2.1. Propiedades físico
químicas
Son las que nos informan sobre el comportamiento del material ante diferentes acciones externas, como el calentamiento, las deformaciones o el ataque de productos químicos.
Estas propiedades son debidas a la estructura microscópica del material; es la configuración electrónica de un átomo la que determina los tipos de enlaces atómicos y son éstos los que contribuyen a forjar las propiedades de cada material|
Calor específico |
Es la cantidad de energía necesaria para aumentar 1ºC la
temperatura de un cuerpo.
Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia
para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor.
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Imagen de: Isftic. Creative Commons. |
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Conductividad eléctrica |
Es la capacidad de un cuerpo
de permitir el paso de la corriente eléctrica a su través.
Según esta propiedad los
materiales pueden ser conductores (cobre, aluminio), aislantes (mica,
papel) o semiconductores (silicio, germanio).
El ejemplo de la tijera de
electricista es muy representativo. Utiliza un material conductor para lo que
es la tijera, debido a sus propiedades de resistencia mecánica, pero un
material aislante en la zona donde las agarramos, para evitar problemas de
descargas eléctricas cuando las utilizamos.
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Conductividad térmica |
Es la capacidad de un cuerpo de permitir
el paso del calor a su través.
El material del que están
hechas las sartenes, ollas..., debe ser conductor térmico, para que transmita
el calor desde el fuego hasta los alimentos.
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Magnetismo |
Según el comportamiento ante los campos magnéticos, los materiales
pueden ser:
- diamagnéticos (oro,
cobre), cuando se oponen a un campo magnético aplicado, de modo que en su
interior se debilita el campo
- paramagnéticos (aluminio,
platino) cuando el campo magnético en su interior es algo mayor que el
aplicado
ferromagnéticos (hierro, níquel) cuando el campo se ve reforzado en el interior de los materiales. Estos materiales se emplean como núcleos magnéticos en transformadores y bobinas en circuitos eléctricos y electrónicos
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Ópticas |
Son las que determinan la ap titud de un
material ante el paso de la luz a su través.
Un material puede ser transparente,
(vidrio, celofán) cuando permite ver claramente objetos situados tras él, traslúcido (alabastro,
mármol) cuando deja pasar la luz pero no permite ver nítidamente a su través
y opaco (madera,cartón) cuando impide que la luz lo atraviese.
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Peso específico |
Es la relación entre la masa y el volumen de un material, y se
conoce con el nombre de densidad.
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DENSIDAD DE ALGUNOS MATERIALES (kg/m3) |
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Madera de abeto |
430 |
Aluminio |
2.680 |
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Aceite de oliva |
915 |
Titanio |
4.450 |
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Agua destilada |
1.000 |
Acero fundido |
7.880 |
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Ácido sulfúrico |
1.848 |
Cobre |
8.900 |
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Magnesio |
1.740 |
Plomo |
11.340 |
¿Qué pesa más, un kilo de hierro o un kilo de paja?
¿Cuántas veces nos han hecho esta pregunta?
¿Y cuántas veces nos hemos equivocado?
Todos sabemos que pesan igual, pero...
Lo que sucede es que tienen un peso específico muy diferente (la misma masa ocupa volúmenes muy distintos), y si contestamos sin pensar...podemos llegar a decirlo mal.
Un determinado material cuyo volumen es 1.84 dm3 presenta una masa de 4,93 kg, ¿Cuál es su densidad? ¿De qué material se trata
RECUERDA: la densidad se define como la relación existente entre masa y volumen
Calculamos la densidad utilizando su ecuación
En primer lugar pasamos los dm3 a m3
1,84 dm3 :1000 = 0,00184 m3
Con este resultado vamos a la tabla en la que se nos muestran las densidades de distintos materiales y observamos que coincide con la del aluminio. Por lo tanto se trata de aluminio.
Un cubo de 50 mm de lado tiene una masa de 1.35 kg y otro de 60 mm de 1.43 kg. Si ambos se sumergiesen en agua simultáneamente, ¿cuál de los dos se hundiría más rápidamente?
Se hundirá más rápidamente el que tenga más densidad.
