Класс!ная физика - всегда рядом Класс!ная физика - викторины Класс!ная физика - для любознательных Техно-шокер Музей открытки 20 века Коты-работы художников

добавить на Яндекс

"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?





«Класс!ная физика» - это class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru, class-fizika.ru и classfizika.ru
«Класс!ная физика» - это и библиотека по физике class-fizika.ru/bib.html

 Класс!ная физика   -  YouTube

О металлах и их свойствах

E-mail

Главная

 

Для начала посмотрите коллекцию работ из металла художника-скульптора Донни Ванера (Donnie Wanner - США). Его последние произведения представляют собой металлические настенные скульптуры (Metal Wall Sculpture). Свои методы работы с металлом он разрабатывал в течение многих лет. Здесь используются бронза, хром, техника патины, термообработка и химические средства.



 

А теперь о том, из чего это сделано ...
В периодической системе Менделеева насчитывается 96 металлов: черных и цветных, легких и тяжелых, редких, радиоактивных и т.д.Из одних делают корпуса высокоскоростных самолетов, из других - гири и противовесы для штанги, одним нагрев не страшен, а другие и в руку не взять, один чернеет тут же, а другого даже в азотной кислоте при температуре 200 оЦельсия коррозия не берет.

Ух ты!
Благородные металлы, кольца, брошки и сережки …

Кстати, не только золото и серебро, но еще и платина!

Чуть-чуть о ней - смотри здесь.
Платина встречается в природе в 35 раз реже, чем золото.За один час в мире находят больше железа, чем за всю историю нашли золота. А в мировом океане в 1 тонне воды содержится примерно 7 мг золота, при этом общая масса этого металла в водах океана составляет 10 млрд. тонн.

Древние египтяне (три тысячи лет назад) использовали платину для изготовления драгоценностей, а южноамериканские инки для украшения делали из платины носовые кольца. Редкий металл «платина» знали и использовали с древних времен, хотя свое современное название он получил сравнительно недавно от испанских конкистадоров. "Наивные" испанцы, впервые увидевшие в Южной Америке в 17 веке платину, посчитали ее «поддельным серебром.

Но, если раньше платина использовалась только для изготовления украшений и чеканки монет, то сегодня, благодаря своим интересным химическим свойствам, широко применяется в автомобильной промышленности для изготовления катализаторов (более половины добываемой платины идет в автомобильную промышленность).

Интересно, что золото - отличный проводник электрического тока, и хотя оно дорого,является важнейшим сырьем в электротехнике. А кто же не знает, что из золота можно изготовить фольгу толщиной 0,003 мм и использовать для золочения.

А вот так добывают и выплавляют золото - смотрим здесь.
А дальше рассказывается о серебре - смотри здесь.

Трудная это работа - добыча драгоценных металлов!

Конечно, все учили в школе,чем металлы отличаются друг от друга:

- плотностью,
- способностью плавиться при конкретной для каждого металла температуре плавления,
- теплопроводностью, т.е.способностью проводить теплоту при нагревании,
- тепловым расширением, т.е. способностью увеличивать свой объем при нагревании,
- электропроводностью, т.е. способностью проводить электрический ток.

Ух ты!
А как они плавятся!

А знаете, что если положить металлическую ложку в горячий чай, то она может и расплавиться …. Такое произойдет, если изготовить чайную ложку из сплава Вуда. Но все-таки не надо делать ложки из сплава Вуда, он считается токсичным!

Сплав Вуда – это легкоплавкий сплав, изобретенный в 1860 году Б. Вудом. Температура плавления варьируется от 65 до 68 °С.
Его состав - олово 12,5 %, свинец 25 %, висмут 50 %, кадмий 12,5 %.
Сплав Вуда имеет меньшую температуру плавления, чем температуры плавления составляющих его металлов!
Существует и ряд других рецептов сплавов с низкой точкой плавления.
Например:
Сплав Ньютона - висмут 50 %, свинец 31,2 %, олово 18,8 % . Его температура плавления - 94 град. Целься.
Русский сплав - галлий 61 %, индий 25 %, олово 13 %, цинк 1 %, плавящийся при температуре 3 град. Цельсия.

