Ορισμός ελατός - Τι είναι η ελατότητα;

Εξ ορισμού, ελατότητα είναι η ικανότητα ενός υλικού να σφυρηλατηθεί ή να τυλιχτεί σε λεπτά φύλλα. Με άλλα λόγια, είναι η ικανότητα παραμόρφωσης όταν υποβάλλεται σε συμπίεση. Μια ουσία με υψηλή ελασιμότητα είναι ελατή . Πολλά μέταλλα είναι ελατά. Τα μεταλλοειδή και τα αμέταλλα δεν είναι ελατά. Η ελατότητα είναι μια φυσική και μηχανική ιδιότητα της ύλης.

Παραδείγματα ελατών μετάλλων

Ακολουθούν παραδείγματα ελατών μετάλλων:

Χρυσό
Ασημί
Σίδερο
Νάτριο
Λίθιο
Ασβέστιο
Αλουμίνιο
Χαλκός
Κασσίτερος
Ίνδιο
Προηγούμενος
Electrum
Χάλυβας

Τα μεταλλοειδή δεν είναι ελατά ως καθαρά στοιχεία, αλλά μπορούν να σχηματίσουν ελατά κράματα.

Ποιο είναι το πιο εύπλαστο μέταλλο;

Ο χρυσός είναι το πιο εύπλαστο μέταλλο. Το δεύτερο πιο εύπλαστο μέταλλο είναι το ασήμι.

Είναι όλα τα μέταλλα ελατά;

Δεν είναι όλα τα μέταλλα ελατά. Ακολουθούν παραδείγματα μετάλλων που δεν είναι ελατά:

Όσμιο
Ιρίδιο
Βολφράμιο
Βανάδιο
Ορείχαλκος
Χάλκινος (σε σύγκριση με τα μέταλλα που τον αποτελούν)

Πώς λειτουργεί η ελατότητα

Τα μέταλλα είναι ελατά λόγω της κρυσταλλικής τους δομής. Στοιχεία με κλειστές κρυσταλλικές δομές [εξαγωνικό κλειστό (hcp) ή κεντροκεντρικό κυβικό (fcc)] είναι γενικά πιο εύπλαστα από εκείνα με πιο ανοιχτές δομές, όπως τα κυβικά με επίκεντρο το σώμα (bcc). Για παράδειγμα, ο χρυσός, το ασήμι και το μαγνήσιο είναι πιο εύπλαστα από το βανάδιο ή το χρώμιο. Τα άτομα σε κλειστές δομές είναι διατεταγμένα σαν στοιβαγμένα επίπεδα φύλλα, έτσι ώστε τα επίπεδα να μπορούν να γλιστρήσουν το ένα δίπλα στο άλλο υπό την εφαρμοζόμενη δύναμη. Εν τω μεταξύ, οι δομές με κέντρο το σώμα μοιάζουν περισσότερο με κυματοειδές φύλλα που αντιστέκονται στην ολίσθηση.

Όμως, τα μέταλλα έχουν διαφορετικές δομές ανάλογα με τη θερμοκρασία, τις ακαθαρσίες και άλλους παράγοντες. Έτσι, το πόσο εύπλαστο είναι ένα δεδομένο στοιχείο ή κράμα εξαρτάται από τις συνθήκες του.

Είναι ελατά τα μη μέταλλα;

Σε γενικές γραμμές, τα στοιχεία που είναι αμέταλλα δεν είναι ελατά. Ωστόσο, υπάρχουν μερικές εξαιρέσεις. Ορισμένα αλλότροπα είναι ελατά. Ένα παράδειγμα είναι το πλαστικό αλλοτρόπιο του θείου.

Ενώ τα μη μεταλλικά στοιχεία δεν είναι ελατά, ορισμένα μη μεταλλικά πολυμερή είναι Ελατός. Για παράδειγμα, ορισμένα πλαστικά εμφανίζουν ελαστικότητα.

