Фізичні властивості металів

Фізичні властивості металів визначають їхню поведінку під впливом зовнішніх фізичних чинників: температури, навантаження, електричного струму, магнітного поля тощо. Розуміння цих характеристик необхідне для вибору матеріалу у будівництві, машинобудуванні, електроніці та інших галузях.

Що таке фізичні властивості металів

Фізичні властивості металів – це сукупність характеристик, які описують фізичну поведінку матеріалу без зміни його хімічного складу. До загальних фізичних властивостей металів належать:

• щільність;
• електропровідність;
• теплопровідність;
• температура плавлення;
• магнітні властивості.

Ці властивості важливі не лише для чистих металів, а й для фізичних властивостей металів і сплавів, які часто мають ширший діапазон характеристик.

Механічні властивості: твердість, пластичність, міцність

Механічні властивості належать до фізичних, оскільки пов’язані з реакцією матеріалу на механічні навантаження:

• Твердість – здатність протистояти проникненню іншого тіла;
• Пластичність – здатність деформуватися без руйнування;
• Міцність – опір руйнуванню під дією навантажень.

Ці властивості визначаються експериментально і суттєво залежать від будови та попередньої обробки металу.

Електрична та теплова провідність металів

Одна з найважливіших загальних фізичних властивостей металів – висока електропровідність. У металах вільні електрони можуть легко переміщуватись, тому вони проводять струм краще за більшість інших матеріалів. Найкращими провідниками є срібло, мідь і золото.

Теплопровідність також висока, що зумовлено передачею енергії вільними електронами. Завдяки цьому метали широко використовуються в теплообмінниках та радіаторах.

Оптичні та магнітні властивості

Метали мають характерний блиск завдяки здатності відбивати світло – це одна з їх оптичних властивостей. Інші оптичні ефекти, наприклад, забарвлення поверхні після окиснення, мають значення в ювелірному та декоративному виробництві.

Щодо магнітних властивостей, більшість металів є парамагнетиками, але залізо, нікель і кобальт мають феромагнітну поведінку, яка використовується у виробництві електродвигунів, трансформаторів, магнітних носіїв.

Щільність і температура плавлення металів

Щільність металів значною мірою варіюється – від легких (алюміній, магній) до важких (вольфрам, осмій). Цей параметр критично важливий для розрахунків конструкцій та авіаційного проєктування.

Температура плавлення металів також є ключовим показником. Наприклад:

• Плавлення алюмінію – ~660 °C
• Заліза – ~1538 °C
• Вольфраму – ~3422 °C

Ці показники визначають придатність матеріалу для умов високотемпературного використання.

Як кристалічна будова впливає на фізичні властивості

Кристалічна гратка металу (об’ємно-центроване, гранецентричне або гексагональне пакування) суттєво впливає на його фізичні характеристики:

• Метали з ГЦК (мідь, алюміній) мають високу пластичність;
• З ОЦК (залізо при кімнатній температурі) – більшу твердість і меншу пластичність;
• З гексагональною граткою (титан, магній) – обмежену здатність до деформацій.

Саме загальна характеристика металів фізичні властивості значною мірою залежать від внутрішньої структури матеріалу.

Розуміння фізичних властивостей металів допомагає точно підібрати матеріали під конкретні умови експлуатації, оптимізувати їх обробку та забезпечити надійність виробів у практиці інженера або конструктора.