1Dip. di Fisica UniMoRe - Progetto Lauree Scientifiche – NanoLabwww.nanolab.unimore.it

Università degli Studidi Modena e Reggio E.

Metalli a memoria di forma

NanoLab: le nanoscienze in laboratorio.Corso di aggiornamento teorico-pratico su nanoscienze e nanotecnologie per docenti di materie scientifiche

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Dove e quando?

Transizioni di fase

Struttura atomica cristalli

Dilatazione termica

Inquiry based science

Resistenza

Termodinamica

Nanoscienze nanotecnologie

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Transizione di fase

Il NiTinolo ha 2 strutture cristalline La maggior parte dei solidi ne ha 1 sola.

Il passaggio da una struttura all'altra è una transizione di fase allo stato solido

Strutture cristalline diverse = proprietà macroscopiche molto diverse (es. diamante /grafite)

Suono (Audacity free software) Resistenza … Flessibilita’, deformabilita’ Dimensioni, Volume assoluto

Immediata, non isotermicaTemperature di transizione: sono degli intervalli

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Transizioni di fase

1. riscaldo con massa2. rimuovo massa3. raffreddo4. applico massa

Temperatura + sforzo mecc.

meccanico Esperimento ALa massa e’ sempre applicata

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L’apparato sperimentale

Temp

Tensione Resistenza

CorrenteLunghezzain scala

Tempo

Si ricavano

• Lunghezza reale molla • Allungamento

• Allungamento percentuale

•Allungamento-temperatura

• Velocita’ di contrazione

• Temperatura-tempo

• Resistenza (circuito chiuso)

•……….

• Coeff. dilataz. Termica Niti

• Efficienza: Pout/Pin

Problema:

1.Molte variabili da controllare

2. Allungamenti in fase di contrazione

Soluzione: foto in autoscatto o video

Massa

Isteresi Lunghezza/Temp

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 700

2

4

6

8

10

12

Lunghezza molla

in funz della temperatura

temperatura °C

lun

gh

ezz

a m

olla

(cm

)

Riscaldamento/contrazione1 fotogramma al sec

Con le foto e' possibile monitorare tantissime variabili contemporaneamente e cercare relazioni significative tra le stesse...

La temperatura sale progressivamente all'incirca dal terzo valore (la molla non è ancora in allungamento. Lo sarà dal 5° valore)

La corrente cresce inizialmente poi si stabilizza (l'operatore non tocca più la manopola dal 9° valore) c'è una lieve tendenza ad abbassarsi

La resistenza parte da un valore inizialmente alto poi si abbassa bruscamente e cresce molto lentamente si stabilizza con una lieve tendenza alla crescita .

Correlazioni …

I min di attivazione/massa

Esperimento B - La temperatura di transizione dipende fortemente dallo sforzo meccanico applicato

0 50 100 150 200 250 3000

0.5

1

1.5

2

2.5

f(x) = 0.00346 x + 1.403R² = 0.996039669861555

Imin in funzione di M applicata

massa applicata (g)

corr

en

te (

A)

Muscle wire 1

Variando la base del triangolo attuatore varia la forza applicata dal filo in contrazione .

Muscle wire 1

Diametro e dimensioni

Misura del diametro di un capello

•Un po’ di trigonometria: Ricavarsi F lineare del filo

%F = Fw*Sin(Arctan((2H)/B)))

•Un po’ di progettazione: Dato filo di L e F determinare B Per ottenere un certo spostamento

E’ alpha

Muscle wire 2

Leve … piccolo spostamento …amplificato!