Propiedades Generales de los Materiales
Un material para una
determinada aplicación debemos tener en cuenta diversos factores, como son el
trabajo que va a desarrollar la pieza, la atmósfera en la que se va a
encontrar, el procedimiento de conformado mediante el cual se le dará la forma
definitiva, etc. Por tanto, un profundo conocimiento de las propiedades es
clave para estar en condiciones de determinar cuál es el material más apropiado
para dicha aplicación.
El propósito de un técnico
especialista en materiales cuando se va a fabricar un objeto determinado es,
primeramente, establecer las características deseables que deben poseer los
materiales de que estará hecho, y, en una segunda fase, escoger el material
óptimo entre aquellos que cumplan las características deseadas.
En esta segunda fase
intervienen los siguientes factores:
·Propiedades mecánicas
(resistencia, tenacidad, dureza, rigidez, etc.).
·Resistencia a la corrosión.
·Conductividad térmica y eléctrica.
·Facilidad de conformado (disponibilidad en la naturaleza del material, métodos
de conformado posibles, etc.).
·Peso específico y apariencia externa (propiedades sensoriales agradables).
·Factores ecológicos: mínima necesidad de materia prima y posibilidad de
reciclaje y reutilización.
·Precio de la materia prima.
Propiedades
Físicas
Las propiedades
físicas son aquellas que logran cambiar la materia sin alterar su
composición. Por ejemplo, cuando moldeas un trozo de plastilina, sus átomos no
se ven alterados de ninguna manera, pero exteriormente cambia su forma.
Estas propiedades pueden variar en tres estados distintos como: Estado Sólido,
Líquido y Gaseoso.
· Estado Sólido
Se producen
cuando los materiales se encuentran a una baja temperatura provocando que sus
átomos a menudo se entrelazan formando estructuras cristalinas definidas, lo
que les permite soportar fuerzas sin deformación. Los sólidos son calificados
como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atracción son mayores que
las de repulsión.
Las sustancias en estado sólido tienen las siguientes características:
· Forma definida.
· Incompresibilidad
(no pueden comprimirse)
· Resistencia a la
fragmentación.
· Volumen tenso.
Estado Líquido
Se produce
cuando dicho material adquiere el punto de fusión y su
principal característica es la capacidad de fluir y adaptarse a
la forma del recipiente que lo contiene.
El estado líquido presenta las siguientes características:
· Fuerza de
cohesión menor.
· Toma la forma del
envase que lo contiene.
·
Estado Gaseoso
Se alcanza
esto punto aumentando la temperatura de dicho material para llegar hasta su
ebullición. Los átomos o moléculas del gas se encuentran libres de modo que son
capaces de ocupar todo el espacio del recipiente que lo contiene, aunque con
mayor propiedad debería decirse que se distribuye o reparte por todo el espacio
disponible.
El estado gaseoso presenta las siguientes características:
Fuerza de
cohesión casi nula.
· Sin forma
definida.
· Toma el volumen
del envase que lo contiene.
· Se puede
comprimir fácilmente.
· Ejerce presión
sobre las paredes del recipiente que los contienen.
Formas y Dimensiones
¿Tienen los Materiales Forma?, En su principio los quellamaremos
materiales tecnológicos no tienen formapor si mismo. Es la Ingeniería la que
proporciona laforma de diseño que se le
confiere.
El peso especifico
El peso
específico de una sustancia se define como su peso por unidad de volumen. Como
aclararemos en otro apartado, esta definición es considerada hoy día
como obsoleta y reprobable, siendo su denominación correcta la
de densidad de peso.
Permeabilidad
Es la
capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar su
estructura interna. Se afirma que un material espermeable si deja pasar a
través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado,
e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable.
La velocidad
con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores
básicos:
la porosidad
del material; la densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura:
la presión a que está sometido el fluido.
La capilaridad
Es una
propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial (la cual a su
vez depende de la cohesión o fuerza intermolecular del líquido), que le
confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.
Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza
intermolecular del líquido (o cohesión intermolecular)
Entre sus moléculas es menor a la adhesión del líquido con el material del tubo
(es decir, es un líquido que moja)
El líquido sigue subiendo hasta la tensión superficial es
equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo.
Higroscopia
La capacidad
de algunas sustancias de absorber o ceder humedad al medio ambiente.
Tambien es
sinónimo de higrometría siendo esta el estudio de la humanidad, sus causas y
variaciones(ne particular de la humanidad atmosférica).
Son
higroscópicos todos los compuestos que atraen agua en forma de vapor o d
eliquido de su ambiente, por eso a menudo son utilizados como desecantes.
Algunos de
los compuestos higroscópicos reaccionan químicamente con el agua como los
hidruros o los metales alcalinos. Otros la atrapan como agua de hidratación en
su estructura cristalina como es el caso de sulfato de sodio.El agua también
puede absorberse físicamente.
MATERIALES
Se sabe que los materiales cambian sus propiedades con la temperatura.
En la mayoría de los casos las propiedades mecánicas y físicas dependen de la
T° a la cual el material se usa o de la T° a la cual se somete el material
durante su procedimiento.
· Densidad (ρ): masa de
material por unidad de volumen: ρ = m / V (kg/m3).
· Calor específico (C): cantidad de energía necesaria para
aumentar en 1 ºC la temperatura de 1 kg de material. Indica la mayor o menor
dificultad que presenta una sustancia para experimentar cambios de temperatura
bajo el suministro de calor. Los materiales que presenten un elevado calor
específico serán buenos aislantes. Sus unidades del Sistema Internacional son
J/(kg·K), aunque también se suele presentar como kcal/(kg·ºC); siendo 1 cal =
4,184 J. Por otra parte, el producto de la densidad de un material por su calor
específico (ρ · C) caracteriza la inercia térmica de esa sustancia, siendo esta
la capacidad de almacenamiento de energía.
· Conductividad térmica (k): Capacidad de un material para transferir calor. La conducción térmica es
el fenómeno por el cual el calor se transporta de regiones de alta temperatura
a regiones de baja temperatura dentro de un mismo material o entre diferentes
cuerpos. Las unidades de conductividad térmica en el Sistema Internacional son
W/(m·K), aunque también se expresa como kcal/(h·m·ºC), siendo la equivalencia:
1 W/(m·K) = 0,86 kcal/(h·m·ºC).
·
Difusividad
térmica (α): Caracteriza
la rapidez con la que varía la temperatura del material ante una solicitud
térmica, por ejemplo, ante una variación brusca de temperatura en la superficie.
Se puede calcular mediante la siguiente expresión:* α = k / (ρ · C) (m2/s).
·
Dilatación: La mayoría de los materiales aumentan
de tamaño ( se dilatan ) al aumentar su temperatura, siempre que no se
produzcan cambios de fase. El origen de la dilatación térmica reside en que al
aumentar la temperatura aumentan las vibraciones de las partículas (moléculas,
átomos, o iones) del material ,lo que da origen a una mayor separación entre
ellas.
· Reflexión del Calor: Según el comportamiento de los materiales frente a la luz se
clasifican en: transparentes, translucidos y opacos.
Como materiales
transparentes podemos distinguir el cristal y algunos tipos de plásticos.
Es la proyección de un material al incremento de calor sin
modificar su estructura física, química.Este tipo de propiedad puede ser
limitada por temperatura.
· Transmisión
y Reflexión del Sonido: Es una parte de la Física de un material que es transmitida y otra
absorbida, la parte absorbida se disipa bajo otras formas de energía.
PROPIEDADES ÓPTICAS
Reflexión de
la luz:
Cada uno de los objetos da una reflexión y
absorción, en forma parcial o total.
En superficies lisas y brillantes se refleja más que en las rugosas.
