Les propietats físiques dels materials són característiques que defineixen com aquests responen davant l'acció de forces, temperatures, camps elèctrics o magnètics i altres condicions externes, sense modificar-ne la composició química.
El coneixement de les propietats físiques dels materials ens permet seleccionar els materials adequats per a diferents aplicacions industrials i científiques.
Classificació de les propietats físiques dels materials
Les propietats físiques es poden classificar en:
- Propietats mecàniques
- Propietats tèrmiques
- Propietats òptiques
- Propietats elèctriques
- Propietats magnètiques
- Propietats acústiques
1. Propietats mecàniques
Les propietats mecàniques descriuen el comportament dels materials sota forces o tensions i són crítiques per a lenginyeria estructural i el disseny de productes.
- Densitat La densitat és la massa per unitat de volum d'un material. Afecta la capacitat dels materials per surar, la seva resistència i el seu ús en aplicacions en què el pes és crític. Els materials amb baixa densitat, com l'alumini, són ideals per a aplicacions on es busca reduir el pes, com a la indústria aeroespacial.
- Resistència a la tracció És la capacitat d'un material per resistir forces que tendeixen a estirar-lo. Els materials amb alta resistència a la tracció, com l'acer, són usats en aplicacions estructurals.
- Elasticitat : Es refereix a la capacitat d'un material per tornar a la forma original després de ser deformat. L'elasticitat es mesura amb el mòdul de Young, que indica la relació entre la tensió i la deformació al rang elàstic d'un material.
- Mòdul de Young : És un paràmetre que mesura la rigidesa d'un material en resposta a una tensió aplicada. Com més gran és el valor del mòdul de Young, més rígid és el material. És important en la selecció de materials per a estructures que han de suportar forces sense deformar-se.
- Límit elàstic : És la màxima tensió que un material pot suportar sense patir deformacions permanents. Després de superar el límit elàstic, el material no torna a la seva forma original, cosa que és crucial per garantir la durabilitat d'una estructura o component.
- Ductilitat : És la capacitat d'un material per deformar-se plàsticament abans de trencar-se. Els materials dúctils, com el coure, es poden estirar en filferros sense fracturar-se.
- Fragilitat : Es refereix a la facilitat amb què un material es fractura sense deformar-se plàsticament. Els materials fràgils, com el vidre, es trenquen de manera brusca sota tensió.
- Viscositat Encara que s'associa més comunament amb líquids, alguns materials sòlids també poden mostrar característiques viscoses. La viscositat és la resistència interna dun material al flux sota deformació. Als fluids, com l'oli o la mel, la viscositat determina la facilitat amb què el material flueix sota una força aplicada.
- Duresa : És la resistència d'un material a ser ratllat o perforat. Es mesura mitjançant diferents escales, com Mohs o Rockwell, i és important en aplicacions on el material estarà en contacte amb superfícies abrasives o subjectes a desgast.
- Fatiga : És la capacitat d'un material per resistir fallades sota càrregues cícliques. Els materials sotmesos a fatiga poden fallar fins i tot si les tensions aplicades estan per sota de la resistència a la tracció.
2. Propietats tèrmiques
Les propietats tèrmiques descriuen com els materials responen als canvis de temperatura i com transfereixen o emmagatzemen calor.
- Coeficient de dilatació tèrmica : És la mesura del canvi en les dimensions d'un material quan s'escalfa o es refreda. Els materials amb un alt coeficient de dilatació, com els plàstics, s'expandeixen o contrauen més significativament amb els canvis de temperatura. Això és fonamental en el disseny d‟estructures que operen sota condicions de temperatura variable.
- Conductivitat tèrmica : És la capacitat d'un material per conduir calor. Els materials amb alta conductivitat tèrmica, com el coure, són bons conductors i s'utilitzen en aplicacions que requereixen dissipació de calor, com ara radiadors i dispositius electrònics.
- Capacitat calorífica : És la quantitat de calor que un material pot emmagatzemar o alliberar. És important en aplicacions on el control de temperatura és crucial, com ara els intercanviadors de calor.
- Resistència tèrmica : És la capacitat d'un material per resistir la degradació sota temperatures elevades. Els materials amb alta resistència tèrmica, com les ceràmiques, es fan servir en entorns d'altes temperatures, com els motors i forns industrials.
3. Propietats òptiques
Les propietats òptiques descriuen com els materials interactuen amb la llum.
- Transparència i opacitat : Els materials transparents permeten que la llum passi a través d'ells sense dispersar-se, mentre que els opacs bloquegen la llum. Aquests són factors crítics en aplicacions com ara lents, finestres i pantalles.
- Índex de refracció : Descriu com la llum es desvia quan entra en un material. Un major índex de refracció significa una desviació més gran de la llum, la qual cosa és clau en el disseny de lents i altres dispositius òptics.
- Reflexió i absorció : Els materials poden reflectir o absorbir llum, depenent de la composició i l'acabat superficial. Els materials reflectors s'utilitzen en miralls, mentre que els materials absorbents, com el negre mat, absorbeixen llum i calor.
4. Propietats elèctriques
Les propietats elèctriques són fonamentals en la selecció de materials per a aplicacions electròniques i de telecomunicacions.
- Conductivitat elèctrica : És la capacitat d'un material per permetre el pas de corrent elèctric. Els conductors, com el coure, tenen alta conductivitat, mentre que els aïllants, com el vidre, tenen baixa conductivitat i es fan servir per prevenir la transmissió d'electricitat.
- Resistivitat : És l'oposició al flux de corrent elèctric. Un material amb alta resistivitat, com el cautxú, és un bon aïllant, mentre que un amb baixa resistivitat és un bon conductor.
5. Propietats magnètiques
Les propietats magnètiques descriuen com un material interactua amb camps magnètics, essencials per a aplicacions com motors, generadors i dispositius demmagatzematge de dades.
- Permeabilitat magnètica : És la mesura de la capacitat d'un material per conduir línies de camp magnètic. Materials com el ferro tenen alta permeabilitat i són útils per a aplicacions com a transformadors i nuclis de motors.
- Susceptibilitat magnètica : Determina com un material es magnetitza sota un camp magnètic aplicat. Els materials ferromagnètics, com el ferro, es poden magnetitzar de forma permanent, mentre que els paramagnètics es magnetitzen temporalment.
6. Propietats acústiques
Les propietats acústiques descriuen la resposta dun material al so, essencial en aplicacions com la insonorització i el control de soroll.
- Velocitat del so La rapidesa amb què el so es propaga a través d'un material depèn de la seva densitat i elasticitat.
- Absorció acústica : La capacitat d'un material per dissipar l'energia sonora en forma de calor. S'utilitza en aplicacions com a panells acústics per reduir la reverberació en espais tancats.
- Aïllament acústic : La capacitat d'un material per bloquejar el pas del so, important en la construcció de barreres acústiques.