Tendremos que calcular la densidad de cada uno para compararlas. ¡¡Mucho ojo con el cambio de unidades!! (recuerda que en volumen cada paso de la escala va de 1000 en 1000)
En este caso tampoco nos dan el volumen, así que deberemos calcularlo considerando que lo que tenemos son cubos, y que su volumen es el lado al cubo.
Obtenemos que el primer cubo tiene una densidad de 10.800 kg/m3 y el segundo de 6.620 kg/m3, por lo que se hundirá antes el primero.
| Dilatación térmica |
Es la variación de dimensiones que sufren los materiales cuando se modifica su temperatura.
Esta variación viene dada por la expresión:
Donde Li es la longitud inicial, k el coeficiente de dilatación lineal (depende de cada material) y ΔT es el incremento de temperatura.
En la siguiente tabla tienes los coeficientes de dilatación de materiales usuales.
| COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL (ºC-1) | |||
| Vidrio | 8.4 10-6 | Madera | 3.9 10-6 |
| Acero | 1.2 10-5 | Fundición | 1.3 10-5 |
| Cobre | 1.7 10-5 | Zinc | 3.1 10-5 |
Te imaginas que pasaría si, cuando hiciera mucho calor, las vías del tren se dilataran?
Pues si, como hemos visto, con el calor las vías aumentarían su longitud, con lo que se "abombarían", y el tren...
Para evitar este problema se ponen unas juntas de dilatación (espacios sin material), que se "rellenan" cuando el material se dilata, con lo que las vías no sufren ninguna deformación.
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Esta misma solución se adopta en los puentes. Todos, cuando vamos en coche y pasamos por un puente, nos hemos dado cuenta de que hay unos pequeños baches que cruzan la calzada. Ahí están "escondidas" las juntas de dilatación.
El agua, en lo que a la dilatación se refiere, no sigue la conducta de los demás cuerpos. En este enlace tienes una pequeña explicación de cuál es el motivo y de por qué es providencial para la vida marina en las zonas árticas.
AYUDA: La distancia mínima a que deben colocarse dos raíles es justo la longitud que la fundición se puede dilatar en verano.
Utilizaremos la expresión de
El valor de k lo buscaremos en la tabla que tenemos más arriba. Como el material es fundición, el coeficiente de dilatación será de 1.3 10-5 ºC-1.
Sustituyendo en la fórmula
Luego la separación mínima será de aproximadamente 20 mm.
En una línea de distribución eléctrica la longitud del cable de cobre entre dos apoyos es de 112 m. Si la temperatura ambiente es de 13ºC, ¿Cuál es la máxima temperatura que puede alcanzar, si no debe incrementar su longitud más de 30 mm?
Deberemos calcular el incremento de temperatura permitido, para lo que aplicaremos la expresión de la dilatación
aunque antes tendremos que buscar en nuestra tabla el coeficiente de dilatación del cobre.
Calculamos (cuidando con las unidades) que el incremento de temperatura máximo es de 15,75ºC.
Como la temperatura ambiente es de 13ºC, la máxima temperatura que se puede alcanzar es de (13 ºC + 15,75 º C = 28,75ºC)
La temperatura máxima que debe alcanzar es 28,75ºC.
| Punto de congelación |
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| Imagen de: Isftic. Creative Commons. |
Es la temperatura a la cual un líquido se transforma en sólido.
El agua, por ejemplo, tiene su punto de congelación, como todos sabemos, en 0ºC.
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| Imagen de: Isftic. Creative Commons |
| Punto de ebullición |
Es la temperatura a la cual un líquido se transforma en gas.
| Punto de fusión |
Es la temperatura a la cual un cuerpo en estado sólido se transforma en líquido.
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| Imagen de: Galería de Office. Creative Commons |
| TEMPERATURA DE FUSIÓN (ºC) | |||
| Fósforo | 44 | Vidrio | 450 |
| Azufre | 111 | Aluminio | 660 |
| Estaño | 231 | Cobre | 1083 |
| Plomo | 327 | Hierro | 1539 |
| Zinc | 419 | Titanio | 1800 |
| Resistencia a la corrosión |
| Resistencia a la oxidación |
La oxidación es la capacidad de los materiales a ceder electrones ante el oxígeno de la atmósfera.
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