Una striscia bimetallica è un semplice dispositivo che converte l’energia termica in movimento meccanico. Viene utilizzato come interruttore attivato termicamente o indicatore di calore e funziona secondo il principio dell’espansione differenziale di metalli dissimili riscaldati. Il nastro bimetallico è costituito da due metalli diversi che sono legati insieme per formare una striscia diritta, piatta o una bobina concentrica. Quando la striscia viene riscaldata, uno dei metalli si riscalda e si espande più velocemente dell’altro, facendo piegare la striscia. Questa deflessione meccanica viene quindi sfruttata in vari modi per commutare circuiti elettrici o spostare un quadrante per un’indicazione del valore di calore.
Quando un solido, fluido o gas viene riscaldato, le sue molecole iniziano ad allontanarsi l’una dall’altra portando all’espansione. Finché un materiale riscaldato non è contenuto ad un certo punto, si espanderà in modo equilibrato. Se, per qualche ragione, il materiale è contenuto o non può espandersi lungo una delle sue superfici, l’espansione sfrenata nel resto del materiale ne farà deviare o piegare. Ovviamente alcuni materiali si riscalderanno più velocemente o si espanderanno più di altri a seconda della loro struttura molecolare. Se due di questi materiali dissimili si uniscono, quello che si riscalda più lentamente limiterà l’espansione lungo una faccia dell’altra e causerà il verificarsi di questo fenomeno di deflessione.
Questo principio di deflessione termica di materiali dissimili viene utilizzato per fornire movimento meccanico correlato al calore in un’ampia gamma di apparecchiature elettriche e di misurazione. Le strisce bimetalliche sono generalmente costruite con due metalli dissimili con ottone e acciaio e rame e acciaio come combinazioni tipiche. I due materiali sono generalmente saldati, brasati o rivettati insieme per produrre un’unione uniforme e sicura tra le due facce di contatto. Le strisce bimetalliche possono essere formate come elementi del tipo a molla elicoidale diritti o concentrici. La loro deflessione fisica quando riscaldata viene quindi sfruttata in vari modi per ottenere funzioni diverse.
Uno dei metodi più comuni per utilizzare la deflessione di un nastro bimetallico consiste nell’impiegare il nastro come contatto elettrico per creare o interrompere circuiti. I termostati del riscaldatore sono un buon esempio di questo tipo di applicazione e utilizzano la striscia diritta e non riscaldata per mantenere il contatto con un punto di commutazione e mantenere attivo il circuito del riscaldatore. Quando la temperatura sale a un punto predeterminato, la striscia si riscalda e si piega, interrompendo così il circuito e spegnendo il riscaldatore. Quando la striscia si raffredda nuovamente, si raddrizza e riattiva il circuito di riscaldamento. Ciò consente di mantenere un intervallo di temperatura costante.
Il nastro bimetallico del tipo a bobina tende a svolgersi quando si riscalda e fa ruotare l’ago di un termometro a quadrante per indicare un valore di temperatura. Le strisce bimetalliche vengono utilizzate anche come dispositivi di sovraccarico termico per interrompere l’alimentazione delle apparecchiature elettriche quando assorbono una corrente eccessiva o si surriscaldano fisicamente. Le note caratteristiche di espansione dei diversi metalli nel nastro bimetallico consentono un adattamento molto accurato di questi dispositivi per operare a temperature esatte. Ciò rende le strisce un metodo affidabile e conveniente per utilizzare il calore come input di controllo o misurazione.