ليونة: ما يتكون من ، الخصائص ، الأمثلة ، التجارب
ليونة هي خاصية تقنية للمواد التي تسمح لهم بالتشوه قبل توتر ممتد ؛ وهذا هو ، فصل طرفيها دون أن يكون هناك كسر مبكر في مكان ما في منتصف المقطع المطول. عندما تطول المادة ، ينخفض مقطعها العرضي ، ليصبح أرق.
لذلك ، يتم عمل مواد الدكتايل بشكل ميكانيكي لمنحهم أشكالًا خيطية (الأسلاك والكابلات والإبر ، إلخ). في آلات الخياطة ، تمثل الملفات ذات الخيوط الملفوفة مثالًا محليًا على مواد الدكتايل. خلاف ذلك ، ألياف النسيج لم يكن من الممكن أن اكتسبت أشكالها المميزة.
ما هو الغرض من ليونة في المواد؟ القدرة على تغطية المسافات الطويلة أو التصاميم الجذابة ، سواء لتطوير الأدوات أو المجوهرات أو الألعاب ؛ أو لنقل بعض السوائل ، مثل التيار الكهربائي.
يمثل التطبيق الأخير مثالًا رئيسيًا على ليونة المواد ، خاصةً المعادن. الأسلاك النحاسية الدقيقة (الصورة العليا) عبارة عن موصلات جيدة للكهرباء ، إلى جانب الذهب والبلاتين ، يتم ترتيبها في العديد من الأجهزة الإلكترونية لضمان أدائها.
بعض الألياف جيدة جدًا (بسماكة لا تتجاوز بضعة ميكرومترات) ، بحيث تأخذ العبارة الشعرية "الشعر الذهبي" كل معنى حقيقي. الشيء نفسه ينطبق على النحاس والفضة.
لن تكون الليونة خاصية محتملة إذا لم يكن هناك إعادة ترتيب جزيئي أو ذري لمواجهة قوة الشد العارضة. وإذا لم يكن موجودًا ، فلن يعرف الإنسان أبدًا الكبلات ، والهوائيات ، والجسور ستختفي ، وسيظل العالم في الظلام بدون إضاءة كهربائية (بالإضافة إلى عواقب أخرى لا حصر لها).
ما هي ليونة؟
على عكس القدرة على التحمل ، تستحق ليونة إعادة ترتيب هيكلية أكثر كفاءة.
لماذا؟ لأنه عندما يكون السطح الذي يكون فيه التوتر أكبر ، يكون للمادة الصلبة وسائل أكثر لإزاحة جزيئاتها أو ذراتها ، وتشكيل صفائح أو ألواح ؛ بينما عندما يتركز التوتر في مقطع عرضي أصغر على نحو متزايد ، يجب أن يكون الانزلاق الجزيئي أكثر كفاءة لمواجهة هذه القوة.
لا تستطيع كل المواد الصلبة أو المواد القيام بذلك ، ولهذا السبب تنكسر عندما تخضع لاختبارات الشد. تمزق تم الحصول عليها في المتوسط الأفقي ، في حين أن تلك المواد الدكتايل مخروطية أو مدببة ، علامة على امتداد.
يمكن للمواد الدكتايل أيضا كسر نقطة الإجهاد. يمكن زيادة هذا إذا زادت درجة الحرارة ، حيث أن الحرارة تعزز وتسهل الشرائح الجزيئية (على الرغم من وجود عدة استثناءات). ومن ثم بفضل هذه الانهيارات الأرضية ، يمكن أن تظهر المادة ليونة وبالتالي تكون مطيلة.
ومع ذلك ، تشتمل ليونة المادة على متغيرات أخرى ، مثل الرطوبة والحرارة والشوائب والطريقة التي يتم بها استخدام القوة. على سبيل المثال ، الزجاج المطهر حديثًا هو مطيل ، يستخدم أشكالًا خيطية ؛ ولكن عندما يتم تبريده ، يصبح هشًا ويمكن أن ينكسر مع أي تأثير ميكانيكي.
خصائص
مواد الدكتايل لها خصائصها الخاصة المرتبطة مباشرة بترتيباتها الجزيئية. في هذا المعنى ، يمكن أن يكون قضيب معدني صلب وقضبان طيني رطب ، على الرغم من اختلاف خصائصهما بشكل كبير.