Там, где применяются легкоплавкие сплавы, требуется низкая температура плавления, например, для пайки микросхем, которые могут выйти из строя из-за перегрева при работе с обычными припоями.

Смотрим сплав Вуда – здесь.

Еще один легкоплавкий уникум - редкоземельный металл галлий плавится при 30 градусах Цельсия. Чтобы расплавить кусочек галлия, достаточно подержать его в руке. Но интересно, что если температура плавления галлия составляет 30 градусов Цельсия, то кипит он при температуре 2005 град. Цельсия!

А хотите посмотреть фокус с чайной ложкой из галлия? - смотрим здесь.

Зато вольфрамовая нить лампы накаливания греется и не плавится, она выдерживает температуру до 3380 град. Цельсия! Вольфрам - очень тугоплавкий металл,и при столь высокой температуре плавления (3380 град С) имеет еще и очень высокую температуру кипения - 5900 °C.

Ух ты!
А вы знаете, что в нашем организме тоже есть металлы?

Кальций и натрий – в клетках, железо - в крови, медь – в печени, магний – в мышцах и нервах.

Иногда случаются «авитаминозы» на металлы, например, анемия (недостаток железа) или болезни, вызванные недостатком меди, и мы стараемся восполнить нехватку этих элементов в организме с помощью лекарств.

В организме взрослого человека должно содержаться около 80 мг меди. Существует много разных способов поддержания баланса меди в организме. А в «старые добрые времена» при головных болях, болях в сердце или при ушибах прикладывали к больным местам медные пятаки, а для восполнения недостатка меди в организме советовали свежее яблоко проткнуть медной проволокой, оставить так на ночь, а утром натощак съесть.

Еще немного о меди: инструменты из меди и её сплавов не создают искр! Поэтому их применяют на огнеопасных и взрывоопасных производствах.

А о таких свойствах металлов Вы слышали?
А что они означают?

Вспомните, из металла можно делать даже нитки, ну да, металлические нити - проволоку! И все благодаря высокой тягучести металлов. Их можно ковать, тянуть, прокатывать в тонкие листы, придавать им любую форму.

Твердость - способность металла сопротивляться проникновению в него более твердого тела;
вязкость - способность металла сопротивляться быстро возрастающим ударным нагрузкам;
прочность - способность металла сопротивляться разрушению под действием внешних сил;
упругость - способность металла восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия действующей нагрузки;
пластичность - способность металла, не разрушаясь, изменять свою форму под действием нагрузки и сохранять полученную форму после снятия нагрузки.

А какой металл отличается повышенной прочностью?

Это - титан, он значительно легче, но тверже железа, меди, алюминия. Вот почему когда-то алюминиевые лыжные палки были заменены на титановые! Титан сохраняет свою прочность даже при значительном нагревании, что не свойственно другим металлам.

А вы знаете о том, что:
- титан имеет высокую вязкость и налипает при обработке на режущий инструмент, и поэтому требуется специальная смазка инструмента;
- титановая пыль имеет свойство взрываться, температура вспышки составляет 400 °C;
- титановая стружка пожароопасна.

Несмотря на это, титан считают металлом будущего. Его применяют в аэрокосмической технике и медицине. Удивительная твердость позволила широко использовать титан для производства вооружения.

Титан не вызывает у человека аллергию, поэтому аллергик может смело покупать серьги и кольца из титана. Титановые кольца не заржавеют, ведь он не вступает в химические реакции.

А кроме того титан легче золота в 4 раза!
А знаете ли вы, что памятник Юрию Гагарину в Москве высотой 40 метров выполнен также из титана.

Ух ты!
Не слышали? Но это возможно!

Все знают, что металлы имеют упорядоченную кристаллическую решетку.

Но что будет, если каким-либо способом очень быстро (со скоростью более, чем 1 000 000 град. Цельсия /сек) охладить расплавленный металл или пары металла? Так можно получить аморфные чистые металлы или сплавы. Обычно в твердом состоянии металлы имеют кристаллическое строение, но при быстром охлаждении внутренняя структура твердого металла становится похожей на структуру стекла, т.е. практически не имеет кристаллической решетки.

