Värmer man järn blir det järngas

Genom historien besitter grundämnet järn haft ett extremt betydelsefull sektion inom mänsklighetens tekniska tillväxt. Järn är detta grundämne liksom tillsammans inom enstaka legering tillsammans kol är basen för stål vilket är en från våra viktigaste konstruktionsmaterial inom byggnader, fordon samt infrastruktur.

Verktygen Tekniken för att smida är i princip samma idag som på

Järn är också detta maximalt välbekanta magnetiska materialet samt detta tros utgöra den största delen från jordens innersta kärna. från dessa skäl är järn en från dem maximalt studerade grundämnena inom materialvetenskapen, dock alltjämt besitter detta saknats ett fullständig förståelse för metallens komplicerade egenskaper.

Komplexiteten samt svårigheten för att förstå järn besitter sitt ursprung inom samspelet mellan dess magnetiska attribut samt dem skakningar hos atomerna vilket enstaka hög temperatur ständigt ger upphov mot.

Tidigare fysikaliska modeller samt beräkningar besitter därför ofta antingen fokuserat på magnetismen, alternativt på atomvibrationerna, alternativt atomernas kristallstruktur för sig självt. Sådana modeller besitter kunnat förklara vissa attribut, likt ferromagnetismen, för att järnobjekt kunna producera en magnetiskt fällt runt sig.

Dock så misslyckas sådana modeller tillsammans med för att förutsäga attribut för nya järnmaterial nära deras tänkta användningstemperaturer.

En schematisk bild från hur järnatomerna (blå cirklar) inom kristallen skakar samtidigt vilket deras magnetiska fällt (gröna pilar) varierar inom riktning samt längd nära hög temperatur.

inom figuren mot höger framträda ett bild över hur en magnetiskt ämne såsom järn kunna beskrivas inom sin innersta struktur.

atomerna, blå cirklar, skakar ständigt samt ju högre temperatur, desto större blir svängningarna. Elektronerna runt varenda atom skapar tillsammans dess magnetiska fält, ett grön pil inom illustrationen. På en liknande sätt såsom atomerna skakar så fluktuerar detta magnetiska fältet, detta ändrar riktning samt detta varierar inom styrka.

Ju högre temperatur desto starkare fluktuationer.

Detta är fenomen såsom både påverkar stålets styrka samt jordens magnetfält.

Höga temperaturer

Vid enstaka tillräckligt hög temperatur, för järn är den °C, är atomernas magnetiska fält helt oordnade, dem motverkar varandra, samt magneten tappar förmågan för att attrahera andra magnetiska ämne.

Järn är en viktig del av vår hälsa och är nödvändigt för syretransport, energiproduktion, immunförsvar och kognitiv funktion

inom verkligheten besitter varenda metaller också defekter inom sin struktur. Vissa från dessa defekter är avgörande för vilken styrka metallen äger samt dess förmåga för att stå emot deformation. för att förklara defekterna samt samtidigt ta hänsyn mot magnetismen nära rumstemperatur alternativt högre besitter varit omöjligt.

Forskargruppen Teori för oordnade ämne på Teoretisk fysik-avdelningen nära Linköpings högskola ägnar sig åt dessa svåra frågor.

När järn upphettas snabbt och sedan får svalna långsamt, bildas järn som kallas austenit

Gruppen liksom idag består från tio vetenskapsman samt leds från Björn Alling publicerar för tillfället genombrott på området inom två vetenskapliga föremål eller textstycken samt inom två examensarbeten från studenter likt arbetat inom gruppen.

inom den första studien besitter doktoranden Davide Gambino, tillsammans tillsammans med Björn Alling samt dem tre civilingenjörsstudenterna Marian Arale Brännvall, Amanda Ehn samt Ylva Hedström demonstrerat hur magnetismen inom järn beneath dem extrema förhållandena liksom finns inuti jordens kärna kunna beräknas.

detta handlar ifall temperaturer på ca grader C samt tryck över 3 miljoner atmosfärer. För för att förstå detta krävs för att såväl atomernas rörelser liksom magnetiska fälts oordning tas inom beaktande. Gruppen upptäckte för att även inom flytande järn, likt dominerar inom jordens yttre kärna, så finns dem oordnade magnetiska fälten kvar runt järnatomerna.

Vid lägre temperaturer är järnet trögt och kan spricka

detta är något likt ännu ej varit känt samt detta måste idag tas inom beaktande när vetenskapsman försöker klarlägga ursprunget mot, samt framtiden för, jordens globala magnetfält. 

Felordnade atomer

I ett parallell undersökning besitter gruppen undersökt hur magnetismens oordning påverkar järnets mekaniska styrka.

Detta görs via studier från en kristallfenomen såsom heter dislokation, ett typ från felordning från atomerna inne inom kristallen. Dessa rader från felordnade atomer är nyckeln mot för att förstå hur varenda metaller böjs när dem utsätts för stora krafter. detta besitter hittills ej varit möjligt för att beräkna vad liksom händer tillsammans dislokationerna när magnetismen blir oordnad nära hög temperatur, dock idag är frågan löst från Luis Casillas-Trujillo tillsammans tillsammans med andra gruppmedlemmar samt enstaka internationell samarbetspartner inom Paris.

Då glöder det i en nyans mellan rött och gult

Detta genombrott möjliggör beräkningar från mekaniska attribut, stålets traditionell styrka såsom ämne, ända upp mot dem temperaturer då metallen glöder från värme.

Dessa utfall äger för tillfället blivit publicerade inom två föremål eller textstycken inom den välrenommerade tidskriften Physical Review B samt delar äger presenterats från studenterna inom examensarbeten.

– Vi kommer för tillfället använda dessa nya beräkningsmetoder för för att förklara magnetiska mysterier inom andra kemiska föreningar samt för för att designa nya stål direkt inom superdatorerna, säger Björn Alling.

Referenser mot artiklarna:
[1] D. Gambino, M. Arale Brännvall, A. Ehn, Y. Hedström, and B. Alling,
“Longitudinal spin fluctuations in bcc and liquid Fe at high temperature and pressure calculated with a supercell approach”,
Physical Review B , ()
[2] L. Casillas-Trujillo, D. Gambino, L. Ventelon, and B.

Alling,
“Screw dislocation core structure in the paramagnetic state of bcc iron from first-principles calculations”,
Physical Review B, , ()
[3] mästare Diploma work bygd Marian Arale Brännvall,
”Accelerating longitudinal spin fluctuation theory for iron at high temperature using a machine learning method”
Linköpings högskola ()
[4] mästare Diploma work bygd Amanda Ehn,
”A theoretical study of longitudinal and transverse spin fluctuations in disordered Fe64Ni36 alloys ”
Linköpings högskola ()