ومع ذلك ، لديهم كل شيء مشترك: سلوك البلاستيك قبل الانهيار. ما الفرق بين البلاستيك والجسم المرن؟
الكائن المرن مشوه بشكل عكسي ، والذي يحدث في البداية بمواد الدكتايل. لكن قوة الشد تزداد ، يصبح التشوه لا رجعة فيه ويصبح الجسم بلاستيكي.
من هذه النقطة يأخذ السلك أو الخيط شكلًا محددًا. بعد التمدد المستمر ، يصبح مقطعه العرضي صغيراً للغاية ، ويكون توتر الشد مرتفعا للغاية ، بحيث لم تعد الشرائح الجزيئية قادرة على مواجهة التوتر وتنتهي بالكسر.
إذا كانت ليونة المادة عالية للغاية ، كما في حالة الذهب ، يمكن الحصول على غرام واحد بأطوال تصل إلى 66 كم ، بسمك 1 ميكرون.
كلما زاد طول الأسلاك التي تم الحصول عليها من كتلة ، كلما كان مقطعها العرضي أصغر (ما لم يكن لديك أطنان من الذهب لإنشاء سلك ذي سمك كبير).
أمثلة على معادن الدكتايل
المعادن هي من بين مواد الدكتايل مع تطبيقات لا حصر لها. يتكون ثالوث المعادن: الذهب والنحاس والبلاتين. إحداها ذهبية والأخرى زهرية اللون والفضة الأخيرة. بالإضافة إلى هذه المعادن ، هناك أنواع أخرى أقل ليونة:
-iron
-Zinc
- لاتون (وسبائك معدنية أخرى)
-Gold
-aluminium
-Samario
-magnesium
-Vanadio
- الصلب (على الرغم من أن ليونة يمكن أن تتأثر اعتمادا على تكوينه من الكربون وغيرها من المواد المضافة)
الفضة
-Estaño
- بلومو (ولكن خلال فترات زمنية صغيرة معينة من درجات الحرارة)
من الصعب أن نضمن ، دون معرفة تجريبية سابقة ، أي المعادن تكون مطيلة حقًا. تعتمد ليونه على درجة النقاء وكيف تتفاعل المواد المضافة مع البلورة المعدنية.
المتغيرات الأخرى ، مثل حجم الحبوب البلورية وترتيب البلورة ، تعتبر أيضا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عدد الإلكترونات والمدارات الجزيئية المشاركة في الرابطة المعدنية ، أي في "بحر الإلكترونات" يلعب أيضًا دورًا مهمًا.
تجعل التفاعلات بين كل هذه المتغيرات المجهرية والإلكترونية ليونة مفهومًا يجب التعامل معه بعمق مع تحليل متعدد المتغيرات ؛ وسوف تجد عدم وجود قاعدة قياسية لجميع المعادن.
ولهذا السبب ، قد يكون أو لا يكون معدنان ، على الرغم من أن لهما خصائص متشابهة للغاية ، قابلية الدكتايل.
حجم الحبوب والهياكل البلورية للمعادن
الحبوب عبارة عن أجزاء بلورية تفتقر إلى مخالفات ملحوظة (فجوات) في صفيفاتها ثلاثية الأبعاد. من الناحية المثالية ، يجب أن تكون متناظرة تمامًا ، مع تحديد هيكلها بشكل جيد جدًا.
كل حبة لنفس المعدن لها نفس التركيب البلوري. وهذا هو ، وهو معدن ذو هيكل سداسي مدمج ، hcp ، يحتوي على حبيبات بها بلورات بنظام hcp. يتم ترتيبها بطريقة تجعلها قبل قوة السحب أو التمدد تنزلق فوق بعضها البعض ، كما لو كانت طائرات مكونة من الرخام.
بشكل عام ، عندما تنزلق الطائرات المكونة من حبيبات صغيرة ، يجب أن تتغلب على قوة احتكاك أكبر ؛ بينما إذا كانت كبيرة ، فإنها يمكن أن تتحرك بحرية أكبر. في الواقع ، يسعى بعض الباحثين إلى تعديل ليونة بعض السبائك من خلال النمو المتحكم فيه للحبوب البلورية.
