TEMA 4 (BIS) PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

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1 TEMA 4 (BIS) PROPIEDADES DE LOS MATERIALES 1. Propiedades Mecánicas. 2. Propiedades Físicas 2.1. Propiedades térmicas 2.2. Propiedades eléctricas 2.3. Propiedades magnéticas 2.4. Propiedades ópticas. 3. Propiedades químicas. 4. Otras propiedades. 1. PROPIEDADES MECÁNICAS Están relacionadas con la forma de reaccionar los materiales frente a la acción de fuerzas sobre ellos. Podemos distinguir: ELASTICIDAD: Capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma una vez que ha desaparecido la fuerza que los deforma. PLASTICIDAD: Capacidad de un material para conservar la nueva forma una vez deformado. DUCTILIDAD: Capacidad de un material para estirarse en hilos. MALEABILIDAD: Capacidad de un material para extenderse en láminas. DUREZA: Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar. FRAGILIDAD: Capacidad de un cuerpo de romperse sin apenas deformación. TENACIDAD: Resistencia que opone un cuerpo a choques o esfuerzos bruscos. FATIGA: Deformación de un material sometidos a cargas variables, inferiores a la de rotura, cuando actúan un cierto tiempo o número de veces determinado. Para medir las propiedades mecánicas usamos los ensayos. Ensayo de tracción: Aplicamos una fuerza de tracción a un material midiendo esta fuerza y su deformación. Siendo el esfuerzo (s ) la fuerza aplicada por unidad de superficie, y la deformación el cambio de longitud por unidad de longitud inicial del material: σ F S N/m 2 ε ( l l l 0 0 ) Al registrar estos datos obtenemos una curva que nos indica las características del material. Obteniendo los siguientes puntos y tramos principales: Zona elástica: el material vuelve a las dimensiones originales cuando cesa el esfuerzo. Zona plástica: el material no recupera las dimensiones originales. Módulo de elasticidad ( E) es la pendiente de la recta esfuerzodeformación en la zona elástica. Se calcula dividiendo el esfuerzo aplicado σ entre la deformación producida. E Límite elástico: Es el esfuerzo máximo por encima del cual comienza la ε deformación plástica. Punto de ruptura en el esfuerzo necesario para producir la ruptura del material. Resistencia máxima a la tensión: es el máximo esfuerzo aplicado sobre el material. La Figura muestra el gráfico obtenido en una máquina de ensayo de tracción para un acero. 1

2 . etc. También existen ensayos de dureza, de fatiga 2. PROPIEDADES FÍSICAS 2.1. Propiedades térmicas Describen el comportamiento de un material frente al calor. Podemos distinguir las siguientes propiedades: Capacidad calorífica: Se mide con el calor específico que es la energía necesaria para elevar 1º C la temperatura de la unidad de masa del material Q c m T Dilatación térmica: al aumentar la temperatura de un material las dimensiones del material cambian. Se mide mediante el coeficiente de dilatación lineal α l 0 l T Debemos tener en cuenta que existe una orientación preferente, le afectan los cambios de fase, a no es lineal y le afectan los campos eléctricos. Conductividad térmica: Es la medada de la cantidad de calor que se transmite a través de un material 2.2. Propiedades eléctricas Tiene que ver con el comportamiento de los materiales frente a campos eléctricos. Los materiales pueden ser: Conductores: Dejen pasar con facilidad la electricidad a través de ellos. Aislantes: Oponen mucha resistencia al paso de la corriente eléctrica. Semiconductores: Se vuelven conductores bajo ciertas circunstancias Propiedades magnéticas. Q T κ A t x Comportamiento de los materiales frente a campos magnéticos. Pueden ser: diamagnéticos, ferromagnéticos y paramagnéticos. 2