Διαφορά μεταξύ εύπλαστου και όλκιμου

Ένα ελατό υλικό παραμορφώνεται υπό συμπίεση, ενώ ένα όλκιμο υλικό παραμορφώνεται υπό τάση εφελκυσμού. Τα ελατά μέταλλα χτυπιούνται ή συμπιέζονται σε λεπτά φύλλα, ενώ τα εύπλαστα μέταλλα σύρονται σε λεπτά σύρματα.

Ως επί το πλείστον, η ελασιμότητα και η ολκιμότητα πάνε χέρι-χέρι. Ωστόσο, υπάρχουν μερικά μέταλλα που είναι ελατά, αλλά όχι όλκιμα. Για παράδειγμα, ο μόλυβδος είναι ελατός και μπορεί να συμπιεστεί σε λεπτά φύλλα. Ωστόσο, δεν είναι όλκιμο και σπάει εύκολα όταν τραβιέται σε καλώδια.

Ελατότητα και σκληρότητα

Συνολικά, τα σκληρότερα μέταλλα είναι λιγότερο ελατά από τα μαλακότερα μέταλλα. Για παράδειγμα, ο καθαρός χρυσός και το ασήμι είναι πολύ μαλακά και εξαιρετικά εύπλαστα. Τα σκληρά μέταλλα, όπως το βολφράμιο, το ιρίδιο, το όσμιο και το χρώμιο, δεν είναι πολύ ελατά. Τα μέταλλα είναι σκληρά και μη ελατά λόγω της κρυσταλλικής τους δομής. Οι σειρές των ατόμων στους κρυστάλλους δεν ευθυγραμμίζονται, επομένως υπάρχουν πολλά όρια κόκκων. Δεν υπάρχει εύκολος δρόμος για τα άτομα να γλιστρήσουν το ένα δίπλα στο άλλο υπό πίεση.

Επίδραση της θερμοκρασίας στην ελατότητα

Στα περισσότερα μέταλλα, η αύξηση της θερμοκρασίας μειώνει τον αριθμό των ορίων των κόκκων και αυξάνει την ελατότητα. Έτσι, ορισμένα μέταλλα που δεν είναι ελατά υπό κανονικές συνθήκες ανταποκρίνονται στη θερμική επεξεργασία. Για παράδειγμα, ο ψευδάργυρος είναι εύθραυστος μέχρι να θερμανθεί πάνω από 300 °F (~150 °C). Πάνω από αυτή τη θερμοκρασία, είναι δυνατό να κυλήσετε το μέταλλο σε φύλλα.

Επίδραση του κράματος στην ελατότητα

Το κράμα μετάλλων είναι ένας άλλος τρόπος ελέγχου της ελατότητας. Για παράδειγμα, ο ορείχαλκος είναι λιγότερο ελατός από οποιοδήποτε από τα μέταλλα που τον αποτελούν, τον χαλκό και τον ψευδάργυρο. Ο χρυσός 14 καρατίων και το ασήμι στερλίνας είναι κράματα που σκληραίνουν και μειώνουν την ελασιμότητα του χρυσού και του αργύρου.

Μέτρηση ελατότητας

Υπάρχουν δύο τρόποι μέτρησης της ελατότητας. Η πρώτη δοκιμή είναι η μέτρηση της πίεσης ή της θλιπτικής τάσης που αντέχει ένα υλικό πριν σπάσει. Η άλλη δοκιμή είναι η μέτρηση του πόσο λεπτό είναι ένα φύλλο μετάλλου πριν από τη θραύση.

Αναφορές

Budynas, Richard G. (2015). Σχεδίαση Μηχανολόγων Μηχανικών του Shigley (10η έκδ.). McGraw Hill. ISBN 978-0-07-339820-4.
Burgin, Mark (2016). Theory of Knowledge:Structures and Processes . World Scientific. ISBN 9789814522694.
Dieter, G. (1986). Μηχανική Μεταλλουργία . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-016893-0.
Emiliani, Cesare (1987). Λεξικό των Φυσικών Επιστημών:Όροι, Τύποι, Δεδομένα . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-503651-0.
Meyers, Robert A. (2001). Εγκυκλοπαίδεια Φυσικής Επιστήμης και Τεχνολογίας (3η έκδ.). Ακαδημαϊκός Τύπος.