Estructura atómica y propiedades de la materia

Nombre: Andrés Silva Flores

Escuela Superior Politécnica De

ChimborazoFacultad MecánicaEscuela Ingeniería

Industrial

Introducción Las Propiedades Y Comportamiento De Los

Materiales Dependen,• Constitución • Estructura

Partículas ElementalesSon aquellas que constituyen los átomos.

• Electrón (Posee carga negativa)

• Protón (Posee Carga positiva)

• Neutrón (No posee carga)La unión de estas partículas fundamentales forman los átomos la unión de estos forman moléculas, y por síntesis, generalmente, podremos obtener las distintas formas de la materia

Las Características Fundamentales De Las Partículas

Atómicas

• MASA

• CARGA ELÉCTRICA

• VIDA MEDIA

El Átomo Desde el punto de vista de los materiales es suficiente considerar el átomo como una    estructura eléctrica formada por la agrupación de partículas elementales.

• El núcleo, de carga positiva Y con toda la masa atómica concentrada en él.

• La Corteza, Constituida Por Electrones, Que Consideramos Exenta De Masa.

Respecto a la composición del núcleo, los átomos se denominan

• ISÓTOPOS

• ISÓTONOS

• ISÓBAROS

Cualquiera que sea la naturaleza del enlace, entre los átomos contiguos se desarrollan dos tipos de fuerzas

AtractivasRepulsivasEn ambos casos, el efecto de las fuerzas de origen magnético es muy débil

Fuerzas y energías de interacción entre átomos

Clasificación de los elementos

• Metales

• Metaloides

• No metales

Tipos de enlaces atómicos y moleculares.

• Enlace iónico

• Enlace covalente

• Enlace metálico

Estructura cristalinaLa estructura física de los sólidos es consecuencia de la disposición de los átomos, moléculas e iones en el espacio, así como de las fuerzas de interconexión entre los mismos.

Retículo espacial

Estructuras cristalinas de los metales

CÚBICA CENTRADA EN LAS CARAS (FCC)

Cúbica centrada en el cuerpo (BCC).

HEXAGONAL COMPACTA (HC)

MECANISMOS DE CRISTALIZACIÓN

FORMACIÓN DE NÚCLEOSCRECIMIENTO DE CRISTALES

Polimorfismo y alotropíaPropiedad de un material que puede tener mas de una

estructura cristalina

División básica de los materiales de ingeniería

MetalesCerámicosPlásticos

BIBLIOGRAFÍAHTTPS://

REDACCIONMIGUELTURRA.FILES.WORDPRESS.COM/2009/12/ESTRUCTURA-ATOMICA-Y-CRISTALINA.PDF

Nombre: Andrés Silva Flores

Escuela Superior Politécnica De

ChimborazoFacultad MecánicaEscuela Ingeniería

Industrial

Materiales

Materiales

Materiales Metálicos

Aleaciones Ferrosas

Aleaciones no ferrosas

Materiales No Metálicos

Plásticos

Cerámicos

Materiales compuestos

Los materiales de uso corriente en Ingeniería se pueden clasificar en dos grandes grupos, a saber:

Materiales MetálicosAleaciones Ferrosas Aleaciones No Ferrosas

• El mas usado es el aluminio Y aleaciones que forma los siguientes elementos Cu, Mg Ni, Zn etc.

BUENA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN DEBIDA A LA FORMACIÓN DE UNA CAPA PROTECTORA

LIGERO CON UNA DENSIDAD DE 2.7 G/CM3 FÁCIL DE RECICLAR (PRINCIPALMENTE EL ALUMINIO

PURO) BUENA RELACIÓN RESISTENCIA/PESO

• Aceros Y Fundiciones De HierroGran resistencia a la tención Posee gran dureza

Aleaciones FerrosasAl

eacio

nes

Ferro

sas Aceros

Aceros simples Aceros bajo en carbono

Aceros de medio carbono

Aceros alto en carbono

Aceros aleados

Aceros alta aleación

Fundiciones de hierro Ojo!... Cada una de estas

combinaciones tiene características propias para para emplear en diferentes campos

Materiales No Metálicos PLÁSTICOSCERÁMICOS MATERIALES COMPUESTOS

PlásticosDE LOS PLÁSTICOS SE APROVECHAN LAS

SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS

• SON LIGEROS

• BARATOS

• NO SE CORROEN

• SE LES PUEDE DAR FORMA FÁCILMENTE

• BUENOS AISLANTES TÉRMICOS Y ELÉCTRICOS

• SON RELATIVAMENTE FÁCILES DE RECICLAR

CerámicosDE LOS CERÁMICOS SE APROVECHAN LAS

SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS

• Poseen una alta dureza

• resistentes a temperaturas elevadas

• Aislantes térmicos y eléctricos

• Son resistentes a la corrosión sin embargo, son frágiles, son poco resistentes al choque

• Son todavía muy caros.

