תכונות חומרים
פולימורפיזם - המסע בזמן של ד"ר דנה אשכנזי
פולימורפיזם - המסע בזמן של ד"ר דנה אשכנזי
מדובר בתכונות הנובעות ממבנה החומר ברמה המיקרוסקופית, כלומר סוג האטומים המרכיבים את החומר, הקשרים בין האטומים הללו, והפגמים הקיימים בחומר. להלן מספר דוגמאות לתכונות פיזיקליות של חומרים: מצב צבירה: בטמפרטורת החדר נמצאות המתכות במצב מוצק פרט לכספית (Hg) שהיא נוזל. נקודת ההיתוך של מרביתן היא גבוהה. מוליכות חשמלית: המתכות מוליכות היטב זרם חשמלי הן במצב מוצק והן במצב נוזלי. הכסף (Ag) הוא הטוב שבמוליכים החשמליים. מוליכות חום: המתכות מוליכות חום בצורה טובה. מוליך החום הטוב בין המתכות הוא הכסף. צפיפות: למרבית המתכות צפיפות גבוהה. לליתיום, אשלגן ונתרן צפיפות נמוכה מהמים ולכן הן נקראות "מתכות קלות". המתכת הכבדה ביותר היא אוסמיום בעלת צפיפות של 22.5 סמ"ק/גרם. ברק: למתכות ברק אופייני הנקרא "ברק מתכתי", לרובן גוון כסוף, אך לאחדות מהן גוון זהוב (כמו לזהב) או כתום ( כמו נחושת).
הידעת? התנגדות חשמלית סגולית תלויה בטמפרטורה. בדרך-כלל, ככל שהטמפרטורה עולה כך ההתנגדות הסגולית עולה, בגלל הפיזור של האלקטרונים (ויברציות של האטומים). בטמפרטורת האפס המוחלט ההתנגדות החשמלית האידיאלית היא אפסית (מוליכי-על). מוליכים למחצה הינם יוצאי דופן מבחינת התנהגותם החשמלי, ובהם הגדלת הטמפרטורה מקטינה את ההתנגדות החשמלית - הדבר נובע מסידור האלקטרונים (תיאורית הפסים).
הן תכונות הקשורות לתגובת החומר לאור (גלי אור/ חלקיקי פוטונים על פי התיאוריה הפוטו-אלקטרית).
התכונות הללו כוללות:
שקיפות
ברק/החזרת אור
העברת אור
בליעת אור
תכונות המתארות כיצד החומר מגיב לחום ולשינויי טמפרטורה:
הולכת חום
בידוד תרמי
התפשטות תרמית
טמפרטורת היתוך
טמפרטורת רתיכה
תכונות המתארות את תגובת החומר לפעולת כוחות חיצונים או במילים אחרות יכולתו להתנגד לפעולתם של כוחות חיצוניים. דוגמאות לתכונות מכניות: מודול אלסטיות, אלסטיות, פלסטיות, מודול גזירה, מאמץ כניעה, יחס פואסון, חוזק, קשיות, קשיחות, וחסינות לשבר ומאמץ לשבר.
הידעת? שני סרגלים בעלי מידות זהות, האחד עשוי מפלסטיק והאחר מפלדה, מגיבים באופן שונה בעת שמפעילים עליהם כוח זהה על מנת לכופפם. סרגל הפלדה יתכופף ואילו סרגל הפלסטיק ישבר. כאשר טורקים בחוזקה, דלת זכוכית תתנפץ לרסיסים ואילו דלת עץ תישאר שלמה. ההבדלים בתגובות החומרים לכוח הפועל עליהם נובעים מתכונותיהם המכניות השונות.
מאמץ - כוח ליחידת שטח.
עיבור/מעוות - השינוי באורך המתרחש במהלך ההעמסה מחולק באורכו ההתחלתי של הגוף לפני הפעלת המאמץ.
מודול האלסטיות/מודול יאנג - היחס בין המאמץ לעיבור בתחום האלסטי (לינארי) של עקומת המאמץ-עיבור. ניתן לראות במודול האלסטי אינדיקציה למידת הקשיחות של החומר או למידת העמידות של החומר בדיפורמציה אלסטית.
מקדם פואסון - יחס בין העיבורים בכיוון אורכי ורוחבי, המתקבלים כתוצאה מהפעלת מאמץ בכיוון אורכי.
קשיות מוגדרת כהתנגדות החומר לחדירת גוף זר. בדיקת הקשיות המבוססת על החדרת גוף קשה בעל גיאומטריה מסוימת, הנקרא חודרן, אל תוך החומר הנבדק על-ידי הפעלת עומס קבוע על החודרן בקצב איטי למשך זמן מסוים. הקושי נמדד על-ידי נתונים שמספקת העיקבה, שהיא השקע הנשאר בחומר הנבדק לאחר ההחדרה. ככל שהחומר יהיה רך יותר, תתקבל עיקבה גדולה יותר. מתכות במצבן המוצק הן חומרים קשים למדי, הכללה זו נכונה בעיקר שדנים במתכות הנדסיות כדוגמת פלדות, אך אינה מדויקת לגבי כלל המתכות. לדוגמה, המתכות האלקליות, למשל לתיום ואשלגן, הן חומרים רכים הניתנים לשריטה באמצעות ציפורן.
בדיקת מיקרו-קשיות - מיועדת לבדיקת חלקים עדינים או פאזות שונות בחומר, שניתן להבחין בהן רק במקרוסקופ. העיקבה קטנה מאוד וניתנת למדידה רק באמצעות מיקרוסקופ הנמצא במכשיר.
רקיעות - מרבית המתכות ניכנות במשיכות ולכן הן ניתנות לריקוע על-ידי מנגנונים של דיפורמציה פלסטית באמצעות תנועה של נקעים (פגם קוי) בחומר. אפשר לרקע את המתכות לפחים דקים או למתוח לחוטים דקים, למשל המתכת הרקיעה ביותר היא הזהב (Au), אשר ניתנת לריקוע עד לעובי של 0.0001 מ"מ. מקילוגרם אחד של זהב ניתן לקבל חוט דק באורך של 2,000 קילומטרים.
הידעת? כאשר ההתארכות היא מעבר לתחום האלסטי, העיבור כבר אינו יחסי למאמץ, ומתרחשת דפורמציה פלסטית. ברמה האטומית, דפורמציה פלסטית נגרמת כתוצאה מהחלקת נקעים. קשרים בין האטומים נשברים עקב תנועת הנקעים בחומר, וקשרים חדשים נוצרים. בתחום הפלסטי, כאשר נסיר את המאמץ, החומר לא יחזור למצבו ההתחלתי.
חסינות לשבר - התנגדות החומר לשבר. ככל שהשטח מתחת לעקום המאמץ-עיבור זה גדול יותר, החומר סביל/חסין יותר.
ניסוי מתיחה - מבין כל הבדיקות המכניות הקיימות (חוזק, קשיות, נגיפה, התעיפות וכו'), מספקת בדיקת חוזק המתיחה את כמות הנתונים הרבה ביותר עבור בדיקה אחת. הבדיקה מתבצעת על דגם תקני בעל צורה גיאומטרית מוגדרת, הנידפן במכשיר מתיחה מיוחד ונמתח עד שבירתו. תוך כדי ביצוע הבדיקה נמדדים הכח המופעל על הדגם והמעוותים הנוצרים בו כתוצאה מפעולת כח זה.