Embedded Files
En el món que ens ha tocat viure, la utilització i manipulació de materials per satisfer certes necessitats i millorar la nostra qualitat de vida és clara. Per això interessa seleccionar adequadament un material determinat per a una finalitat concreta.
La ciència dels materials estudia els materials tenint en compte la relació entre les seves aplicacions, les propietats, l’estructura i el processament.
1. Classificació general dels materials
El procés que segueix qualsevol matèria natural fins que es converteix en un producte útil pot explicar-se segons un mateix esquema:
1. De la natura s’extreuen les matèries primeres.
2. Les matèries primeres es transformen en materials que es poden treballar.
3. Els materials arriben a la indústria, que els utilitza per produir objectes.
4. Passat un temps, quan els objectes perden la seva funcionalitat, generen residus.
1.1. Classificació dels materials segons el seu origen
Classifiquem els materials segons el seu origen, diferenciant materials naturals i materials manufacturats o transformats.
Materials naturals: Són aquells materials que provenen directament de la natura i que no necessiten una transformació prèvia per la seva utilització. Dins dels materials naturals, diferenciem els que són d’origen animal, mineral o vegetal.
Origen animal: Exemples: pell, llana, seda, cuir, os…
Origen vegetal: Exemples: fusta, cotó, suro…
Origen mineral: Exemples: marbre, granit…
Materials manufacturats o transformats: Els materials manufacturats s’obtenen d’un procés de transformació de les matèries primeres que s’extreuen de la natura. Exemples: paper, plàstic, vidre, ceràmica, formigó, tefló…
1.2. Classificació general dels materials
Classifiquem els materials en cinc grans grups:
Fustes: Fustes naturals i artificials, paper, suro, cartró
Metalls: Fèrrics com el ferro i els acers, no fèrrics com el coure, l'alumini, etc.
Plàstics: També anomenats polímers. Poden ser termostables, termoplàstics o elastòmers.
Petris: Materials d'aspecte tan diferent com una pedra natural de marbre, el vidre , el formigó o els materials ceràmics pertanyen a aquest grup.
Fibres tèxtils: D'origen natural com la llana o el cotó, o d'origen sintètic com les fibres de niló o polièster.
2. Classificació de les diferents propietats dels materials.
Les propietats dels materials que veurem aquest curs les podem classificar en tres grups:
Propietats físiques
Propietats mecàniques
Propietats químiques
2.1. Propietats físiques
Dins del gran grup de propietats físiques veurem la conductivitat, la densitat, la dilatació, la fusibilitat i la higroscopicitat.
La conductivitat
Definim com a conductivitat la propietat d'alguns cosos en deixar circular pel seu cos elements com l'electricitat, la calor o el so.
La conductivitat elèctrica és la propietat que tenen els cossos de permetre el pas del corrent.
La conductivitat tèrmica és la propietat que tenen els cossos de permetre la transmissió de la calor.
La conductivitat acústica és la propietat dels cosos de transmetre el so.
Els materials que no són conductors reben el nom d'aïllants.
Els metalls són bons conductors elèctrics, tèrmics i acústics. Les fustes, els plàstics , els ceràmics i el vidre són aïllants.
La paella està feta de metalls com l'acer o l'alumini són bons conductors tèrmics, en canvi, el mànec és de plàstic (baquelita), bon aïllant tèrmic, per no cremar-nos en agafar la paella.
Els cables són de coure, un dels metalls més conductors, en canvi estan recoberts de plàstic polietilè per aïllar l'electricitat.
Per aïllar les parets i els sostres fem servir escuma de poliuretà o fibra de vidre. Aïllen de la calor i el soroll.
La densitat
La densitat relaciona la massa d’un objecte amb el Volum que ocupa. Si dos objectes tenen la mateixa forma i volum, serà més dens aquell que tingui més massa. La densitat s'expressa en kg/L , kg/dm3 o g/cm3.
Per calcular la densitat d'un objecte desconegut, haurem de pesar l'objecte en una balança i calcular el seu volum amb el líquid que desplaça en una proveta, la densitat la trobaríem dividint massa entre volum:
Pesem l'objecte:
En aquest exemple, l'objecte pesa 445 grams
Obtenim el volum que ocupa introduint-lo en una proveta amb aigua. En aquest exemple la proveta tenia 220 cm3 d'aigua i en introduir l'objecte puja fina a 270 cm3, per tant l'objecte ocupa un volum de 50 cm3.
Ara calcularem la densitat dividint la massa entre el volum que ocupa. En aquest exemple:
Com podem veure a la taula l'objecte podria ser de coure o d'un aliatge de coure, per la seva densitat.
La densitat de l'aigua és igual a 1 g/cm3. Tot material de densitat superior a l'aigua, s'enfonsa en introduir-lo en aquest medi, en canvi, materials amb densitats inferior a 1 suren.
La gran majoria de plàstics i fustes surarien a l'aigua, els metalls i minerals s'enfonsen.
• Densitat, massa i volum. Amb aquesta aplicació pots “jugar” amb els conceptes.
