برای ساختن وسایل فلزی محکم و سبک از کدام ماده استفاده میشود

برای ساختن وسایل فلزی محکم و سبک از کدام ماده استفاده میشود را از سایت نکس درجه دریافت کنید.

درس چهارم علوم هفتم: مواد پیرامون ما :: آموزش دروس متوسطه اول

بیشتر موادّ پیرامون در طبیعت یافت نمی شوند؛ بلکه باید آنها را با انجام تغییرهای فیزیکیو شیمیایی در مواد طبیعی به دست آورد؛

برای نمونه:

فلزهای آهن، آلومینیم و مس را از سنگ معدن آنها، شیشه را از ماسه ، سیمان را از سنگ آهک و پلاستیک را از نفت خام می سازند.

چکش خوار بودن فلزها این امکان را می دهد تا آنها را به شکل های دلخواه در آوریم.

مواد در دمای معمولی به سه حالت جامد، مایع و گاز وجود دارند.

با تغییرات دما ، حالت مواد تغییر می کند.

شما شاهد بسیاری از این تغییر حالتها در محیط اطراف خود هستید.

چکش خوار بودن فلز ها را با توجه به ساختار اتمی

استحکام فلزها بیشتر از سایر مواد است.

در نتیجه برای ساختن وسایلی که باید استحکام زیادی داشته باشند، از فلز ها استفاده می کنند.

برای نمونه:

بدنهٔ خودروها، اسکلت های ساختمانی، پل ها، در و پنجره و وسایل ورزشی را با استفاده از فلزها می سازند.

استحکام:

مقدار نیرویی که لازم است تا یک ماده در اثر کشیدن، گسسته یا بریده شود.یا میزان مقاومتی که یک ماده در برابر پاره شدن از خود نشان می دهد

چگالی فلزها با هم برابر نیستند.

برای نمونه، چگالی طلا خیلی بیشتر از فولاد و چگالی فولاد نیز بیشتر از آلومینیم است.

به همین دلیل فلز آلومینیم به یک فلز سبک شهرت دارد و برای ساختن اجسام محکم ولی سبک به کار می رود

هر وسیله، کاربرد معینی دارد. بنابراین هنگام ساختن وسایل، باید به ویژگی مواد سازندهٔ آن توجه کرد.

در ساختن یک وسیله، علاوه بر ویژگی های فیزیکی مواد، قیمت و فراوانی آنها نیز در انتخاب آنها اهمیت دارد.

برای نمونه فلز آهن از سایر فلزها ارزان تر است .به همین دلیل این فلز کاربرد بسیار گسترده ای در صنایع مختلف دارد.

برای شناسایی مواد و پی بردن به ویژگی های آن ها دو روش وجود دارد:

دراین روش رفتار و ویژگی ماده به صورت مستقیم بررسی می شود.

در این ­روش با مشاهده­ غیرمستقیم­ وانجام­ آزمایش­ها، ­اطلاعاتی ­ازخواص ­و ویژگی های مواد­ کسب ­ومی­توان ­آنها را شناسایی­ کرد.

دانشمندان به­ همین ­روش ­به ­وجود اتم ها وخواص­ آنها پی بردند.

بیشتر موادی که در زندگی روزمره استفاده می کنیم ، ترکیب هستند.

تعداد عناصر جهان در حالت طبیعی به حدود 90 عنصر می ­رسد و تمام ترکیب های موجود در جهان نیز از ترکیب 90 عنصر ساخته شده اند.

موارد یادشده نظریه ی مولکولی راتشکیل داده و بسیاری ازرفتارهای ماده را می توان باآن توضیح داد.

درموادگازی شکل، فاصله ی بین ­ذره ها بیشتر از جامد ومایع است.

پس می توان اتم ها یامولکول های گاز رابه یکدیگر نزدیک کرد وحجم آن راکاهش داد.یعنی گازها رابه راحتی می توان متراکم نمود.

امانمی توان یک مایع یاجامد رابه آسانی و به مقدار زیاد متراکم کرد یعنی آن ها تقریباً تراکم ناپذیرند.

در اثر گرم شدن مواد، انرژی جنبشی ذرات ماده بیشتر می شود.

در نتیجه فاصله بین ذرات آن ها افزایش یافته و حجم ماده زیاد می شود .

در این حالت می گوییم ماده منبسط شده است.

