PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. C. Ortega

MATERIAS PRIMAS

Son las sustancias que obtenemos directamente de la naturaleza. Pueden ser:

1. Minerales:  arena, granito, mármol, arcilla.
2. Vegetales: madera, algodón, lino, corcho.
3. Animales: lana, seda, cuero, pieles.

MATERIALES

Son las materias primas transformadas mediante procesos físicos y o químicos para que puedan ser utilizadas para la fabricación de objetos.

Los materiales los tenemos disponibles en FORMAS COMERCIALES.

Por ejemplo:

• Madera:  listones, tableros, tablas, perfiles.
• Metales:  Planchas, láminas, pletinas, tubos, barras.

Formas comerciales de madera.

Algunas formas comerciales de los metales

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Son las características de los materiales, que hacen que se comporten de una manera determinada según los estímulos a que se les sometan. 

Las ordenamos en tres tipos:

• Físicas.
• Químicas.
• Ecológicas.

1.- PROPIEDADES FÍSICAS

1.1.-PROPIEDADES FÍSICAS. PROPIEDADES MECÁNICAS

ELASTICIDAD: Es la facilidad que muestra un material para deformarse bajo los efectos de una fuerza y de recuperar su forma cuando la fuerza cesa.

Cuando hablamos en un material elástico lo primero que se nos viene a la cabeza es una gomilla elástica, que es un material superelástico.

Pero ¿sabes que el acero es también elástico? 

PLASTICIDAD: Es la facilidad que muestra un material para deformarse bajo los efectos de una fuerza y de mantener la nueva forma cuando cesa la fuerza.

Por lo general muchos materiales presentan estos dos comportamientos, primero se deforman pudiendo volver a su forma anterior si dejáramos de hacer fuerza, y si continuamos haciendo fuerza quedan con la forma deformada. Si continuamos haciendo más fuerza llegamos a romperlo. Por ejemplo con la varilla del tapón del bolígrafo

RIGIDEZ: Es la propiedad que demuestra un material de no deformarse bajo los efectos de una fuerza.

OJO: contrariamente a lo que puedas suponer para fines resistentes se prefieren los materiales elásticos a los materiales muy rígidos, pues estos últimos según qué condiciones pueden resultar poco resistentes.

El vidrio es un material rígido.....

DUREZA:  Es la facilidad que presenta un material para ser rayado o pinchado por otro.

Hay que tener en cuenta que con demasiada frecuencia se confunde dureza con tenacidad. En muchos casos un material duro es a la vez frágil o poco tenaz.  El vidrio es duro....

Un material poco duro se dice que es BLANDO.

La dureza se mide mediante la escala de Mohs. El material más blando es el talco, y el más duro es el diamante. En la escala de Mohs, el material por encima de otro raya a este. 

Escala de Mohs

La escala de Mohs resulta imprecisa a nivel tecnológico. Por ello se realizan ensayos (pruebas) a los materiales, para determinar su dureza con carácter numérico, no comparativo como en la escala de Mohs.

Se tienen Pruebas de Dureza en las que se mide la huella dejada al rayar o presionar, como:

La Dureza Martens:

Se raya el material con un cono de diamante, se mide el ancho de la huella. Cuanto menos ancha es la hendidura más duro es el material.

La Dureza Brinel:

Se presiona una bola de acero templado duro contra el material un tiempo determinado y dependiendo del tamaño de huella dejada se determina su dureza.

La Dureza Vickers:

Se presiona una pirámide de diamante contra el material y dependiendo del tamaño de huella dejado se determina su dureza.

La Dureza Rockwell:  Se utilizan bolas de acero o un cono de diamante con la punta redondeada según el material.

TENACIDAD: Es la resistencia que demuestra un material a romperse cuando es golpeado.  

Más estrictamente, es la resistencia que opone un material a golpes mediante deformación plástica.

No confundir de aquí en adelante dureza con tenacidad. Cuando queremos decir que algo es resistente diremos que es tenaz, no duro.

1.2.- PROPIEDADES FÍSICAS.  PROPIEDADES TECNOLÓGICAS

DUCTILIDAD:  facilidad que muestra un material para extenderse en forma de hilos o alambres.

El cobre es un metal dúctil.

Las barras de la pistola termoencoladora son de un material muy dúctil en caliente, se forman hilos a la mínima.

MALEABILIDAD:  Facilidad que muestra un material para poder darle forma extendiéndolo en forma de láminas o planchas. 

El oro es un metal muy maleable, es posible darle forma de láminas muy delgadas.

El dorado de los pasos se realiza con estas finísimas láminas de oro. 

COLABILIDAD: Es la capacidad de un material fundido para colarse en un molde y penetrar en todos sus resquicios llenándolo totalmente, para producir objetos completos y sin fallos. Para que un material sea colable debe tener una gran fluidez.

