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Propiedades de los materiales
Los materiales pueden ser muy complejos y estar formados por una mezcla de sustancias, cada una de las cuales, a su vez, está compuesta por varios elementos. Cada material tiene propiedades físicas diferentes.
Las propiedades del material varían en función de los elementos o sustancias que lo componen. Las propiedades pueden determinar cómo se comporta el material. Mira estos ejemplos de un material sólido y otro líquido:
Los diamantes están compuestos por átomos de carbono empaquetados a alta presión y calor, lo que los convierte en un cristal y los hace muy duros. La fuerza que mantiene unidos los átomos es tan fuerte que los diamantes son el objeto natural más duro conocido en la Tierra.
El agua pura está compuesta por moléculas de agua. Las fuerzas que mantienen unidas a estas moléculas son más débiles que las que actúan en un sólido. Es la debilidad de esas fuerzas lo que confiere al agua la capacidad de fluir.
Las propiedades de un material dependen de la estructura de sus átomos y de las fuerzas que lo mantienen unido. Esto también afecta a su estado de agregación o estado de la materia: los líquidos tienen fuerzas pequeñas que los unen, los sólidos tienen fuerzas grandes y los gases casi no tienen fuerzas que los unan.
Propiedades de los materiales sólidos
Las propiedades de los materiales sólidos se definen por la fuerza de los átomos o moléculas que los mantienen unidos. En el caso de los sólidos, podemos distinguir entre propiedades químicas y físicas. Algunas de las propiedades físicas también se conocen como propiedades de la masa (ver más abajo).
Propiedades físicas de los materiales sólidos
Las propiedades físicas de los materiales sólidos pueden ser intensivas o extensivas, y su clasificación depende de cómo reaccione la propiedad ante un aumento de masa.
Si un aumento de masa modifica la propiedad, se trata de una propiedad extensiva. Si un aumento de masa no afecta a la propiedad física, se trata de una propiedad intensiva. Consulta la siguiente lista de propiedades extensivas e intensivas:
Propiedades extensivas :
- Masa, medida en kg.
- Volumen, medido en unidades cúbicas.
- Longitud, medida en metros.
Propiedades intensivas:
- Densidad, medida en masa sobre volumen.
- Temperatura, medida en grados (Celsius, Fahrenheit, Rankine o Kelvin).
- Conductividad, medida en Siemens por longitud de material.
- Maleabilidad, medida en unidades de presión.
Colores de los materiales
Una propiedad extraordinaria de los materiales son sus colores, que se deben a la reflexión de la luz cuando las ondas electromagnéticas del espectro visible (la luz tal como la conoces) inciden sobre un objeto. La forma en que están dispuestoslosátomos o moléculas de un objeto también afectaalcolor de un material.
La propiedad del color de los materiales es utilizada por las áreas de la ciencia que estudian la luz reflejada por los objetos para comprender qué elementos son responsables de la composición de los objetos.
¿Qué es una propiedad a granel en un sólido?
Los sólidos presentan propiedades, como la densidad, la elasticidad, la conductividad, etc., que determinan cómo funcionan juntos los átomos del sólido como "masa". Las propiedades de la masa están directamente relacionadas conlacomposición del sólido y la forma en que se unen sus átomos. Estas propiedades de la masa son importantes en las aplicaciones de ingeniería, ya que pueden decirnos cómo funciona el sólido y qué fuerzas puede soportar. A continuación se enumeran algunas propiedades del sólido:
- Densidad, medida en kg / m ^ 3.
- Conductividad, medida en S / m ^ 3, donde S es Siemens.
- Elasticidad, medida en Pascales (Pa).
- Dureza, medida en Pascales.
Densidad
La densidad se describe comolamasa de un material por unidad de volumen. El volumen en los sólidos depende de lo apretadas que estén sus partículas. Los elementos que componen el sólido pueden afectar a esto, como en los dos ejemplos siguientes:
Los diamantes son más densos que el grafito, pero ambos están formados por carbono. Los átomos de un diamante están tan juntos y apretados que ocupan menos espacio, por eso hay más átomos en un trozo de diamante que en un trozo de grafito de tamaño similar. La densidad de un diamante es aproximadamente \(3,5 g / cm^3\), la del grafito, aproximadamente \(2,7 g / cm ^ 3\).
Un trozo de uranio es más denso que un trozo de diamante y pesa más, aunque ambos tengan el mismo tamaño. La razón por la que el uranio es más denso que un diamante es que un átomo de uranio es más pesado que un átomo de carbono. El uranio tiene más partículas (neutrones y protones) que constituyen la mayor parte delamasa del átomo. La densidad de un diamante es aproximadamente \(3,5 g / cm ^ 3\), la del uranio aproximadamente \(19 g / cm ^ 3\).
Conductividad
La conductividad define la facilidad con que un material conduce la electricidad. Describe cómoloselectrones del átomo y su estructura trabajan juntos para mover las cargas eléctricas de un lugar a otro.
Elasticidad
La elasticidad es la propiedad que nos indica lo fácil que es deformar un objeto. Los objetos elásticos se deforman cuando se les aplica muy poca fuerza. Ejemplos de materiales elásticos son el caucho y los metales. Cualquier objeto o material que no se deforme fácilmente se denomina "inelástico".
Dureza
La dureza es la propiedad que define la fuerza con que un material resiste la deformación en un área pequeña, como, por ejemplo, cuando empujas la mina de un lápiz contra un objeto y éste ofrece resistencia contra la mina.Ladureza de un material está relacionada con la forma en que están enlazados los átomos o sustancias que lo componen. Por ejemplo,losátomos de un diamante están fuertemente unidos entre sí, lo que lo convierte en un material duro.
¿Cómo se miden las propiedades a granel?
Laspropiedades aparentes de un material se miden mediante ensayos mecánicos. Durante cada prueba, los materiales se exponen a fuerzas que intentan deformarlos, penetrarlos o comprimirlos. Los experimentos miden los valores de las fuerzas en función de las deformaciones producidas en el objeto.
Todas las propiedades a granel pueden medirse mediante ensayos mecánicos. A continuación se enumeran algunas de ellas:
- Prueba de conductividad: hacer pasar una corriente eléctrica a través de un material.
- Prueba de elasticidad: deformar un material tirando de él o comprimiéndolo.
- Prueba de dureza: empujando un objeto afilado y duro contra el material y aumentando la fuerza empleada para empujar ese objeto.
Materiales - puntos clave
- Los materiales son las sustancias que componen un objeto.
- La composición de un material puede ser simple, formada por un solo elemento, o muy compleja, formada por varias sustancias (que pueden estar compuestas por varios elementos).
- Los materiales tienen propiedades intensivas y extensivas. Éstas están relacionadas conlamasa o la composición atómica de un objeto.
- Si las propiedades dependen delamasa de un material, son extensivas.
- Si las propiedades no dependen delamasa del material, son intensivas.
- Las propiedades a granel son propiedades intensivas, que dependen del funcionamiento conjunto de los átomos del objeto.
- Las propiedades a granel incluyen la dureza, la elasticidad, la conductividad y la densidad.Laspropiedades de un material pueden medirse mediante diversos ensayos mecánicos.
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