Propiedades físicas de los materiales de ingeniería

«Descubre las fascinantes propiedades físicas que hacen de los materiales de ingeniería auténticas maravillas de la ciencia. Desde su resistencia a la tracción hasta su conductividad térmica, este artículo revela los secretos detrás de los materiales que hacen posible el avance tecnológico en diferentes industrias. ¡Prepárate para sumergirte en el apasionante mundo de las propiedades físicas de los materiales de ingeniería!»

el conocimiento de propiedades físicas de los materiales es una necesidad para la selección de materiales para una aplicación particular. Existen diferentes materiales que se requieren para cualquier trabajo de ingeniería a realizar. Estos materiales se denominan colectivamente materiales de ingeniería. Casi todos los materiales que buscamos, como metales, no metales, polímeros, diferentes productos químicos, fibras, etc. constituyen materiales de ingeniería.

Todo material de Ingeniería tiene un conjunto de propiedades que lo hacen apto para una obra u otra. Estas propiedades se clasifican como: propiedades físicas y propiedades químicas de los materiales. Aquí, discutiremos las propiedades físicas de un material de ingeniería en detalle.


Las propiedades físicas de un material se pueden definir como su propiedad inherente que se puede observar sin alterar la identidad del material. El conocimiento adecuado y el estudio de estas propiedades nos ayudan a elegir un material para un propósito específico. Por ejemplo, se elige cobre para fabricar conductores eléctricos y no papel porque el cobre es un buen conductor de electricidad en comparación con el papel, que es un mal conductor de electricidad. Entonces, la conductividad es la propiedad física en base a la cual se ha realizado la comparación.

Tipos de propiedades físicas de los materiales de ingeniería

Las propiedades físicas son de dos tipos: Propiedades intensivas y Propiedades extensas.


Propiedades intensivas

Propiedades intensivas son las propiedades que son independientes del volumen o tamaño del material de ingeniería. Estas propiedades también se conocen comos Propiedades a graneles. Las siguientes son las propiedades físicas intensivas de los materiales.

  1. Presión
  2. Temperatura
  3. Punto de fusion
  4. Punto de ebullición
  5. Densidad
  6. Ductilidad
  7. Maleabilidad
  8. Conductividad
  9. Tenacidad
  10. Conductividad térmica
  11. Índice de refracción
  12. Capacidad calorífica específica
  13. Coeficiente de expansión térmica
  14. Susceptibilidad magnética

Ahora, discutiremos cada propiedad física intensiva del material en detalle.

Presión

La fuerza ejercida por unidad de área cuadrada sobre la superficie del material que es perpendicular a la dirección en la que se ejerce la fuerza se conoce como Presión. Es una propiedad física importante del material. Se da como;

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Donde P es la presión, F es la fuerza aplicada y A es el área superficial del material. La presión se mide en kg/metro2.

Temperatura

La temperatura es la expresión cuantitativa del calor o frío relativo de un material con respecto a su entorno. Es la energía cinética promedio de las moléculas de una sustancia. Se mide en escala Fahrenheit, Celsius o Kelvin.

La temperatura de un material no depende del tamaño o volumen del material. Ya sea que haya 100 kg de hielo o solo 100 gramos, el hielo se derrite a 0 grados. C independientemente de la cantidad.

Punto de fusion

El punto de fusión de un material es una propiedad física que indica una temperatura específica a la cual un material sólido se convierte en líquido. Dependiendo de la aplicación, se pueden agregar ciertas impurezas al material para aumentar o disminuir el punto de fusión. Las impurezas introducen defectos o al introducir átomos que pueden afectar el proceso de fusión de un material.

Propiedades físicas de los materiales de ingeniería

Punto de ebullición

El punto de ebullición de un material es una temperatura específica a la cual un líquido se convierte en gas. Al igual que en el caso del punto de fusión, se pueden agregar impurezas a un material para aumentar o disminuir su punto de ebullición.

Densidad

La densidad proporciona información sobre la concentración de partículas y moléculas o qué tan apretadas están dentro de un volumen dado. Se define como la masa por unidad de volumen de un material. Está dado por;

Propiedades físicas de los materiales de ingeniería

Donde ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen del material. Así la densidad se mide en kg/m3.

Ductilidad

La ductilidad de un material se define como la capacidad del material para convertirse en un alambre delgado. La ductilidad de un material indica el grado en que un material puede soportar la deformación plástica bajo tensión de tracción antes de fallar.

Maleabilidad

La maleabilidad del material es su capacidad para ser golpeado en láminas delgadas mediante martillado, forjado, etc.

Conductividad

La conductividad es una propiedad física importante de un material que muestra la disponibilidad de electrones libres en el material. La conductividad de un material es la capacidad del material para conducir electricidad cuando se le aplica cierto voltaje. Los materiales que tienen electrones libres como los metales son buenos conductores de electricidad en comparación con los aislantes que no tienen electrones libres en la capa exterior de su estructura atómica.

Materiales como el silicio, el germanio, el arseniuro de galio, etc. tienen conductividad entre los conductores y los aislantes. Por lo tanto, estos se conocen como materiales semiconductores y se utilizan para fabricar componentes semiconductores.