Transmisión de la luz:
Se da por medio de
elementos transparentes como los
vidrios,
cada uno en mayor o menor grado.
Color:
Cuando la luz incide en la superficie de un
mineral pa
rte de ella se refleja y
refleja y parte se refracta. Si la luz no sufre
absorción, el material es incoloro. L os
materiales son coloreados porque absorben ciertas
longitudes de onda de la luz y el
color es el resultado de una combinación, de aquellas longitudes de onda
que llegan al ojo.
PROPIEDADES ACÚSTICAS
Estudian el comportamiento de los materiales
ante el contacto con ondas sonoras.
·
Ondas Sonoras: El sonido es un conjunto de variaciones
de presión emitidas desde una fuente emisora, en forma de ondas.Estas ondas pueden transportarse a través de:Gases (el
más común para nosotros es el aire), Líquidos, Sólidos., Nuestro sentido del
oído nos permite captar esas ondas y reconocerlas.Se puede asimilar las ondas
sonoras con un objeto que cae en el agua.Al golpear el agua se producen
ondulaciones en la superficie.Esas ondulaciones se propagan por la superficie
del agua.Si son varios objetos que golpean la superficie se producen varias
ondas entrecruzadas.
· Transmision Acustica: Es la propiedad de algunos materiales de transmitir las ondas sonoras a
través de ellos.Los materiales rígidos
transmiten el sonido con facilidad a través de ellos.Los materiales
blandos no transmiten el sonido a través de ellos, porque pueden amortiguar el
sonido que produce el impacto del golpe. , Matrillo viaja por el material en
todas.Cuanto más denso es el medio de
propagación direcciones y se propaga luego por el del sonido, mejor será la
transmisión de éste aire.Ejemplo: el sonido se propaga mejor en el agua que en
el aire.Ejemplo de aplicación práctica:n Esta propiedad, que poseen
muchos materiales utilizados en un entrepiso, es un problema a resolver, porque
las pisadas de quien camina por la planta alta se escuchan muy fuerte en la
planta baja.Hay materiales blandos, como la
goma, el poliuretano, o una alfombra, que amortiguan el golpe de un zapato al
caminar haciendo que no Detalle constructivo de un entrepiso se transmita el
sonido hacia el piso de abajo con aislación acústica utilizando una plancha de
espuma de poliuretano.Otro ejemplo son las cabinas de grabación de sonido, que
deben estar totalmente aisladas de los ruidos exteriores.
PROPIEDADES QUIMICAS
Composición química:
Es necesario saber los componentes de los
materiales para conocer sus propiedades.
Estabilidad:
La capacidad de ciertos materiales de oponerse a los agentes
exteriores
que quiera alterar sus propiedades.
PROPIEDADES MECÁNICAS
Están
relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales cuando actúan
fuerzas sobre ellos. Las más importantes son:
Elasticidad: Capacidad que
tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha
desaparecido la fuerza que los deformara.
Plasticidad: Habilidad
de un material para conservar su nueva forma una vez deformado. Es opuesto
a la elasticidad.
Ductilidad: Es la capacidad que tiene un material para estirarse en hilos (por
ejemplo, cobre, oro, aluminio, etcétera).
Maleabilidad: Aptitud de un material para extenderse en
láminas sin romperse (por ejemplo, aluminio, oro, etc.).Aluminio.
Dureza: Oposición que
ofrece un cuerpo a dejarse rayar openetrar por otro o, lo que es igual, la
resistencia al desgaste.
Tenacidad: Resistencia que
opone un cuerpo a su rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos
de deformación.
Fluencia: Deformación (que puede llegar a la rotura) de
un material sometido a cargas variables, inferiores a la de rotura, cuando
actúan un cierto tiempo o un número de veces.
Rigidez: Cuando no se deforman los materiales.
Isotropía: Capacidad de ciertos materiales de producir la misma resistencia frente
a fuerzas en diferentes sentidos. Lo contrario es la anisotropía como la
madera.
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