¿Qué son los materiales? Definición, características y propiedades
Tabla de Contenidos
Definición principal
«El término material es muy amplio; puede ser utilizado para una substancia (química), o una mezcla de substancias que constituyen una cosa. A día de hoy existen 300.000 materiales conocidos como diferentes y a medida que los científicos los mezclan, el número puede llegar a ser prácticamente infinito.»
Propiedades de los materiales
13 Propiedades mecánicas
Ejemplo de probador de dureza en diferentes materiales
1 Fuerza
Es la habilidad con la que cuenta un material para evitar doblarse, romperse o modificarse.
2 Dureza
La dureza es la medida encargada de saber cómo de fácil es aplastar o modelar un material.Los materiales duros, a menudo, también son muy frágiles – esto significa que cuentan con una resistencia muy baja al impacto. Materiales duros bien conocidos son el diamante y los aceros con carbono alto. Los métodos utilizados para probar esta dureza son el test Brinell, que utiliza una bola de acero endurecido y produce un número de dureza HB que puede utilizarse para comparar la dureza de materiales.
El test de dureza Vickers utiliza un diamante, mientras que el test Rockwell contiene una bola para materiales más suaves y una pirámide para los más duros.
3 Fragilidad
Esta característica la contiene un material que tiene tendencia a romperse fácilmente. Algunos ejemplos son el hierro fundido, el hormigón, la cerámica, aceros con alto contenido de carbón, y algunos polímeros como la urea formaldehido (UF). Opuesto a la tenacidad.
4 Tenacidad
Se refiere a un material que absorbe el impacto (tanto de fuerzas como de fuertes golpes que suceden de repente) – es opuesto a la fragilidad. El acero o el hierro son materiales considerados como tenaces.
5 Plasticidad
Los materiales que se deforman de manera permanente cuando se les aplican pequeñas fuerzas, muestran gran plasticidad. Un buen ejemplo de material con plasticidad es la plastilina.
6 Elasticidad
La elasticidad es una propiedad mecanica muy comun
Hace referencia a la habilidad de un material para recobrar su forma original después de haber sido doblado o modificado. Buenos ejemplos de materiales con esta característica son el caucho, el acero ligero, y algunos plásticos como el nylon.
7 Rigidez
Es la capacidad para resistir a la flexión o acto de doblar.
8 Maleabilidad
Es la habilidad de deformarse mediante el uso de la fuerza, el enrollado, o cualquier otro método a través del que se aplique presión. Su significado literal se centra en ser fácil de doblar o de aplastar, en una hoja delgada. Algunos ejemplos son el oro, el cobre o el plomo.
9 Ductilidad
La ductilidad de un material se relaciona con su maleabilidad
La habilidad que contiene un material para ser fácilmente deformable, condescendiente, o que puede ser extendido con alambres o hilos. Es decir, es la medida para saber cómo de fácil puede ser trabajar con ese material. Algunos ejemplos son el oro, el cobre, el titanio, el hierro forjado, los aceros con bajo carbono y el latón.
10 Fuerza compresiva
La habilidad para soportar el empuje o fuerzas de aplastamiento (por compresión).
11 Resistencia a la tracción
La habilidad para soportar la tracción o las fuerzas de estiramiento (tensión).
12 Durabilidad
La durabilidad es una propiedad general. Es la habilidad para soportar el desgaste a través del ataque corrosivo, el tiempo, etc.
13 Estabilidad
También es considerada una propiedad general. Es la resistencia a los cambios de forma o tamaño.
6 Propiedades físicas
1 Conductividad térmica
La conductividad termica es na propiedad presentada por algunos materiales metalicos
Se refiere a lo bien que puede transmitir el calor un material. La mayoría de metales son grande conductores de calor, especialmente el cobre y el aluminio. La unida de la conductividad térmica son los Watts por metro Kelvin – W/mK
El cobre es uno de los materiales que mejor conduce la temperatura, mientras que los materiales con poca capacidad conductora se conocen como aislantes.
2 Conductividad eléctrica
Hace referencia a lo bien que un material puede llegar a conducir la electricidad – metales y grafito son ejemplos de buenos conductores. Los aislantes son materiales que no conducen la electricidad, como son los plásticos (polímeros), el caucho (elastómeros) y la cerámica.
Existen tablas de datos que muestran la resistividad de los materiales. La unidad de la resistividad es el ohm metro – los valores muy bajos pertenecen a los conductores, mientras que los valores altos, a los aislantes.
3 Magnética
Algunos metales pueden ser magnéticos (la mayoría de aceros). Generalmente los metales ferrosos son capaces de ser atraídos por un imán – hay algunos materiales cerámicos que cuentan con propiedades magnéticas.