با فرض ­این که ­میزان ­گرما و حجم اولیه­ مواد یکسان باشد از مقایسه­ ی ­میزان ­انبساط در سه حالت ماده نتیجه مقابل به ­دست می­آید :

خواص فلز ها را نیز می توان با افزودن یک یا چند مادهٔ شیمیایی به آنها، تغییر داد.

در اثر این عمل خواص فلزها بهبود پیدا می کند، آلیاژها مواد جدیدی اند که اغلب از مخلوط کردن دو یا چند فلز به دست می آیند.

برای این منظور فلز ها را ذوب و با هم مخلوط می کنند.

در اثر این عمل، اتم های سازندهٔ آلیاژ، لابه لای یکدیگر پخش می شوند.

آلیاژها

آلیاژهاویژگی های جدیدی دارند؛ به طوری که، هرگاه مقدارکمی از فلز های مختلف یا کربن را به فلز آهن اضافه کنیم، انواع فولاد با ویژگی های متفاوت به دست می آید.

برای نمونه، افزودن فلزهای کروم و نیکل به آهن سبب تولید مادهٔ جدیدی به نام فولاد زنگ نزن می شود که بسیار مقاوم و سخت تر از آهن است.

در جسم جامدی مانند آهن مولکول ها به هم نزدیک، جنبش مولکول ها کم و جادبه بین آنها زیاد است.

اگر جسم جامد گرم شود جنبش و فاصله مولکول ها افزایش و ربایش آنها کم می شود.

اگر جسم جامد به اندازه کافی گرم شود ربایش مولکول ها به اندازه ای کم می شود که می توانند آزادانه حرکت کنند

در این صورت جامد به مایع تبدیل می شود این تغییر حالت ذوب نامیده می شود.

ذوب یعنی تبدیل جامد به مایع بر اثر گرما

از آنجا که برای انجام این تغییر حالت، گرما جذب می شود به آن گرماگیرگفته می شود.

به دمایی گفته می شود که درآن دما جامد به مایع تبدیل می شود.
مثلاً یخ در دمای صفر درجه به مایع تبدیل می شود پس نقطه ذوب آن صفر درجه سانتی گراد است.

اگر مایعی به اندازه کافی سرد شود جنبش و فاصله مولکول ها کم و ربایش مولکول ها افزایش می یابد.

تا جایی که مولکول ها دیگر نمی توانند آزادانه حرکت کنند در این صورت مایع به جامد تبدیل می شود به این تغییر حالت انجماد می گویند.

از آنجا که این تغییر حالت با از دست دادن گرما همراه است آن را گرماده می گویند.
در موادی که نقطه ذوب معین دارند همواره

مثلاً اگر نقطه ذوب آهن 1535درجه باشد نقطه انجماد آن هم 1535درجه خواهد بود.

حتماً دیده اید که در زمستان بر سطح خیابان های یخ زده نمک می پاشند.

و یا مخلوطی از آب و الکل به عنوان ضد یخ در رادیاتور اتومبیل می ریزند.
علت هر دو مورد بالا این است که:

تبخیر :

تبدیل مایع به بخار یا گاز را تبخیر می گویند.

خشک شدن لباس، چروکیده شدن برگ درختان در گرما نمونه هایی از تبخیر هستند.

جوشیدن:

هرچه مایع گرمتر شود سریعتر تبخیر می شود.

اگر گرم کردن مایع ادامه یابد مایع شروع به جوشیدن می کند.

در هنگام جوشیدن در همه قسمت های مایع حبابهایی از بخار تشکیل می شود.

توجه داشته باشید که:

انجام دهید:

– اندکی آب درون یک سرنگ وارد کنید اکنون دهانه سرنگ را با انگشت محکم بگیرید و پیستون آن را به عقب بکشید.

اگر کار را درست انجام دهید خواهید دید که آب درون سرنگ خواهد جوشید.

ظرف شیشه ای نشکن (پیرکس) مانند ارلن را تا کمتر از نیمه آب کرده روی شعله حرارت دهید تا آب درون آن به جوش آید.

اکنون شعله را خاموش و دهانه ظرف را به چوب پنبه محکم ببندید

اگر ارلن را زیر آب سرد بگیرید.

و یا به بدنه آن یخ بمالید آب درون ارلن دوباره شروع به جوشیدن خواهد کرد .

این درحالی است که دمای آب ارلن خیلی پایین تر از نقطه جوش است و جوشیدن آب در هر دو مورد بخاطر کاهش فشار هوا است.