من ناحية أخرى ، فيما يتعلق بالهيكل البلوري ، عادة ما تكون المعادن ذات نظام fcc ( مكعب محوره الوجه) هي أكثر الدكتايلات. وفي الوقت نفسه ، فإن المعادن ذات التركيبات البلورية bcc ( المكعب المتمركز حول الجسم ، المكعب المتمركز على الوجوه) أو hcp ، عادة ما تكون أقل قابلية للنمو.
على سبيل المثال ، يتبلور كل من النحاس والحديد بترتيب fcc ، ويكونان أكثر قابلية للنمو من الزنك والكوبالت ، وكلاهما له ترتيبات hcp.
تأثير درجة الحرارة على ليونة المعادن
يمكن للحرارة أن تقلل أو تزيد من ليونة المواد ، والاستثناءات تنطبق أيضًا على المعادن. ومع ذلك ، كقاعدة عامة ، مع تليين المعادن ، كلما زادت تسهيل تحويلها إلى خيوط دون كسرها.
وذلك لأن الزيادة في درجة الحرارة تؤدي إلى تهتز الذرات المعدنية ، مما يؤدي إلى توحيد الحبوب ؛ وهذا يعني ، يتم ربط العديد من الحبوب الصغيرة لتشكيل حبة كبيرة.
مع الحبوب الكبيرة ، تزداد الليونة ، وتواجه الانهيارات الأرضية الجزيئية عوائق جسدية أقل.
تجربة لشرح ليونة للأطفال والمراهقين
تصبح ليونة مفهومًا معقدًا للغاية إذا بدأ المرء في التحليل المجهري. كيف تفسرون ذلك للأطفال والمراهقين؟ بطريقة تبدو بسيطة قدر الإمكان أمام عينيك الفضولية.
مضغ العلكة والبلاستيك
لقد تحدثنا حتى الآن عن المعادن والزجاج المنصهر ، ولكن هناك مواد أخرى مطهرة بشكل لا يصدق: العلكة والبلاستيك.
لإثبات ليونة مضغ العلكة يكفي الاستيلاء على كتلتين والبدء في مدهما. واحد على اليسار والآخر على اليمين. ستكون النتيجة هي جسر تعليق العلكة ، الذي لن يكون قادرًا على العودة إلى شكله الأصلي إلا إذا كان يعجن بيده.
ومع ذلك ، ستأتي نقطة حيث سيتم كسر الجسر في النهاية (وستكون الأرضية ملطخة باللثة).
توضح الصورة أعلاه كيف أن الطفل الذي يضغط على وعاء به فتحات يجعل البلاستيسين يظهر كما لو كان شعرًا. جاف العجين اللعب هو أقل من مطيل الزيتية. لذلك ، يمكن أن تتكون التجربة ببساطة من إنشاء اثنين من ديدان الأرض: واحدة مع البلاستيسين الجاف ، والأخرى مبللة بالزيت.
سوف يلاحظ الطفل أن الدودة الزيتية أسهل في العفن واكتساب الطول على حساب سمكها ؛ بينما يجف الدودة ، فمن المحتمل أن ينتهي كسر عدة مرات.
يمثل البلاستيسين أيضًا مادة مثالية لشرح الفرق بين القدرة على التحمل (قارب ، بوابة) والمرونة (الشعر ، والديدان ، والثعابين ، والسمندل ، إلخ).
مظاهرة مع المعادن
على الرغم من أن المراهقين لن يتلاعبوا بأي شيء ، فإن القدرة على رؤية تكوين الأسلاك النحاسية في الصف الأول يمكن أن تكون تجربة جذابة ومثيرة للاهتمام بالنسبة لهم. ستكون مظاهرة ليونة أكثر اكتمالا إذا تابعنا مع المعادن الأخرى ، وبالتالي تكون قادرة على مقارنة ليونة.
بعد ذلك ، يجب أن تمر جميع الأسلاك بشكل ثابت حتى نقطة الانهيار. مع هذا ، سوف يقوم المراهق بالتصديق بصريًا على كيفية تأثير الليونة على مقاومة السلك للكسر.