Это явление было открыто в 1960 году.
Однако аморфное состояние металла не долговечно и пропадает при нагревании.

А чем же «знамениты» металлы в аморфном состоянии? Устойчивы к ржавчине, повышается прочность металла, меняется упругость и электромагнитные свойства. Если изготовить из аморфного сплава сердечники трансформаторов, то потери при передаче электроэнергии сокращаются в 2 раза!

Аморфные «жидкие» металлы уже несколько лет применяются в промышленности для изготовления спортивного снаряжения, мобильных телефонов, радиоэлектроники, медицинской аппаратуры и, конечно, в военной технике.

А какими способами можно обрабатывать металлы?

Металл можно обрабатывать, придавая любую форму:
ковать - прикладывая к нему силу, изменять его форму в нагретом или холодном состоянии;
сваривать - при сильном нагревании части металла прочно соединяются друг с другом;
лить - расплавленный металл легко растекается и хорошо заполнять форму;
резать - например, на токарных станках изготавливать детали различной формы;

Внутреннее строение, наличие свободных электронов обеспечивает металлам высокую электропроводность и высокую теплопроводность. Кроме того, сверхчистые металлы при очень низких температурах удивительно улучшают свои электрические свойства.

Известно, что чистые металлы более пластичны, чем сплавы, поэтому меняя структуру металла можно менять их прочность и пластичность.

Ух ты!
Поспорим, что сплошной металлический шарик может плавать на поверхности?

Да! Делаем шарик из металла лития, пускаем в воду, и он плавает на поверхности!Ведь его плотность 0,533г/куб.см в два раза меньше плотности воды! Литий обычно добавляют в сплавы для увеличения прочности.

А вы видели, как плавает надутый детский воздушный шарик по воде? Точно так будет плавать шарик из лития, если его опустить в ртуть. Плотности лития и ртути различаются примерно в 25 раз!
Да, а почему «опустить»? Так ведь ртуть при комнатной температуре жидкая.

Кстати, а как «сделать» из ртути шарик? Жидкий шарик? Правильно, достаточно невзначай разбить градусник. Так как ртуть не смачивает большинство поверхностей, то она скатывается на них в мелкие «вредные» шарики. В чем заключается «вредность» ртути? Она легко испаряется и, попадая в дыхательные пути, вызывает отравление организма.

Ух ты!
У металлов есть "память"!

Из школьной физики мы знаем, что деформация бывает:
- упругая (держа за один конец, изогнули слегка стальную линейку и отпустили – она выпрямилась и приняла прежнюю форму)
- пластическая (ну, очень сильно согнули стальную линейку - обратно она уже не выпрямляется).

Ученые обнаружили у некоторых сплавов металлов удивительное свойство: запоминать свою первоначальную форму и даже после пластической деформации такие сплавы способны «вспомнить" (восстановить) свою первоначальную форму.

Смотрим, как это бывает – здесь.

Ух ты!
Металл может гореть?

И хотя этот вопрос уже относится к химии …
В настоящее время такие металлы, как алюминий, бериллий, магний, бор, литий являются одним из основных компонентов твердых ракетных топлив и позволяют значительно улучшить физико-химические характеристики топлива.

А пиротехнические изделия, применяющиеся как в военной технике (осветительные, сигнальные, дымовые), так и для праздничных фейерверков? Кстати, само слово «пиротехника» с древнегреческого означает «искусство огня.

Металлы, входящие в состав пиротехнической смеси, могут быть как горючие, так и негорючие, но все они придают пламени окрашивающий эффект. Соединения металлов при высокой температуре, переходя в парообразное состояние, дают свечение. Каждый металл имеет свой спектр излучения: натрий - желтый, стронций, цезий, рубидий, литий - красный, барий, таллий - зеленый, медь - синий, кальций - розовый.

Для усиления цвета пламени и уменьшения температуры горения в качестве добавок используют ртуть, свинец, а для получения эффекта искрения металлические опилки: железо, сталь и чугун. Добавка циркония позволяет получить эффектные, длинные, яркие золотистые искры, а добавка титана - длинные, яркие белые искры.

На этой красочной ноте и закончим рассказ о незаменимых в нашей жизни металлах - смотрим праздничный фейерверк!