NanoLab: le nanoscienze in laboratorio.
Corso di aggiornamento teorico-pratico su nanoscienze e nanotecnologie per docenti di materie scientifiche
Università degli Studi
di Modena e Reggio E.
Metalli a memoria di forma
Dip. di Fisica UniMoRe
- Progetto Lauree Scientifiche – NanoLab
www.nanolab.unimore.it
1
Dove e quando?
Transizioni di fase
Dilatazione termica
Resistenza
Inquiry based
science
Struttura atomica
cristalli
Termodinamica
Nanoscienze
nanotecnologie
2
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 isotermica
Temperature di transizione: sono degli intervalli
3
Transizioni di fase
1. riscaldo con massa
2. rimuovo massa
3. raffreddo
4. applico massa
4
Temperatura + sforzo mecc.
meccanico
Esperimento A
La massa e’ sempre applicata
L’apparato sperimentale
Si ricavano
Tensione
Resistenza
Temp
• Lunghezza reale molla
• Allungamento
• Allungamento percentuale
Lunghezza
in scala
•Allungamento-temperatura
Corrente
• Velocita’ di contrazione
• Temperatura-tempo
• Resistenza (circuito chiuso)
•……….
• Coeff. dilataz. Termica Niti
• Efficienza: Pout/Pin
Massa
Problema:
1.Molte variabili da controllare
2. Allungamenti in fase di contrazio
Soluzione: foto in autoscatto o v
Tempo
6
Isteresi Lunghezza/Temp
Lunghezza molla
in funz della temperatura
12
lunghezza molla (cm)
10
8
6
4
2
0
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
temperatura °C
Riscaldamento/contrazione
1 fotogramma al sec
Correlazioni …
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 .
I min di attivazione/massa
Esperimento B - La temperatura di transizione
dipende fortemente dallo sforzo meccanico
applicato
Imin in funzione di M applicata
2,5
f(x) = 0x + 1,4
R² = 1
corrente (A)
2
1,5
1
0,5
0
0
50
100
150
massa applicata (g)
200
250
300
Muscle wire 1
Variando la base del triangolo attuatore varia
la forza applicata dal filo in contrazione .
Muscle wire 1
•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
Diametro e dimensioni
Misura del diametro di un capello
Muscle wire 2
Leve … piccolo spostamento …amplificato!
