Этюды о металлах

Известен исторический факт, когда плотность металла послужила основной уликой при разоблачении мошенников, живших в III веке до н. э. Когда придворные ювелиры сделали сиракузскому тирану Гиерону золотую корону, он усомнился в том, что для ее изготовления было использовано чистое золото: уж очень легкой показалась ему корона. Он поручил Архимеду проверить качество золота. Взвесив корону, ученый опустил ее в сосуд с водой. По поднявшемуся уровню он определил объем вытесненной воды и разделил на него массу короны. Определенная таким способом плотность металла, пошедшего на изготовление короны, оказалась ниже плотности чистого золота. На этом основании Архимед сделал вывод, что в короне содержатся значительные примеси более легкого и дешевого металла.

Плотность металла учитывается при самых различных обстоятельствах. Скажем, никому в голову не придет сделать рыболовное грузило из алюминия, имеющего, как известно, низкую плотность. В то же время легкий алюминиевый котелок в походе более удобен, чем сделанный из меди, чугуна, стали. По той же причине алюминий широко применяется в авиастроении. Сравнительно небольшой вес чеканных и литых рельефов из алюминия упрощает их монтаж при декоративном оформлении архитектурных сооружений.

Металл, представляющий собой кристаллическое вещество, при определенной температуре становится текучим, то есть плавится. Одни металлы плавятся при низкой температуре. Их легко расплавить в обычной металлической ложке, расположив ее над горящей свечой. К таким металлам относятся олово и свинец. Другие металлы плавятся при высокой температуре в специальных печах.

Высокая температура плавления у меди и особенно у железа. При введении в тугоплавкие металлы определенных добавок температура плавления понижается. Сталь, чугун, бронза, латунь — сплавы на железной и медной основе — плавятся при более низкой температуре, чем чистые металлы.

Чтобы нагреть медь до точки плавления, требуется в десять раз больше тепла, чем для того, чтобы расплавить свинец. Медь и свинец имеют различную удельную теплоемкость. Она определяется количеством теплоты, необходимой для нагревания на 1°С одного килограмма металла.

Каждый металл имеет определенную теплопроводность. Когда стальной кочергой слишком долго поправляют в печи дрова, вначале нагревается только та ее часть, которая находится в огне, а затем постепенно и ручка — приходится надевать рукавицу. Выражаясь языком учебников, «произошел перенос энергии в форме тепла от одной части металлического предмета к другому».

Все металлы имеют хорошую теплопроводность, но есть такие, у которых она особенно высока. Высокая теплопроводность у золота, серебра, меди и более низкая у железа, олова, алюминия. Высокая теплопроводность может играть как положительную, так и отрицательную роль.

Хорошая теплопроводность необходима металлической кухонной посуде, так как она способствует быстрому нагреву пищи. Но в то же время ручки посуды нагреваются настолько сильно, что до них невозможно дотронуться. Чтобы изолировать горячий металл, применяют материалы, имеющие низкую теплопроводность. По этой причине ручки чайников, самоваров, сковородников делают из древесины или специальный пластмассы.

Древесина применяется как изолирующий материал для рукояток различных инструментов, металлические части которых нагреваются в процессе работы (всевозможные кузнечные инструменты), а также для тех, которые требуют специального нагрева (паяльники, штампы и накатки для выжигания).

На одной из выставок в Берлине, проходившей в 1927 году, посетители могли увидеть и потрогать руками ручки кастрюли, в которой кипела обычная вода. На вид ручки были совершенно одинаковыми, но до одной нельзя было дотронуться, другая же была чуть-чуть теплой. Секрет заключался в том, что для их изготовления были использованы различные стальные сплавы: одна ручка вместе с кастрюлей была изготовлена из обычной стали, другая — из «деревянной». Такое название эта сталь получила за низкую теплопроводность. Деревянная сталь — это прецизионный сплав, то есть такой, в котором подобрано определенное процентное соотношение компонентов. В ней содержится 64% железа, 35% никеля и 1% хрома. Стоит хотя бы на один процент увеличить или уменьшить содержание одного из компонентов, как сталь приобретает обычную теплопроводность.

Есть еще одно свойство, которое обязательно учитывается мастерами, работающими с металлом, — тепловое расширение. При нагревании металл расширяется, увеличивается в объеме, а при охлаждении уменьшается. Учитывая тепловое расширение металлов, крышки кастрюль делают не вставными, а накладными; у чайника обязательно предусматривают зазор между горлышком и крышкой. В противном случае крышки сосудов при нагревании «заклинит» и их невозможно будет открыть.