La dilatació
És la variació relativa de les dimensions d’un material a causa d’un canvi de temperatura.
Els metalls són els materials que pateixen una major dilatació a causa de la temperatura.
Les vies del tren estan separades uns centímetres per cada varis kilòmetres per evitar que a l'estiu, la calor provoqui que les vies es dilatin i puguin descarrilar un tren. Aquesta separació rep el nom de "junta de dilatació".
La fusibilitat
És la propietat d'alguns materials de fondre amb la calor. Aquesta propietat és molt important per què els materials que fonen passen a estat líquid i això els permet ser emmotllats i adoptar fàcilment la forma del motlle en refredar-se. A més permeten el seu reciclatge.
Els metalls , el vidre i un grup de plàstic anomenats termoplàstics són materials que fonen. En canvi, la fusta, els ceràmics i els altres plàstics no poden fondre, amb la calor s'acaben degradant i cremant.
Anomenem punt de fusió és la temperatura a la qual un material passa de l’estat sòlid a l’estat líquid.
La higroscopicitat
És la propietat que tenen els materials d’absorbir humitat del medi. Materials com la fusta, han d'aïllar-se mitjançant pintures i vernissos per què si no, per la seva higroscopicitat , absorbeixen humitat del medi i s'inflen fins trencar-se.
2.2. Propietats mecàniques
Dins de les propietats mecàniques veurem diferents propietats com l'elasticitat, la plasticitat, la resistència, la duresa , la tenacitat i la fatiga.
Elasticitat i plasticitat
L’elasticitat és la propietat que tenen els materials de deformar-se quan suporten un esforç i tornar a la forma inicial quan el deixen de suportar.
La plasticitat és la propietat que tenen els materials de conservar les deformacions produïdes per l’acció d’un esforç quan el deixen de suportar. Tenim dos tipus de plasticitats:
La mal·leabilitat és la propietat que tenen els materials de deformar-se permanentment sota un esforç de compressió.
La ductilitat és la propietat que tenen els materials de deformar-se permanentment sota un esforç de tracció.
La resistència
La resistència és la propietat que tenen els materials de suportar esforços sense trencar-se.
Les propietats de resistència, d'elasticitat i plasticitat estan molt relacionades amb l'esforç que pateix el material, per això és molt important tenir clar els diferents tipus d'esforç que un material pot patir:
Tracció: La tracció és l’esforç al qual està sotmesa una peça per l’acció de dues forces oposades que l’estiren. Un esforç d’aquesta mena augmenta sempre la longitud de la peça en la direcció de les forces i, si és prou intens, en redueix la secció transversal i, finalment, la trenca.
Compressió : La compressió és l’esforç al qual està sotmesa una peça per l’acció de dues forces oposades que l’aixafen.
Un esforç d’aquesta mena redueix la longitud de la peça en la direcció de les forces i, si és prou intens, n’augmenta la secció transversal i, finalment, la trenca.
Flexió: La flexió és l’esforç al qual està sotmesa una peça per l’acció de forces que tendeixen a doblegar-la. Un esforç d’aquesta mena sempre fa que la peça es corbi i, si és prou intens, pot arribar a trencar-la.
Cisallament: El cisallament és l’esforç al qual està sotmesa una peça per l’acció de dues forces oposades que s’exerceixen sobre punts diferents però molt propers, de manera que tendeix a tallar la peça. Un esforç d’aquesta mena sempre produeix deformacions en la peça i, si és prou intens, pot arribar a trencar-la.
Torsió: La torsió és l’esforç al qual està sotmesa una peça per l’acció de dues forces que tendeixen a retorçar-la, a deformar-la entorn d’un eix. Un esforç d’aquesta mena sempre produeix deformacions en la peça i, si és prou intens, pot arribar a trencar-la.
La duresa
És la propietat que tenen els materials d’oposar-se a ser ratllats o penetrats.
Els materials durs són aquells que ratllen i penetren altres materials, com el diamant i determinats tipus d'acers. El guix i la fusta són materials tous.
La tenacitat
És la resistència al trencament que presenta un material quan se’l colpeja. Quan un material resisteix els cops sense trencar-se, diem que és tenaç, com molts metalls i determinats plàstics (exemple el plàstic ABS amb el que es fan els para-xocs dels cotxes). En canvi, si un materials es trenca amb facilitat, diem que és un material fràgil, com el vidre, els ceràmics, etc.
La fatiga és la resistència al trencament que presenta un material quan se’l sotmet a esforços repetits.
2.3. Propietats químiques
Les propietats químiques tracten sobre el comportament d’un material en contacte amb altres substàncies.
Permeabilitat: La permeabilitat és la propietat que tenen els materials de deixar passar a través seu aigua o altres fluids.
Solubilitat: La solubilitat és la propietat que tenen els materials de mesclar-se de manera homogènia amb una altra substància, que actua com a dissolvent.
Combustibilitat: La combustibilitat és la propietat que tenen els materials de cremar.
Page updated
Report abuse