TAŽNOST: VLASTNOSTI, PŘÍKLADY, EXPERIMENTY - CHEMIE - 2025

Tažnost je patentovaná technologie materiálů, které jim umožňují deformovat roztáhnout stres; to znamená oddělení jejích dvou konců, aniž by došlo k okamžitému lomu v nějakém bodě uprostřed protáhlého úseku. Jak se materiál protahuje, jeho průřez se zmenšuje a stává se tenčí.

Tažné materiály jsou proto mechanicky zpracovávány do tvarů závitů (nitě, kabely, jehly atd.). U šicích strojů představují cívky s navinutými nitěmi domácí příklad tažných materiálů; jinak by textilní vlákna nemohla nikdy získat své charakteristické tvary.

Zdroj: Emilian Robert Vicol přes Flickr.

Jaký je účel tažnosti v materiálech? To, že umí pokrýt dlouhé vzdálenosti nebo atraktivní vzory, ať už pro výrobu nástrojů, šperků, hraček; nebo pro přepravu nějaké tekutiny, jako je elektrický proud.

Poslední aplikace představuje klíčový příklad tažnosti materiálů, zejména kovů. Jemné měděné dráty (horní obrázek) jsou dobrými vodiči elektřiny a spolu se zlatem a platinou se používají v mnoha elektronických zařízeních pro zajištění jejich provozu.

Některá vlákna jsou tak jemná (jen několik mikrometrů tlustá), že poetická fráze „zlaté vlasy“ nabývá veškerého skutečného významu. Totéž platí pro měď a stříbro.

Tažnost by nebyla možná vlastnost, pokud by neexistovaly molekulární nebo atomové přesmyky, které by působily proti dopadající tahové síle. A pokud by neexistoval, člověk by nikdy neznal kabely, antény, mosty, zmizely a svět by zůstal ve tmě bez elektrického světla (kromě nesčetných dalších důsledků).

Co je tažnost?

Na rozdíl od kujnosti zaručuje tažnost účinnější strukturální přeskupení.

Proč? Protože když je povrch, na kterém leží napětí, větší, pevná látka má více prostředků, jak posunout své molekuly nebo atomy, vytvářet listy nebo desky; zatímco když je napětí soustředěno v menším a menším průřezu, musí být molekulární klouzání účinnější, aby působilo proti této síle.

Ne všechny pevné látky nebo materiály to dokážou, a proto se při podrobení tahovým zkouškám zlomí. Získané trhliny jsou v průměru vodorovné, zatímco zlomy z tvárných materiálů jsou kuželovité nebo špičaté, což je známka natahování.

Tažné materiály se také mohou zlomit za bod napětí. To se může zvýšit, pokud se teplota zvýší, protože teplo podporuje a usnadňuje molekulární sklouznutí (i když existuje několik výjimek). To je pak díky těmto skluzavkám, že materiál může vykazovat tažnost, a proto je tažný.

Tažnost materiálu však zahrnuje další proměnné, jako je vlhkost, teplo, nečistoty a způsob použití síly. Například nově roztavené sklo je tažné a má tvar závitu; Ale jak se ochladí, stává se křehkým a může se zlomit při jakémkoli mechanickém nárazu.

Vlastnosti

Tažné materiály mají své vlastní vlastnosti přímo související s jejich molekulárním uspořádáním. V tomto smyslu může být pevná kovová tyč a tyč z vlhké jíly tažná, i když se jejich vlastnosti výrazně liší.

Všichni však mají něco společného: plastové chování před zlomením. Jaký je rozdíl mezi plastovým a elastickým předmětem?

Elastický předmět je reverzibilně deformován, k čemuž nejprve dochází u tvárných materiálů; ale zvětšením tahové síly se deformace stane nevratnou a předmět se stane plastickým.

Od této chvíle nabývá drát nebo nit definovaný tvar. Po nepřetržitém napínání se jeho průřez stává tak malým a napětí v tahu příliš vysoké, takže jeho molekulární sklíčka již nemohou působit proti stresu a nakonec se rozbije.

Pokud je tažnost materiálu extrémně vysoká, jako v případě zlata, je možné s jedním gramem získat dráty s délkou až 66 km s tloušťkou 1 µm.

Čím delší je drát získaný z hmoty, tím menší je jeho průřez (pokud není k dispozici mnoho tun zlata pro vytvoření drátu značné tloušťky).

Příklady tažných kovů

Kovy patří mezi tvárné materiály s nespočetnými aplikacemi. Triáda je tvořena kovy: zlato, měď a platina. Jedním z nich je zlato, další růžově oranžová a poslední stříbro. Kromě těchto kovů existují i ​​jiné s nižší tažností:

-Žehlička

-Zinek

-Brass (a jiné kovové slitiny)

-Zlato

-Hliník

-Samarium

-Magnesium

-Vanadium

-Steel (ačkoli jeho tažnost může být ovlivněna v závislosti na složení uhlíku a dalších přísadách)

-Stříbrný

-Cín

-Lead (ale v určitých malých teplotních rozsazích)

Bez předchozích experimentálních znalostí je obtížné zjistit, které kovy jsou skutečně tažné. Jeho tažnost závisí na stupni čistoty a na tom, jak přísady interagují s kovovým sklem.

V úvahu přicházejí také další proměnné, jako je velikost krystalických zrn a uspořádání krystalů. Kromě toho hraje důležitou roli také počet elektronů a molekulárních orbitálů zapojených do kovové vazby, to znamená v „elektronovém moři“.

