28 คุณสมบัติทางแม่เหล็ก และทางความร้อน

4.5 คุณสมบัติทางแม่เหล็ก (Magnetic properties)

รูปโลหะกับแม่เหล็ก

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

รูปความเป็นแม่เหล็ก

       ในวัสดุโลหะมีทั้ง วัสดุที่มีคุณสมบัติที่เป็นแม่เหล็ก และไม่เป็นแม่เหล็ก ตัวอย่างของวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กก็เช่น เหล็กกล้า และเหล็กเหนียวที่อยู่ ณ อุณหภูมิห้องจะมีคุณสมบัติการเป็นแม่เหล็กที่ดี แต่ถ้าถูกนำไปเพิ่มอุณหภูมิขึ้นคุณสมบัตินี้ก็จะลดน้อยถอยลงไปตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

      ส่วนโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เช่น อลูมิเนียม, แมกนีเซียม, ทองแดง และสังกะสี ไม่มีสภาพทางแม่เหล็ก (ไม่เป็นแม่เหล็ก)

ดังนั้น ความสามารถของวัสดุโลหะที่จะเป็นแม่เหล็ก เราเรียกว่า การสนองตอบต่อการเป็นแม่เหล็ก (Magnetic susceptibility)   

วิดีโอคุณสมบัติแม่เหล็ก

4.6 คุณสมบัติทางความร้อน (Thermal properties)

รูปเหล็กร้อน

       เมื่อมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น จนมีการเปลี่ยนแปลงที่ตัววัสดุโลหะ อาจทำให้ความสามารถ หรือคุณสมบัติทางกลของวัสดุ เช่น ความแข็งแกร่ง, ความแข็ง, ความเหนียว และโมดูลัสของความยืดหยุ่น เกิดการเปลี่ยนแปลงได้

      วัสดุโลหะแต่ละชนิด เมื่อมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นจะมีคุณสมบัติทางความร้อนไม่เท่ากัน อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันจนเกิดการเปลี่ยนแปลงความร้อน (อาจรวมไปถึงความเย็นจัดด้วยก็ได้) ความร้อนจะส่งไปในรูปของ การส่งผ่านความร้อน (Heat transfer) ไปที่ตัวโลหะ จนโลหะบางชนิดอาจสูญเสียความเหนียว, ความแข็งแกร่งต่อการดึง หรือความแข็งแกร่งต่อการกระแทก 

      เมื่อโลหะเกิดความร้อนขึ้น มันจะเกิดการยืดแผ่ขยายตัว โลหะบางชนิดจะขยายตัวอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น ดูรูป

รูปการขยายตัวทางความร้อนเมื่อถูกไฟลน

รูปผลของการขยายตัวทางความร้อนที่อาจเกิดขึ้น

รูปทางรถไฟที่เกิดการขยายตัวทางความร้อนจนรางบิดเบี้ยว

วิดีโอการขยายตัวทางความร้อน

4.6.1 สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (Coefficient of thermal expansion)

วัสดุแต่ละชนิดจะมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ไม่เท่ากัน โดยดูได้จากตารางที่ 4.4

รูป 4.4 ตารางการเปรียบเทียบสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนในวัสดุต่าง ๆ

จะแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการขยายตัวทางความร้อน เปรียบเทียบกันในวัสดุโลหะที่ต่างชนิดกัน ยิ่งค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนมีค่ามาก วัสดุก็จะขยายตัวได้มากกว่า มีสมการในการคิดคำนวณขนาดของการเปลี่ยนความยาวสำหรับวัสดุโลหะ เนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนแสดงให้เห็นดังนี้

DL = a ´ L ´ DT        (4.13)

กำหนดให้      a = สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน หน่วย ความยาว/อุณหภูมิ (in/°F, mm/°C)

                        DL = ความยาวที่เปลี่ยนไป หน่วยความยาว (in, mm)

                        L = ความยาวเดิม หน่วยความยาว (in, mm)

                        DT = อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง (°F, °C)

ตัวอย่าง 4.11 (หน่วยเอสไอ) แท่งอลูมิเนียมยาว ที่ต่อกับเครื่องกล ขนาด 5 mm ´ 12 mm ´ 1.6 m จงหาความยาวที่เพิ่มขึ้นในระหว่างอุณหภูมิ 30°C ถึง 120°C

วิธีทำ โจทย์กำหนดให้ ขนาดของอลูมิเนียม หน้าตัดกว้าง 5 มิลลิเมตร, ยาว 12 มิลลิเมตร, มีความสูง 1.6 เมตร = 1,600 มิลลิเมตร

ขั้นตอนที่ 1 คำนวณหาอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง

DL = 120 - 30 = 90°C

ขั้นตอนที่ 2 หาความยาวที่เปลี่ยนแปลงจากสมการที่ (4.13) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของอลูมิเนียมดูได้จากตารางที่ 4.4 ซึ่งคือ 25´10^-6 /°C ดังนั้นความยาวที่เพิ่มขึ้น คำนวณจากความยาว ใช้สมการ

DL = a ´ L ´ DT

= (25´10^-6 /°C) ´ 1,600 mm ´ 90°C

= 3.6 mm

ดังนั้นความยาวที่เปลี่ยนไปของแท่งอลูมิเนียมที่อุณหภูมิระหว่าง 30°C ถึง 120°C ก็คือ ยาวขึ้น 3.6 มิลลิเมตร ตอบ

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“นักการเมืองยื่นปลา พระราชายื่นเบ็ด
นักการเมืองแจกแท็บเล็ต กษัตริย์แนะเคล็ดวิชา
นักการเมืองห่วงอำนาจ มหาราชห่วงประชา
นักการเมืองสร้างสัญญา องค์เจ้าฟ้าสร้างสรรค์ธรรม

นักการเมืองหาเรื่องกิน องค์ภูมินทร์หาเรื่องทำ
นักการเมืองยุให้รำฯ ในหลวงย้ำให้ทำดี
นักการเมืองมักแบ่งขั้ว องค์เหนือหัวไม่แบ่งสี
นักการเมืองทำสี่ปี องค์ภูมีทำทุกวัน
นักการเมืองชอบแบ่งเสียง พ่อพอเพียงชอบแบ่งปัน
นักการเมืองคิดสั้น องค์ราชันย์คิดยาว”