4 Resistencia a la corrosión
El cromato negro es muy resistente a la corrosion
Hace referencia a la capacidad de resistir al decaimiento y ataque del medio ambiente. Por ejemplo, los prácticos han sido desarrollados y modificados para soportar ambientes hostiles, incluso algunos de ellos son resistentes a los efectos de los rayos solares. Un amplio rango de revestimientos y superficies acabadas, han sido diseñadas para fortalecer la apariencia de los materiales y su resistencia a la corrosión.
5 Fusibilidad
La habilidad para cambiar fácilmente a un estado fundido cuando se calienta el material (sin descomposición química). Esto es especialmente importante para que los metales y polímeros sean moldeados, moldeados o soldados.
6 Apariencia y propiedades ópticas
Una medida de la transmisión de la luz – la luz opaca no puede pasar fácilmente, la luz que pasa es difusa, puede ser refractada y el brillo refleja la luz. Los materiales acabados no necesitan más tratamiento que la limpieza o el pulido.
7 Densidad
La densidad es la masa por unidad de volumen. La unidad de la densidad es el Kg por metro cúbico.
Tipos de materiales
Estos son algunos de los materiales más utilizados comúnmente en el campo de la ciencia.
Cerámica
La ceramica es un material facil de moldear
La cerámica es un material no metálico, compuesto de moléculas inorgánicas, normalmente preparado mediante el calentamiento de polvo o lechada. Gran parte de la cerámica común está compuesta de componentes óxidos y nitruros, que son altamente cristalinos con un orden molecular de alto alcance. Algunas cerámicas son amorfas, parcial o completamente, sin un orden molecular alto; estas son clasificadas típicamente como materiales vítreos.
Compuestos
Los compuestos son mezclas de dos o más materiales depositados – pueden ser una mezcla de múltiples materiales, que en combinación ofrecen propiedades superiores que uno de ellos en solitario. Los compuestos estructurales, normalmente, se utilizan en las fibras que incrustadas en el plástico. Estos compuestos ofrecen una fuerza elevada con un peso muy bajo.
Hormigón
El hormigón es un compuesto de cerámica formado por agua, arena, gravilla, piedra aplastada y cemento. Los ingredientes están mezclados a través de toda la forma. El hormigón está completamente seco, y cuenta con una fuerza comprensiva excelente.
Electrónico/Óptico
El hormigon es un elemento utilizado sobre todo en las construcciones
Los materiales electrónico/óptico están adaptados para conducir la electricidad o la luz. Estos materiales pueden ser metales, cerámica o polímeros. Están cuidadosamente formulados para controlar la intensidad, la dispersión y el doblado de electrones o fotones que pasan a través de ellos.
Cristal
El cristal es un material que se puede encontrar en multiples estructuras
Los materiales vidriosos son duros, frágiles y no cristalinos. A menudo, la falta de granos cristalinos da lugar a la transparencia óptica. El cristal que solemos utilizar es una céramica que consiste en una mezcla de silicatos, boratos o fosfatos, formados por fusión de sílice, óxidos de boro o fósforo, que cuentan con un flujo y un estabilizador dentro de una masa que se enfría en una condición rígida sin cristalización.
Metales
Los metales son maleables, ópticamente reflexivos y eléctricamente conductivos. La mayoría de metales y aleaciones están conformadas fácilmente mediante formación. Su unión de electrones disociativa los hace unos excelentes conductores de calor y electricidad. Casi todos los metales cuentan con una disposición ordenada de átomos, dando lugar a una estructura cristalina.
Metamateriales
Un metamaterial está específicamente diseñado para exhibir un comportamiento que solamente puede suceder en determinadas organizaciones y tamaños de materiales. A menudo parece que descomponen las reglas del comportamiento físico. Algunos incluyen materiales con radios negativos de Poisson, interacciones inusuales con la luz o con otras formas de radiación electromagnética, y efecto nanomateriales como la iridiscencia.
Polímeros/plásticos
El plastico es uno de los materiales mas contaminantes que hay en el planeta
Los plásticos/polímeros están formados de millones de uniones repetidos para componer grandes moléculas o redes que están enredadas juntas. Casi todos los polímeros utilizan átomos de carbono en cadenas muy grandes. Los átomos de carbono pueden estar unidos a otros de carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. No tienen por qué estar ordenados correctamente.
Semiconductores
Los semiconductores son un caso especial de material electrónico que combina dos materiales conductivos eléctricamente diferentes, como la cerámica. Un semiconductor también es conocido como unión P-N, donde uno de los materiales permite “perder” electrones para conseguir una estructura ordenada, y el otro permite agujeros que se moverán de la misma forma. Este comportamiento y las interacciones entre las cargas permite que los materiales semiconductores almacenen información binaria.
Madera
La madera es un material que puede ser utilizado en la construccion de estructuras
La madera es un material compuesto, formado por lignina y celulosa. Utiliza una matriz de lignina y las fibras de la celulosa para formar un compuesto de polímero. La madera cuenta con propiedades excelentemente estructurales, teniendo en cuenta su bajo peso y su alta resistencia.
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