میعان :

اگر بخار یا گاز به اندازه کافی سرد شود مولکول ها تا حدی به هم نزدیک می شوند که بخار به مایع تبدیل می شود این تغییر حالت میعان نام دارد.

به بیان دیگر :میعان یعنی مایع شدن و یا تبدیل بخار یا گاز به مایع

تشکیل شبنم، مه، تشکیل ابر و بارش ، تشکیل قطرات آب برروی شیشه ای پنجره در زمستان نمونه هایی از عمل میعان هستند.

میعان هم مانند انجماد با از دست دادن گرما همراه است بنابراین گرماده محسوب می شود.

بدنیست بدانید که:
اگر بخار آب موجود در هوا از حد معمول بیشتر باشد چنین هوایی را شرجی یا سیرشده یا اشباع می نامند.

هوای شرجی گرمتر از حد معمول بنظر می رسد زیرا عرقی که بر سطح بدن تشکیل می شود بسرعت تبخیر نمی شود تا بدن خنک شود.

سواحل شمالی و جنوبی ایران چنین هوایی دارند.

تصعید:

به تبدیل مستقیم جامد به گاز تصعید می گویند.

بلورهای ید، کافور و قرص های نفتالین اگر در ظروف روباز قرار گیرند بدون آنکه مایع شوند مستقیما به گاز تبدیل می شوند.

(ناپدید می شوند)

این تغییر حالت ها نمونه هایی از عمل تصعید هستند.

یخ خشک یا کربن دی اکسید جامد هم که از سرد و متراکم کردن گاز کربن دی اکسید حاصل می شود به سرعت به گاز تبدیل می شود(تصعید)

از این ماده برای سرد کردن مواد و در صحنه های تئاتر برای تشکیل محیط مه آلود استفاده می شود.

چگالش:

تشکیل برفک یخچال و تشکیل برف در آسمان نمونه هایی از عمل چگالش هستند.
برفک یخچال هنگامی تشکیل می شود که بخار آب درون یخچال به اطراف جایخی که دمای آن کمتر از نقطه انجماد آب است برخورد کنند.

(بخار آب حاصل از مواد غذایی و میوه ها و سبزیجات .(

تغییر حالتها را بطور خلاصه در نمودار زیر ببینید.

منبع مطلب : amoozeshi789.blog.ir

مدیر محترم سایت amoozeshi789.blog.ir لطفا اعلامیه بالای سایت را مطالعه کنید.

فلز سبک

فلز سبک (به انگلیسی: light metal) به فلزی گفته می‌شود که چگالی نسبی آن کم است. تعریفهای خاصتری برای فلز سبک ارائه شده‌است که البته مورد پذیرش همگانی نیست.^[۱] به‌طور سنتی لفظ فلز سبک ابتدا به آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم داده شده‌است چرا که به فراوانی در سازه‌ها و وسایل به منظور کاهش وزن استفاده شده‌اند. بر همین اساس تیتانیوم و برلیم هم می‌توانند به عنوان فلز سبک در نظر گرفته شوند. در حدود ۱۴ فلز خالص وجود دارد که چگالی آن‌ها کمتر یا مساوی ۴٫۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب (چگالی تیتانیوم) می‌باشد. از میان این فلزات، منیزیم، برلیم، آلومینیوم و تیتانیوم فلزات سبکی هستند که از اهمیت تجاری بالایی برخوردارند. چگالی‌های آن‌ها به ترتیب برابر با ۱٫۷، ۱٫۸۵، ۲٫۷ و ۴٫۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب است که در محدوده ۱۹ تا ۵۶ درصد چگالی فلزاتی مثل آهن (۷٫۸) و مس (۸٫۹) قرار دارد. ۱۰ فلز سبک دیگر که چگالی کمتر از تیتانیوم دارند کاربرد سازه‌ای چندانی ندارند.^[۲]

ویژگی‌ها[ویرایش]

آلیاژهای بر پایه آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم خواص سفتی به وزن و استحکام به وزن بهتری نسبت به اغلب فولادها دارند. خاصیت سبکی خود به‌طور مستقیم منجر به افزایش استفاده از این آلیاژها برای بسیاری از کاربردها شده‌است.