FORJABILIDAD: Facilidad que presenta un material para darle forma a golpes en caliente. El método de dar forma así, se denomina forjado.

FUSIBILIDAD: Propiedad que permite obtener piezas fundidas sanas mediante fusión. 

SOLDABILIDAD:  facilidad que presenta un material para realizar uniones mediante fusión. 

TEMPLABILIDAD: Propiedad que presentan algunos materiales de cambiar su estructura interna frente a cambios bruscos de temperatura.

MAQUINABILIDAD O FACILIDAD DE MECANIZADO: Facilidad que presentan algunos materiales para ser trabajados mediante herramientas cortantes.

1.3 PROPIEDADES FÍSICAS. PROPIEDADES TÉRMICAS

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: Facilidad que muestra un material para conducir el calor.  los metales son buenos conductores del calor, no así la madera o el plástico.

DILATACIÓN TÉRMICA:  Aumento de tamaño que experimentan los materiales al aumentar su temperatura.

Por ello en grandes estructuras como edificaciones y railes de ferrocarril se realizan juntas de dilatación. Si no fuera así el material reventaría por la presión o los railes se curvaría por la misma.

Junta de dilatación en una edificación

Junta de dilatación. Los railes no se tocan.

La dilatación térmica se utiliza en termostatos y en interruptores automáticos como medida de protección.  sabemos que el paso de la corriente eléctrica produce calor  (Efecto Joule), ese calor hace que una lámina de metal se dilate y así, mediante un mecanismo que abre un interruptor, se corta el paso a la corriente eléctrica.

Termostato

Interruptor automático de un cuadro eléctrico.

1.4  PROPIEDADES FÍSICAS. PROPIEDADES ÓPTICAS

GRADO DE TRANSPARENCIA

Según atraviese la luz un material o no tenemos:

• Materiales Transparentes:  La luz los atraviesa y se puede ver a través de ellos.
• Materiales Translúcidos: la luz los atraviesa pero no se puede ver con nitidez a través de ellos.
• Materiales Opacos:  La luz no los atraviesa ni puede versa a través de ellos.

REFLEXIÓN: Ocurre cuando la superficie del material refleja la luz como lo hace un espejo.

REFRINGENCIA: Capacidad de un material, por lo general transparente, para generar refracción de la luz.  Refracción de la luz es el cambio de dirección que experimentan los rayos de luz a atravesar un material. Gracias a la refracción utilizamos gafas para poder corregir defectos ópticos.

Debido a la refacción, vemos desde la orilla un pez más arriba de donde está.

1.5 PROPIEDADES FÍSICAS. PROPIEDADES ACÚSTICAS

CONDUCTIVIDAD ACÚSTICA: Capacidad de un material para conducir el sonido.

Los materiales pueden ser conductores o aislantes del sonido.

El aire es un conductor del sonido. Las vibraciones de la campanilla originan unas variaciones en la presión del aire que se transmiten por el mismo hasta que nuestro oído las capta.

Además de conducir o no el sonido los materiales también pueden:

• Reflejar el sonido.

• Absorber el sonido.

Cuando se produce la reflexión del sonido tenemos el efecto de eco o reverberación.

Efecto ECO

En una habitación vacía percibimos el efecto de reverberación. Nos llegan ecos en instantes de tiempo distintos.

Efecto de REVERBERACIÓN

Material absorbente del sonido

1.6 PROPIEDADES FÍSICAS. PROPIEDADES ELÉCTRICAS.

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA: capacidad de un material para dejar pasar, a través de él una corriente eléctrica.  (corriente de electrones)

Según la conductividad eléctrica de los materiales, estos se clasifican en:

CONDUCTORES ELÉCTRICOS: Permiten el paso de la corriente eléctrica. Los metales son buenos conductores.

Hay un tipo de conductores que se denominan SUPERCONDUCTORES, permiten el paso de la corriente eléctrica sin casi ninguna pérdida de energía. Se resistencia eléctrica es cero y presentan levitación magnética.

Material superconductor.

El tren de levitación magnética, utiliza superconductores, no toca las vías. Puede circular a más de 550 Km/h

AISLANTES ELÉCTRICOS: No permiten el paso de la corriente eléctrica. Los plásticos son buenos aislantes.

Los cables eléctricos son de cobre, aislados por plástico.

SEMICONDUCTORES: Según las condiciones a las que se les someta se comportan como conductores o aislantes. Los dispositivos electrónicos como teléfonos móviles, ordenadores, televisiones, etc, contienen chips que se fabrican con semiconductores.

Dispositivos electrónicos

Chip electrónico.