Interakce mezi všemi těmito mikroskopickými a elektronickými proměnnými dělají tažnost konceptem, který musí být důkladně vyřešen multivariační analýzou; a nebude existovat standardní pravidlo pro všechny kovy.

Z tohoto důvodu mohou a nemusí být dva kovy, i když s velmi podobnými vlastnostmi, tažné.

Velikost zrn a krystalové struktury kovů

Zrna jsou části skla, které v trojrozměrném uspořádání postrádají viditelné nepravidelnosti (dutiny). V ideálním případě by měly být zcela symetrické s velmi dobře definovanou strukturou.

Každé zrno pro stejný kov má stejnou krystalickou strukturu; to znamená, že kov s kompaktní hexagonální strukturou, hcp, má zrna s krystaly se systémem hcp. Jsou uspořádány tak, aby se před silou tahu nebo protažení klouzaly jeden přes druhého, jako by to byla letadla vyrobená z kuliček.

Obecně platí, že když se sklouznou letadla z malých zrn, musí překonat větší třecí sílu; zatímco pokud jsou velké, mohou se volně pohybovat. Ve skutečnosti se někteří vědci snaží regulovat tažnost určitých slitin prostřednictvím řízeného růstu svých krystalických zrn.

Na druhé straně, co se týče krystalické struktury, obvykle jsou kovy s krystalickým systémem fcc (čelem kubický nebo kubický na čelních stranách) nejvíce tažné. Mezitím, kovy s krystalickými strukturami bcc (kubický centimetr zaměřený na tělo, kubický centrovaný na obličejích) nebo hcp, mají tendenci být méně tažné.

Například měď i železo krystalizují s fcc uspořádáním a jsou tvárnější než zinek a kobalt, oba s uspořádáním hcp.

Vliv teploty na tažnost kovů

Teplo může snížit nebo zvýšit tažnost materiálů a výjimky platí také pro kovy. Obecně však platí, že čím měkčí kovy jsou, tím snazší je přeměnit na závity bez porušení.

Toto je kvůli skutečnosti, že zvýšení teploty způsobí, že atomy kovu vibrují, což následně způsobí sjednocení zrn; to znamená, že několik malých zrn se spojí a vytvoří jedno velké zrno.

S většími zrny se tažnost zvyšuje a molekulární skluzy čelí menším fyzickým překážkám.

Experiment k vysvětlení tažnosti pro děti a dospívající

Zdroj: Doug Waldron přes Flickr.

Tažnost se stává nesmírně složitou koncepcí, pokud ji začnete mikroskopicky analyzovat. Jak to tedy vysvětlíte dětem a dospívajícím? Takovým způsobem, aby se jejich zvědavým očím zdálo co nejjednodušší.

Žvýkačka a těsto

Doposud se hovořilo o roztaveném skle a kovech, ale existují i ​​další neuvěřitelně tažné materiály: žvýkačka a modelovací hmota.

K prokázání tažnosti žvýkačky stačí chytit dvě masy a začít je protahovat; jeden na levé straně a druhý na pravé straně. Výsledkem bude visící gumový můstek, který se nebude moci vrátit do svého původního tvaru, pokud nebude hněten rukama.

Nicméně, tam přijde bod, kde se most nakonec zlomí (a podlaha bude obarvená gumou).

Obrázek nahoře ukazuje, jak dítě stiskem nádoby s otvory způsobí, že se plastelína objeví, jako by to byly vlasy. Suchý tmel je méně tažný než mastný tmel; Proto by experiment mohl jednoduše spočívat ve vytvoření dvou žížal: jeden se suchou hlínou a druhý navlhčený v oleji.

Dítě si všimne, že mastný červ se snáze formuje a získává délku na úkor své tloušťky; Zatímco červ zasychá, je pravděpodobné, že se několikrát rozpadne.

Plastelína také představuje ideální materiál k vysvětlení rozdílu mezi kujností (člun, brána) a tažností (vlasy, červy, hadi, mloci atd.).

Ukázka s kovy

Přestože adolescenti nic nemanipulují, schopnost být svědky tvorby měděných drátů v první řadě může být pro ně atraktivní a zajímavý zážitek. Ukázka tažnosti by byla ještě úplnější, kdyby člověk postupoval s jinými kovy, a tak byl schopen porovnat jejich tažnost.

Dále musí být všechny dráty vystaveny neustálému napínání až do bodu jejich zlomu. Díky tomu bude adolescent vizuálně potvrzovat, jak tažnost ovlivňuje odpor drátu ke zlomení.

Reference

1. Encyklopedie příkladů (2017). Tažné materiály. Obnoveno z: example.co
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22. června 2018). Tažná definice a příklady. Obnoveno z: thinkco.com
3. Chemstorm. (2. března 2018). Tažná definice chemie. Obnoveno z: chemstorm.com
4. Bell T. (18. srpna 2018). Vysvětlitelná tažnost: Stres v tahu a kovy. Rovnováha. Obnoveno z: thebalance.com
5. Dr. Marks R. (2016). Tažnost v kovech. Oddělení strojního inženýrství, Univerzita Santa Clara.. Obnoveno z: scu.edu
6. Reid D. (2018). Tažnost: definice a příklady. Studie. Obnoveno z: study.com
7. Clark J. (říjen 2012). Kovové struktury. Obnoveno z: chemguide.co.uk
8. Chemicool. (2018). Fakta o zlatě. Obnoveno z: chemicool.com
9. Materiály dnes. (2015, 18. listopadu). Silné kovy mohou být stále tažné. Elsevier. Obnoveno z: materialstoday.com