نسبت استحکام به وزن آلیاژهای سبک نقش مهم و محوری نسبت به آلیاژها و مواد دیگر در دیاگرام اشبی دارد. مزایای کاهش چگالی هنگامی که پارامترهایی نظیر سفتی و مقاومت در برابر خمش نیز مد نظر است، اهمیت مضاعفی می‌یابد. به عنوان مثال سفتی یک تیر با مقطع مستطیلی با حاصل ضرب مدول الاستیک در توان سوم ضخامت تیر نسبت مستقیم دارد. اهمیت رابطه بین چگالی و سفتی در نوموگراف نشان داده می‌شود. علاوه بر سبک بودن، آلیاژهای سبک دارای ویژگی‌های مفید دیگری نیز هستند. به عنوان مثال آلومینیوم دارای مقاومت به خوردگی بالایی بوده و رسانایی گرمایی و الکتریکی بالایی دارد. منیزیم قابلیت ماشینکاری بالایی دارد و تیتانیوم از مقاومت به خوردگی و مقاومت به خزش بالایی برخوردار است. برلیم دارای خواص قابل توجهی است، سفتی آن که با توجه به مدول الاستیک ویژه اندازه‌گیری می‌شود، بیش از فلزات رایج دیگر است. همچنین برلیوم دارای نقطه ذوب بالایی است و نفوذپذیری آن در برابر نوترون کمتر از هر فلز دیگری است. خاصیت منحصر به فرد دیگر برلیم گرمای ویژه زیاد آن است که تقریباً دو برابر آلومینیوم و منیزیم می‌باشد.^[۲][۳]

فراوانی[ویرایش]

آلومینیوم فراوانترین فلز و سومین عنصر فراوان موجود در پوسته زمین است. منیزیم و تیتانیوم نیز به ترتیب هشتمین و نهمین عنصر فراوان در پوسته زمین هستند. برلیم نسبت به بسیاری از فلزات دیگر، کمیابتر است و از لحاظ فراوانی در پوسته زمین، در رده ۴۸ بین تمامی عناصر قرار می‌گیرد.^[۴] در بین فلزات سازه ای، فلزات سبک آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم به ترتیب اولین، سومین و چهارمین فلز فراوان در پوسته زمین هستند. همچنین منیزیم در آب دریا نیز فراوان است که به عنوان منبعی برای تهیه منیزیم به‌شمار می‌رود. آب دریا حدود ۰٫۱۳ درصد منیزیم دارد.^[۲]

کاربردها[ویرایش]

به‌طور کلی کاربرد صنعتی و سازه‌ای آلیاژهای سبک در سه دسته صنعت حمل و نقل، لوازم الکترونیک و تجهیزات قابل حمل، و تجهیزات ورزشی و تفریحی می‌باشد. کاربر فلزات سبک در سازه‌ها رشد بسیار سریعی دارد (حدود ۷درصد در سال) که بیشتر از هر فلز دیگری است.^[۳] با استفاده از این آلیاژها می‌توان به کاهش وزن قابل توجهی در محصولات دست یافت. به همین دلیل است که آلیاژهای سبک ارتباط گسترده‌ای با صنایع حمل و نقل و به خصوص هوافضا دارند و این صنایع نقش زیادی در پیشرفت آلیاژهای سبک طی ۵۰ سال اخیر داشته‌است. اگرچه آلیاژهای سبک در ابتدا به منظور کاربرد در صنعت هوایی گسترش پیدا کردند، امروزه به‌طور گسترده‌تری از آن‌ها در کاربردهای گوناگون استفاده می‌شود. کاربرد غالب آلیاژهای آلومینیوم در ساختمان‌سازی و ساخت و ساز به عنوان مثال در پنلها، سقفها و در و پنجره‌ها است. کاربر اساسی دیگر آلومینیوم در صنعت بسته‌بندی است. همچنین آلومینیوم کاربرد گسترده‌ای در صنایع حمل و نقل دارد که روند رو به رشدی دارد؛ چرا که سعی می‌شود به جای فولاد و چدن در خودروها و سیستم‌های حمل و نقل از آلیاژهای سبک نظیر آلومینیوم استفاده شود. تیتانیوم بیشتر در صنایع هوافضا و جایی که دمای بالایی وجود دارد استفاده می‌شود.