Materiales Compuestos

En términos generales, un material compuesto es aquel que está hecho de dos o mas elementos que le otorgan ciertas propiedades en combinación que no son posibles en ninguno separadamente.

A. Plásticos reforzados con fibras de carbono (CFPR)

B. Plásticos reforzados con fibras Aramid (AFRP)

C. Plásticos reforzados con fibras de vidrio.

Nombre: Andrés Silva Flores

Escuela Superior Politécnica De

ChimborazoFacultad MecánicaEscuela Ingeniería

Industrial

Propiedades De Los Materiales

1.Propiedades mecánicas 2.Propiedades

tecnológicas 3.Propiedades ópticas 4.Propiedades químicas

5.Propiedades magnéticas

6.Propiedades eléctricas 7.Propiedades térmicas 8.Propiedades físicas

1. PROPIEDADES MECÁNICASPOSEE CATORCE PROPIEDADES MECÁNICAS QUE LAS SEÑALAREMOS UNA POR UNA

Resistencia Mecánica

Es la capacidad de soportar esfuerzos antes de la fractura.

• Esfuerzos de tracción

• Esfuerzos de compresión

• Esfuerzos de torsión (corte)

• Esfuerzos mixtos

• ESFUERZOS DE TRACCIÓN

En tracción se tiene 3 tipos de prueba uní axial biaxial y triaxial el uní axial es el mas común.

El esfuerzo de tensión es la fuerza por unidad de área transversal y se expresa en kg/cm^2

Como efecto se tiene una deformación o estiramiento que se cataloga con la medición de las longitudes antes y después de la prueba

DurezaEs la resistencia que pone un material a la penetración de una punta

• MEDICIÓN DE LA

DUREZA

Para medir la dureza de la materia se utiliza la escala Mohs, escala de 1 a 10 correspondiendo la dureza 10 al material mas duro

DuctilidadEs la capacidad de un metal para estirarse sin fallar y formar alambres.

Es la propiedad que permite estirase o cambiar de forma de algún otro modo sin romperse, retener la forma después que se a eliminado la carda

MaleabilidadEs la capacidad de un metal para deformarse sin romperse y formar laminas, al someter a un esfuerzo de comprensión

FragilidadEs la propiedad contraria a la ductilidad. Los metales frágiles son materiales que fallan sin deformación permanente apreciable

• Baja resistencia al choque

• Baja resistencias al impacto

ElasticidadEs la propiedad de un material de deformarse bajo la acción de una fuerza y volver a su forma original cuando desaparece la fuerza

• LIMITE ELÁSTICO

Es la fuerza que opone un metal sin deformarse, si lo sometemos a una fuerza mayor, sufrirá un deformación permanente

PlasticidadEs la propiedad de un material que queda deformado después de haber actuado sobre el una fuerza, o sea que no vuelve a su forma original al desaparecer la fuerza

TenacidadEs la energía que es capaz de absorber un material hasta ocasionar su ruptura en la tracción, luego esta se mide por el área bajo la curva.

Es la propiedad inversa de la fragilidad. Los materiales tenaces presentan deformaciones plásticas bajo la acción de la fuerza antes de llegar a romperse

Resistencia al Impacto

Es la capacidad de un metal a soportar cargas eléctricas o dinámicas, sin fallar a bajas temperaturas

Tamaño de grano

La solidificación de casi todos los metales de interés industrial, se inicia a partir de numerosos puntos de masa metálica denominados centros o núcleos de solidificación, que muchas veces son partículas de impureza.

• SOLIDIFICACIÓN

Partiendo de los núcleos, crece la cristalización, primero se forma un eje principal, y después, en ángulo recto, ejes secundarios, y de estos ejes terciarios así, sucesivamente van creciendo.

La cristalización se detiene cunado las dendritas encuentran los cristales de núcleos de cristalización vecinos .

• SOLIDIFICACIÓN

Los granos, según su tamaño y proceso de formación dan al metal características muy distintas.

Los granos son de forma irregular y su tamaño, oscila ente 0.02 y 0.2 mm

Cuanto mayor es el grano de que esta constituido un metal, sus propiedades mecánicas disminuyen notablemente.