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Tenacidad

La tenacidad de un material es su capacidad para resistir una fractura o ruptura en su forma. La tenacidad también se define como la cantidad de energía que un material puede absorber antes de romperse. Es la combinación de resistencia y ductilidad de un material. El diamante es el material más duro conocido en la tierra.


Propiedades físicas de los materiales de ingeniería

Conductividad térmica

La conductividad térmica de un material es una propiedad física que indica su capacidad para transferir calor. La conductividad térmica define la eficiencia con la que un material puede conducir el calor de un punto a otro. Los metales tienen una alta conductividad térmica, mientras que los aislantes son malos conductores térmicos. Por lo tanto, los metales se usan en aplicaciones de transferencia de calor, mientras que los materiales aislantes se usan para aislar un material caliente para que pueda manipularse. También conserva el calor protegiendo el cuerpo caliente.

Índice de refracción

El índice de refracción es la propiedad del material que muestra cómo se propaga la luz a través de un material. Esta propiedad depende de las características del material y no depende del tamaño o cantidad del material. Es una propiedad intensiva porque caracteriza al material en sí y no se ve afectada por el tamaño o la cantidad del material.

Capacidad calorífica específica

El calor específico de un material se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de la unidad de masa del material en 1oC se llama calor específico del material. Se denota por ‘S’.

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Dónde,
m es la masa de material en Kg.
Q es la cantidad de calor que se le da al material en Joule.
Δt es un aumento de la temperatura.

La unidad de calor específico S en el sistema SI es Joule/Kg oC.

Coeficiente de expansión térmica

El coeficiente de expansión térmica muestra la expansión del material con un aumento de la temperatura. Hay tres tipos de coeficientes de expansión térmica. Ellos son-

Coeficiente de expansión lineal

El cambio en la longitud del material con un aumento de la temperatura se denomina coeficiente de expansión lineal. Se denota con la letra “αL

Propiedades físicas de los materiales de ingeniería

La unidad de αL es por oC.

Coeficiente de expansión térmica del área

El cambio en el área de un objeto debido a un cambio en la temperatura se denomina «Coeficiente de expansión térmica del área». Se denota por “αA”.

Propiedades físicas de los materiales de ingeniería

La unidad de αA es por oC.

Coeficiente de Expansión Térmica de Volumen

El cambio en el volumen del material con un cambio en la temperatura se llama coeficiente de expansión térmica volumétrica. Se expresa con la letra “αV

Propiedades físicas de los materiales de ingeniería

La unidad de αV es por oC.

Susceptibilidad magnética

El grado en que un material puede magnetizarse en presencia de un campo magnético externo se denomina susceptibilidad magnética. No depende de la cantidad de material.

Propiedades extensas

Las propiedades extensivas de un material son las propiedades físicas de los materiales que dependen de la cantidad de materia presente en el material. A diferencia de las propiedades intensivas, el tamaño y el volumen del material determinan sus propiedades extensivas. Las siguientes son las propiedades extensivas de un material.

  1. Masa
  2. Longitud
  3. Volumen
  4. Capacidad calorífica
  5. entropía
  6. Carga eléctrica
  7. Impulso
  8. Energía

Ahora discutiremos las extensas propiedades físicas del material en detalle.

Masa

La masa es una propiedad física de un material que se define como la cantidad de materia presente dentro de un material. La masa de material permanece constante en cualquier lugar. La aceleración de la gravedad cambia de un lugar a otro y su producto con la masa nos da la peso del material que es una cantidad variable.


Longitud

La longitud es la medida del tamaño o la extensión del material en una dimensión.

Volumen

El volumen es una propiedad física del material que muestra la cantidad de espacio ocupado por un material en un espacio tridimensional. Es una propiedad extensiva ya que depende de la cantidad de material. Del mismo modo, el largo, el ancho, el área, y altura de un material son sus propiedades extensivas.

Capacidad calorífica

La capacidad calorífica de un material es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura del material en una cierta unidad. Se define como la relación entre el calor absorbido por un material y su cambio de temperatura.

Propiedades físicas de los materiales de ingeniería

La capacidad calorífica se mide en calorías/grado. C.

Propiedades físicas de los materiales de ingeniería

entropía

La entropía es una propiedad física del material. La entropía de un material se define como el desorden o aleatoriedad de su materia. Es la medida de la energía térmica del material por unidad de temperatura que no está disponible para realizar un trabajo útil, ya que cualquier trabajo útil requiere un movimiento molecular ordenado.

Carga eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad física de un material que hace que experimente una fuerza cuando se coloca en un campo electromagnético. La carga eléctrica neta presente en el material dado es su propiedad extensiva ya que depende de la cantidad de sustancia.


Impulso:

El producto de la masa y la velocidad de un objeto se denomina cantidad de movimiento del material. El impulso será mayor si hay más cantidad de material. Por lo tanto, la propiedad física del material, el impulso, depende del tamaño del material.

Energía:

La propiedad del material le permite tener energía en varias formas, como energía térmica, química o mecánica.

Estos son algunos de los importantes propiedades físicas de Ingeniería materialesclasificadas en intensivas y extensivas, que nos ayudan a comparar y elegir una adecuada material que puede dar el resultado deseado en una aplicación.

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