همچنین مقاومت به خوردگی بالای تیتانیوم، آن را تبدیل به ماده‌ای جذاب برای صنایع شیمیایی، فرآوری مواد غذایی و مهندسی پزشکی کرده‌است. آلیاژهای منیزیم به دلیل داشتن نسبت استحکام به وزن بالا جایگزین مناسبی برای فولاد و آلومینیوم در قطعات مختلف می‌باشند. هرچند که شکل‌پذیری منیزیم در دمای پایین کم است و این مسئله باعث محدودیت کاربرد آن نسبت به آلومینیوم شده‌است. برلیم به دلیل سفتی و مدول الاستیک بالا در ژیروسکوپ و سیستم‌های هدایت داخلی استفاده می‌شود. برلیوم همچنین برای شیلدهای حرارتی و اجزای سازه‌ای موشک‌ها و همچنین پنجره‌های لوله‌های اشعه ایکس کاربرد دارد. لیتیوم به عنوان ماده آلیاژی در آلومینیوم به منظور کاهش دادن چگالی آن و کاهش وزن در سازه‌های هوایی استفاده می‌شود. ییتریوم مجموعه‌ای از خواص عالی و قابل توجه دارد که با وجود کمیاب بودن، در هواپیما و فضاپیماهای با سوخت هسته‌ای کاربرد داشته‌است. دیگر فلزات سبک اغلب برای استفاده سازه‌ای چندان مناسب نیستند زیرا فعالیت شیمیایی بالایی دارند یا اینکه نقطه ذوب آن‌ها پایین است. با این وجود کاربردهای غیرسازه‌ای برای فلزات سبک نیز زیاد است. به عنوان مثال سدیم مایع در مقادیر زیاد برای خنک کاری رآکتورهای هسته ای و در مقادیر کم برای خنک کاری شیرهای موتورهای IC عملکرد بالا استفاده می‌شود. دلیل استفاده از سدیم مایع به عنوان خنک کار این است که هدایت حرارتی آن ۱۴۳ برابر بهتر از آب است و چگالی آن نیز از آب کمتر است. دمای جوش آن نیز بالاتر بوده(۸۸۳ درجه سلسیوس) و تا زمانی که در سیستم بسته استفاده شود ایمن است. فعالیت شیمیایی کلسیم، سزیم و لیتیوم باعث می‌شود از آن‌ها برای جذب و حذف گازهای باقی‌مانده در سیستم‌های خلأ استفاده کنند.^[۲][۳]

بازیافت[ویرایش]

علاوه بر این که منابع معدنی فلزات محدود است، به منظور کاهش مصرف انرژی و کاهش تولید گازهای گلخانه ای که در استخراج مواد معدنی فلزات سبک با آن مواجهیم، توجه ویژه‌ای به بازیافت این فلزات شده‌است. همچنین انگیزه بازیافت فلزات سبک بالاست چرا که هزینه تولید آن‌ها به‌طور نسبی زیاد است. به عنوان مثال بازیافت ضایعات آلومینیوم تنها ۵درصد انرژی لازم برای تولید آلومینیوم اولیه از سنگ معدن بوکسیت را نیاز دارد. با این حال مشکلی که در بازیافت برخی آلیاژهای سبک وجود دارد این است که به راحتی قابل تسویه نیستند یا به عبارت دیگر عناصر آلیاژی به آسانی قابل جداسازی یا حذف نیستند. به همین دلیل مگر در شرایطی که محصولات خاصی در چرخه بسته استفاده و بازیافت می‌شوند، ذوب مجدد و بازیافت منجر به کاهش گرید آلیاژ می‌شود. بازیافت ضایعات منیزیم نسبت به آلومینیوم گسترش کمتری دارد چرا که فعالیت شیمیایی منیزیم بالاتر است و همچنین اغلب قطعات منیزیمی با فلزات دیگر نظیر مس و نیکل آلوده می‌شوند که بر روی مقاومت به خوردگی آن اثر می‌گذارد. با این حال بازیافت منیزیم نیز روند رو به رشدی دارد. توجه کمتری به بازیافت تیتانیوم شده‌است با وجود این که به‌طور میانگین تنها حدود ۰٫۴ کیلوگرم از ۱٫۳ کیلوگرم فلز تیتانیوم اسفنجی به صورت محصول نهایی در می‌آید.^[۲]

جستارهای وابسته[ویرایش]

فلز سنگین

خواص مکانیکی مواد

آلومینیوم

منیزیم

تیتانیوم

برلیم

منابع[ویرایش]

پیوند به بیرون[ویرایش]

انجمن مهندسی متالورژی و مواد ایران

مجله light metal age

ژورنال آلیاژهای سبک

منبع مطلب : fa.wikipedia.org

مدیر محترم سایت fa.wikipedia.org لطفا اعلامیه بالای سایت را مطالعه کنید.

جواب کاربران در نظرات پایین سایت

مهدی : نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.