1.7 PROPIEDADES FÍSICAS. PROPIEDADES MAGNÉTICAS.

El magnetismo se pone de manifiesto cuando ciertos materiales ejercen fuerzas de atracción y repulsión sobre otros. Estos materiales se denominan imanes. Crean lo que se llama un campo magnético, que es la zona del espacio donde se nota su presencia.

Campo magnético de un imán permanente.

En la naturaleza el mineral de magnetita es un imán natural.

Los imanes suelen ser:

Imanes cerámicos o FERRITAS

Imanes de NEODIMIO

Los imanes de Neodimio crean un campo magnético muy fuerte.

Podemos fabricar un imán artificial si hacemos un electroimán. Si enrollamos cientos de vueltas de cable de cobre barnizado (aislado) sobre una pieza de hierro o acero y conectamos los extremos del cable lijados a los terminales de una pila.

¡TE ATREVES A HACER UNO?

Material necesario:

• Tornillo Métrico 8  ( 8 mm de diámetro) de 70 u 80 milímetros de longitud.
• Tuerca métrica de 8.
• Cable de cobre barnizado, de un motor viejo.
• Pila de 4,5 V (petaca) , o la fuente de alimentación del taller.
• Lima.

Importante: Cuantas más vueltas (espiras) mejor, más fuerte será el electroimán, y no descargarás la pila en segundos. Procurar enrollar las espiras de manera ordenada.

En relación al magnetismo los materiales pueden ser:

• Magnéticos: son afectados por imanes.
• No magnéticos: No son afectados  por los imanes. Ejemplo, la madera o el plástico.

Los materiales que son atraídos por los imanes se denominan materiales ferromagnéticos.

Las puntillas, de acero, son ferromagnéticas.

El hierro puro es ferromagnético en presencia del imán permanente, cuando éste está cerca se convierte en otro imán y se atraen. Cuando el imán se aleja, el hierro deja de ser un imán. Presenta imantación no permanente.

El acero (hierro+carbono) también es ferromagnético,  cuando se le acerca un imán permanente, se convierte en otro imán, pero queda imantado de manera permanente.

Destornillador imantado.

2) PROPIEDADES QUÍMICAS.

RESISTENCIA A OXIDACIÓN:

La oxidación se produce cuando un material en su capa externa reacciona con el oxígeno del aire o del agua, formándose una capa de óxido del material. Pueden darse dos casos:

• La capa de óxido es permeable al oxígeno:  En este caso, al poder entrar el oxígeno la oxidación sigue penetrando en el material, el óxido se desprende y el material termina por descomponerse. Es el caso del hierro y el acero. Deben de protegerse con pinturas o baños de otros metales.
• La capa de óxido es impermeable al oxígeno:  En este caso la capa de óxido externa se convierte en una capa de protección contra la oxidación.  Es el caso del Aluminio, Cinc o Estaño. En este caso tenemos materiales resistentes a oxidación.

Una manera muy común de proteger el acero contra la oxidación es mediante el galvanizado. Se le recubre, mediante electrólisis, de una capa de Cinc.

Cubo de acero galvanizado

3) PROPIEDADES ECOLÓGICAS.

El impacto del uso de los distintos materiales tecnológicos sobre el medio ambiente es muy importante, por ello se definen propiedades ecológicas. Según éstas los materiales pueden ser:

MATERIALES REUTILIZABLES.
Los materiales se pueden volver a utilizar para el mismo uso.

Botella reutilizable

MATERIALES RECICLABLES
Son materiales que pueden ser utilizados para fabricar otro igual o diferente.

Símbolo de material reciclable.

MATERIALES BIODEGRADABLES
Son materiales que se descomponen fácilmente en la naturaleza, no dando como resultado residuos nocivos.

Símbolo de material biodegradable. 

Bolsa biodegradable. Fabricada a partir de almidón de patata.

MATERIALES TÓXICOS

Son materiales que resultan nocivos (perjudiciales) para el medio ambiente y la vida de animales y plantas. Pueden producir contaminación de tipo:

• Química: Son venenosos.
• Biológica: Producen enfermedades.
• Radioactiva. Emiten radiaciones perjudiciales (radioactividad).

No pueden verterse al medio ambiente.

Material tóxico. Venenoso

Peligro Biológico. Enfermedades

Material Radioactivo.

¿SABÍAS QUE? LAS PILAS SON MUY TÓXICAS, EN ESPECIAL LAS ALCALINAS, Y MUCHO MÁS LAS PILAS DE TIPO BOTÓN.


Una pila alcalina puede contaminar miles de litros de agua.

Las pilas contienen manganeso, cinc, cadmio y mercurio.Estos elementos son muy dañinos para la salud. Al descomponerse la pila se filtran al suelo y contaminan el agua que allí se encuentra.

Esta contaminación puede originar problemas en los riñones, daños al sistema nervioso central, cáncer e incluso la muerte dependiendo de la cantidad ingerida.