při níž látka mění skupenství (z tuhého na kapalné a naopak). Čisté kovy se taví při určité konstantní teplotě, naopak slitiny, sklo, keramika se taví postupně a je nutné udávat teplotní interval tavení/tuhnutí. Znalost teploty tání/tavení a teploty tuhnutí je nutná pro odlévání kovů, pokovování, svařování. 1.3 Délková a objemová roztažnost je prodloužení délky popř. zvětšení objemu vlivem zvýšení teploty. V tabulkách najdeme: - Teplotní součinitel délkové roztažnosti l - udává změnu délky při změně teploty o 1 K, vztaženo na počáteční délku: l = l/l 0. - Teplotní součinitel objemové roztažnosti V udává změnu objemu při změně teploty o 1 K, vztaženo na počáteční objem: V = V/V 0. Pro odlévání kovů je také důležitá smrštivost materiálu (opak roztažnosti). Platí vztahy: l = l. l. t popř. V = V. V. t. Příklad: Zjistěte prodloužení kovové tyče při zvýšení teploty z 10 o C na 20 o C, je-li původní délka tyče 2 m a součinitel délkové roztažnosti l = 0, K -1 (uhlíková ocel). l = l. l. t = 0, (mm). 10 = 0,24 mm Tyč dlouhá 2m se při ohřevu o 10 o C prodlouží o 0,24 mm. 1.4 Tepelná vodivost je schopnost materiálu přenášet tepelnou energii, jednotkou je Wm -1 K -1. Tato jednotka vyjadřuje, kolik tepla Q (J,W) projde protilehlými stěnami krychle o velikosti hrany 1 m za jednotku času, je-li rozdíl teplot mezi vstupní a výstupní stěnou 1K. 1

2 Platí vztah Q =. S/l. T. t Příklad: Zjistěte, kolik tepla projde za 1 hodinu stěnou o ploše 10 m 2 a tloušťce stěny 0,2 m, je-li venkovní teplota 0 o C a teplota v místnosti 20 o C. Tepelná vodivost materiálu je 0,87 Wm -1 K -1 Q =. S/l. T. t = 0,87. 10/0, = J (Ws) Tepelná vodivost se často porovnává s tepelnou vodivostí stříbra Ag, které je nejlepším vodičem tepla (stříbro má 100%ní vodivost), potom ji udáváme v %. Např. tepelná vodivost železa je 21%, mědi 94%. 1.5 Elektrická vodivost je schopnost vést el.proud, opakem vodivosti je el.odpor R. Elektrická vodivost materiálu je charakterizována měrným el.odporem = R. S/l ( m). Podle vodivosti dělíme kovy na vodiče (čisté kovy), izolanty (nejlepším izolantem je vakuum) a polovodiče (Ge germanium, Si křemík, Se selen). Supravodivost je schopnost některých kovů skokem snížit elektrický odpor na nulovou hodnotu. Tento stav vzniká při velmi nízkých teplotách blízkých 0 K a vyskytuje se u kovů i polovodičů. U čistých kovů je přechod rychlý, u slitin pomalejší. Supravodivost se projevuje hlavně u stejnosměrného el. proudu. Obr. 1 Magnet nad supravodičem chlazeným tekutým dusíkem Deutsch: Ein Magnet schwebt über einen mit flüssigem Stickstoff gekühlten Hochtemperatursupraleiter (-200 C) English: A magnet is suspended over a liquid nitrogen cooled high-temperature superconductor (- 200 C) 2

3 1.6 Magnetické vlastnosti jsou definovány veličinou permeabilita. Platí vztah = B/H, kde B je magnetická indukce uvnitř materiálu, H je intenzita vnějšího mag. pole. Podle velikosti permeability dělíme materiály na diamagnetické, paramagnetické a feromagnetické. Diamagnetické látky < 1 mírně zeslabují účinek magnetického pole (vodík, měď, stříbro, zlato) Paramagnetické látky > 1 mírně zesilují účinek magnetického pole (kyslík, sodík, draslík) Feromagnetické látky >> 1 silně zesilují účinek mag.pole (železo, nikl, kobalt a slitiny chromu a manganu). Feromagnetické látky dělíme dále na - magneticky měkké - snadno se odmagnetují i zmagnetizují - magneticky tvrdé - magnetizují se obtížně, ale zmagnetizování pak udrží. Vyrábí se z nich permanentní magnety. Curieova teplota je teplota, nad níž neexistuje feromagnetismus, pro Fe je to 768 o C (je to proto, že se vzrůstající teplotou se zvětšují kmity atomů a tím se ruší účinek magnetických sil). Obr.2 Magnet S (south) jih, N (north) sever 2 Chemické vlastnosti Mezi chemické vlastnosti patří odolnost proti korozi, žárupevnost a žáruvzdornost. 2.1 Odolnost proti korozi Koroze je oxidace povrchu kovu, posuzuje se jako úbytek hmotnosti v g na 1 cm 2 plochy za určitý čas. Ochrana proti korozi je velmi důležitá, protože roční ztráty korozí jsou až 5% hodnoty roční výroby oceli. Provádí se ochrannými nátěry, elektrochemickou úpravou povrchu, pokovováním apod. Rozlišujeme korozi chemickou a elektrochemickou: Chemická koroze je oxidace povrchu kovů vzdušným kyslíkem. Elektrochemická koroze je koroze vodnými roztoky kyselin, zásad a solí (koroze v půdách, vodách, atmosférická vlivem vlhkosti vzduchu). 2.2 Žáruvzdornost je schopnost kovu odolávat opalu, tj. oxidaci povrchu za vysokých teplot. Žáruvzdornost slitin zlepšuje přídavek Al, Si, Cr. 3

4 2.3 Žárupevnost je schopnost materiálu zachovat pevnost při dlouhodobém působení vyšších teplot. Žáruvzdornost a žárupevnost musí mít např. části spalovacích motorů, lopatky parních turbín, motory tryskových letadel, raket, kotlů, rošty (musí dlouhodobě odolávat teplotám nad 600 o C). Obr.3 Parní kotel + schéma 3 Úkoly 1. Uveďte rozdělení fyzikálních a chemických vlastností. 2. Definujte jednotlivé fyzikální vlastnosti. 3. Kde najdeme koeficienty pro výpočet délkové a objemové roztažnosti? 4. Jaký je rozdíl mezi žárupevností a žáruvzdorností? 5. Vysvětlete odolnost proti korozi, uveďte druhy korozi. 4 Použité materiály (1.) FRISCHHERZ, Adolf, Technologie zpracování kovů 1, nakladatelství Wahlberg, Praha 1993, 1. vyd., kap. 2 Technické materiály, ISBN

5 (2.) BOTHE, Otakar, Strojírenská technologie I., SNTL, Praha 1989, 5. vyd., kap. 3 Kovové technické materiály, typové číslo L13-C1-II-96/26119, (3.) HLUCHÝ, Miroslav a kol., Strojírenská technologie, SNTL, Praha 1969, 2. vyd., kap. 1 Výroba technických materiálů, typové číslo L 13-C2-III-84/22266-VII, Obrázky: [1] Commons.wikimedia.org [online]. [cit ]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: [2] Commons.wikimedia.org [online]. [cit ]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: [3] Commons.wikimedia.org [online]. [cit ]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: 5