Resistência de ligas

Existem muitos metais e muito mais ligas de vários metais.

As primeiras ligas artificiais de experimentos metalúrgicos humanos foram criadas (com base em restos arqueológicos) de cerca de 3000 a 2500 aC.

É principalmente bronze porque os metais de que é composto (cobre e estanho) estão presentes (em abundância) em seu estado nativo e não requerem extração do minério.

O ouro e a prata são metais abundantes na natureza e por isso são conhecidos desde o 5º milênio aC, por isso também são frequentemente misturados, principalmente para alterar a cor ou a dureza do ouro .

Em teoria, existe um número infinito de ligas. O processo básico é simples: basta aquecer dois ou mais metais até atingirem o ponto de fusão adequado, depois misturá-los nas dosagens corretas e começar a resfriá-los.

Assim, basta alterar ligeiramente a dosagem dos ingredientes para criar uma nova liga com propriedades únicas.Além disso, as condições de produção da nova liga também são cruciais: basta, por exemplo, alterar o ponto de fusão, as condições de queima ou mesmo o tempo de resfriamento.

A dependência da resistência das ligas em sua composição tem um caráter muito diferente. Em alguns casos, a liga é uma coleção de cristais muito pequenos dos dois metais que compõem a liga. Cada metal cristaliza independentemente um do outro, após o que seus cristais são uniformemente e aleatoriamente misturados na liga.

São chumbo, estanho, zinco e cádmio, que são misturados de qualquer forma. A resistência de tais ligas em diferentes concentrações situa-se entre os valores extremos da resistência dos metais puros, ou seja, é sempre menor que a maior delas e maior que a menor.

Detalhes da resistência do metal: O que determina a resistência de um condutor

Outro artigo útil: Propriedades básicas dos metais e ligas

A figura abaixo mostra graficamente a dependência da resistividade de uma liga de zinco-estanho na concentração de volume dos dois metais.

A abcissa mostra os volumes de estanho como uma porcentagem do volume da unidade de liga, ou seja, abcissa 60 significa que uma unidade de volume de liga contém 0,6 volume de estanho e 0,4 volume de zinco. A ordenada mostra os valores de resistividade da liga multiplicados por 106.

Como os metais puros coeficientes de temperatura de resistência são quantidades da mesma ordem próximas ao coeficiente de expansão dos gases, é óbvio que as ligas do grupo considerado possuem coeficientes da mesma ordem.

Em muitos outros casos, as ligas dos dois metais são uma massa homogênea composta por pequenos cristais compostos por átomos dos dois metais.

Às vezes, esses cristais mistos podem ser formados a partir de átomos dos dois metais em qualquer proporção; às vezes, essas formações são possíveis apenas em certas áreas de concentração.

Fora dessas regiões, as ligas são semelhantes às do primeiro grupo que acabamos de considerar, exceto que são uma mistura de cristais do metal puro e cristais de tipo misto compostos por átomos de ambos os tipos.

A resistividade de ligas desse tipo costuma ser maior que a resistividade dos dois metais.

A figura abaixo mostra graficamente a dependência da concentração da resistividade de uma liga de ouro e prata formando cristais mistos em cada concentração. O método de construção da curva é o mesmo da curva da figura anterior.

A resistência da prata pura no gráfico é 1,5 * 10-6, ouro puro 2,0 * 10-8... Ao ligar volumes iguais dos dois metais (50%), obtemos uma liga com resistência de 10,4 * 10- 6.

Os coeficientes de resistência de temperatura para as ligas deste grupo são geralmente menores do que para cada um dos metais que compõem a liga.

A figura abaixo mostra graficamente a dependência do coeficiente de temperatura de uma liga de ouro e prata na concentração de ouro.

Na faixa de concentração de 15% a 75%, o coeficiente de temperatura de resistência não excede um quarto do mesmo coeficiente de metais puros.

Algumas ligas de três metais são de importância técnica.

A primeira dessas ligas, manganina, quando devidamente processada, tem um coeficiente de temperatura de zero, de modo que o fio de manganina é usado para fazer revistas de resistência de precisão.

Uma liga de níquel, cromo, com adições de manganês, silício, ferro, alumínio (nicromo) é o material mais comum para a produção de vários elementos de aquecimento.

Mais detalhes sobre este tipo de ligas: Nicromos: variedades, composição, propriedades e características

As ligas restantes (constantan, niquelina, níquel prata) são usadas para a fabricação de reostatos reguladores porque têm resistência considerável e são relativamente pouco oxidadas ao ar naquelas temperaturas bastante altas que os fios do reostato costumam ter.

Para mais detalhes sobre as ligas ternárias mais utilizadas na indústria elétrica, veja aqui:Materiais de alta resistência, ligas de alta resistência

É melhor procurar valores de resistência específicos de várias ligas em livros de referência especiais ou determinar experimentalmente, pois podem variar muito.

Como exemplo, damos os valores de resistência elétrica e condutividade térmica das ligas Mg-Al e Mg-Zn:

Neste trabalho, a resistividade elétrica e a condutividade térmica das ligas binárias Mg — Al e Mg — Zn são investigadas na faixa de temperatura de 298 K a 448 K e é analisada a relação entre a correspondente condutividade elétrica e a condutividade térmica das ligas.

Veja também: Os materiais condutores mais comuns em instalações elétricas