3 2.4. Propiedades ópticas Se refieren a la reacción del material cuando la luz incide sobre él. Así tenemos materiales opacos, transparentes y translucidos. Otra propiedad muy importante es el color, de forma que vemos los objetos del color de la luz que reflejan. 3. PROPIEDADES QUÍMICAS Una de las más importantes es la relativa a la oxidación y corrosión, especialmente en los metales. Para protegerlos contra la corrosión se utilizan: Recubrimientos: o Pinturas o Cerámicos o esmaltados o Metálicos Modificaciones en la composición. Protección galvánica. EJERCICIOS DE MATERIALES 1. Señala si cada una de las siguientes afirmaciones es verdadera o falsa y explica brevemente por qué: a) Un material plástico es siempre frágil b) Un material duro es, generalmente frágil. c) Un material elástico es generalmente resistente a la tracción y a la torsión d) Un material elástico es generalmente dúctil y maleable. e) Si un material elástico es tenaz, y un material plástico es tenaz, entonces un material elástico es plástico. f) Una goma de borrar es elástica. g) La masa para hacer pan es plástica. h) El cristal es frágil i) La goma de borrar y la masa del pan son tenaces. 2. Tenemos una barra de acero de 2 metros de largo a 20º. a) Si la temperatura se incrementa hasta 35º la barra tiene entonces 2,003 m. Cuál es el coeficiente de dilatación lineal de ese acero? b) Si para elevar la temperatura de esa barra que pesa 2 kg. Hemos necesitado 10 kcal, cuál es su calor específico? 3. Golpeamos con una bola una pieza de cobre y deja una huella de 0,3 mm de profundidad. Si golpeamos con las misma fuerza y la misma bola una barra de acero y la huella es de 0,1 mm qué material es más duro? Tenemos alguna información de qué material es más tenaz con este ensayo? 4. Se aplica una fuerza de N a una barra de acero de 1 m de longitud y 1,2 cm de diámetro. Si la longitud de la barra es de 1,001 m mientras se le está aplicando la fuerza, calcula el esfuerzo aplicado y la deformación producida. 5. Al aplicar una fuerza axial de N a una barra de aluminio, de 1,283 cm de diámetro y 127 cm de longitud, adquiere una longitud de 127,318 cm. Calcula: a) la sección de la barra de aluminio b) el esfuerzo aplicado c) la deformación producida d) el módulo de elasticidad del material 6. Un vidrio de ventana de 1 cm de grosor, 1,2 m de alto y 1,2 m de ancho separa una habitación a 25º C del exterior a 40º C. Calcula la cantidad de calor que entra en u día a través de la ventana. 3

4 7. Se pretende fabricar una pieza de la carrocería de un coche con una gran tirada y siempre la misma. Enumera los factores que se deben tener en cuenta para determinar el material óptimo para esa pieza ordénalos de mayor a menor importancia según tu punto de vista. Lo primero que debemos hacer es : ELECCIÓN DEL MATERIAL ADECUADO 1. Elegir las propiedades que necesitamos para nuestro objeto. 2. Comprobar qué grupo de materiales ( o grupos) lo cumplen. 3. Dentro de esos materiales nos decidiremos por un grupo o un material dentro de un grupo según cumpla los siguientes requisitos: Factores técnicos: Puede fabricarse el objeto de ese material con las herramientas y técnicas que queremos usar? Factores económicos: El precio de ese material es el menor posible dentro de nuestras posibilidades? Factores medioambientales: El material es reciclado o puede reciclarse? no contamina? Factores estéticos: Nos gusta el acabado, el color, la textura, etc. Por ejemplo: Imagina qué quieres fabricar un barco en el taller. 1. Las propiedades que más nos interesan son: ligero ( para que flote) resistente al agua 2. Mirando en nuestro cuadro, estas dos condiciones al mismo tiempo sólo lo cumplen las maderas( pero con algún tipo de tratamiento) y principalmente los plásticos. 3. Es siguiente paso sería comprobar si cumple: Factores técnicos: tanto las maderas como la mayoría de los plásticos pueden trabajarse en el taller con las herramientas más usuales ( seguetas, sierras, taladradoras etc. ) En este caso los dos nos sirven. Factores económicos: Según el tipo de madera y de plástico el precio varía. Es parecido para los plásticos y maderas más usuales en el taller: contrachapado, aglomerado, metacrilato, poliestireno... Ya hemos restringido nuestros materiales posibles a los más usados. Factores medioambientales Tendríamos que ver si podemos usar material reciclado. Podemos usar para fabricar el barco algún tipo de envase de plástico reciclado, también podemos usar madera reciclada aunque, como hemos dicho antes, hay que darle ningún tipo de recubrimiento para que aguante en perfectas condiciones la humedad. Factores estéticos: Deberíamos decidir cual es el material que más nos gusta. Después de revisar todos los factores posibles, y a la vista de los resultados, decidimos que EL MATERIAL IDEAL SERIA UN ENVASE DE PLÁSTICO RECICLADO Ya que no necesita ningún tipo de recubrimiento para soportar la humedad, se puede trabajar en el taller con facilidad, su coste es barato y el acabado es perfecto. 4

5 PROCEDIMIENTOS: ELECCIÓN DEL MATERIAL ADECUADO Departamento de Tecnología PROPIEDADES maderas metales plásticos pétreos vidrios cerámicos textiles MECÁNICAS: Duros Blandos Tenacidad Fragilidad Elasticidad Plasticidad Maleabilidad Ductilidad TÉRMICAS: Buen conductor Mal conductor ELÉCTRICAS: Buen conductor Mal conductor MAGNÉTICAS: Es atraído por un imán Algunos OPTICAS: Transparente Translucido Opaco QUÍMICAS: Resistente a oxidación Resistente en el exterior. Con pinturas Pesado Ligero 5