AlargamientoEs el resultado de la deformación permanente que sufre un metal al someterse a un esfuerzo de tiro hasta romperse

Para determinar esta propiedad es necesario efectuar una prueba de tensión

2. PROPIEDADES TECNOLÓGICASLAS PROPIEDADES DE MANIFACTURA Y TECNOLÓGICAS SON AQUELLAS QUE DEFINE EL COMPORTAMIENTO DE UN MATERIAL FRENTE A DIVERSOS MÉTODOS DE TRABAJO Y A DETERMINADAS APLICACIONES

ColabilidadSe determina colables los materiales que funde y pueden colocarse en moldes a temperaturas rentables, por ejemplo:

Fundición gris, plomo, estaño y aleaciones de cobre

Maquinabilidad

Se dice que son mecanizables por corte o arranque de viruta

SoldabilidadSoldables son los materiales en los, por unión de las sustancias respectivas (soldadura por fusión o por presión) pueden conseguir una cohesión local.

ForjabilidadForjables son aquellos materiales en los cuales por intermedio del calor o temperatura se dan varias formas a los mismos.

3. PROPIEDADES QUÍMICASNOS REFERIMOS A DOS CONCEPTOS BÁSICOS: LA REACTIVIDAD DE LOS MATERIALES, ES DECIR, COMO SE AFECTA UN MATERIAL ANTE LA PRESENCIA DE OTRO EN CONDICIONES DE PRESIÓN VOLUMEN Y TEMPERATURA ESPECÍFICAS; Y LA ESTABILIDAD DE LOS MATERIALES, DONDE SE MIDE QUE TANTO TIEMPO UN MATERIAL SE MANTIENE SIN SUFRIR CAMBIO ESTRUCTURAL ALGUNO.

Resistencia a la corrosión

Es aquella propiedad que posee ciertos materiales de resistir a trabajos expuestos a medios altamente corrosivos

ToxicidadEs aquella propiedad que se manifiesta en aquellas industrias que emanan agentes tóxicos.

VolatilidadEs aquella propiedad que tiene ciertos líquidos de ser muy explosivos fácilmente

4. PROPIEDADES ÓPTICASPOR PROPIEDADES ÓPTICAS QUEREMOS DECIR AQUELLAS PROPIEDADES QUE REGULAN LA EMISIÓN, ABSORCIÓN, TRANSMISIÓN, REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE LA LUZ

Emisión Hay dos tipos principales de luz emitida.

Aquella que tiene un espectro continuo como la luz blanca y la luz restringida.

AbsorciónEs importante distinguir entre el color producido por la emisión y el color producido por la absorción.

ReflexiónLa reflexión puede ser un fenómeno aparentemente sencillo o complejo.En caso sencillo simplemente hacemos brillar un rato de luz blanca en la superficie y recibimos un haz reflejado de casi la misma intensidad y espectro

TransmisiónEs la propiedad de algunos materiales de dejar pasar la luz a través de ellosEjemplo: El silicio y el germanio son transparentes a la luz infrarroja

RefracciónLa refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro.

La velocidad de la luz es menor en el agua.

5. PROPIEDADES TÉRMICASCUANDO SE CALIENTA UN SOLIDO SE PRESENTAN TRES EFECTOS IMPORTANTES PARA LA INGENIERÍA. EL SOLIDO POR SI MISMO ABSORBE EL CALOR, LO TRASMITE Y SE EXPANDE.

• EL PRIMER EFECTO

Se lo describe por la capacidad calorífica que es la energía requerida para elevar la temperatura de un mol de sólido 1 expresado en unidades de

• EL SEGUNDO EFECTO

Se define como la conductividad térmica o energía (calorías) que fluyen por segundo de una cara a otra de un cubo de dimensiones 1 cm con una diferencia de temperatura de 1 entre las caras o sea

• EL TERCER EFECTO

Es el cambio de longitud por unidad de la longitud por unidad de longitud por o sea o simplemente

Punto de fusión

Es la temperatura a la que el cuerpo solido se convierte en liquido

Punto de ebullición

Es la temperatura a la que un cuerpo liquido se convierte en gas

Punto de ebullición

Es la temperatura a la que un cuerpo liquido se convierte en gas

Dilatación térmica

Es el incremento de volumen al aumentar la temperatura. En los cuerpos solidos también se suele emplear también el coeficiente de dilatación lineal

Capacidad calorífica

Es la cantidad de calor necesario para calentar un material . Si se refiere a la unidad de masa se denomina calor especifico

Dilatación por el calor

Al aumentar la temperatura los cuerpos se dilatan en todas direcciones y adquiere un volumen mayor

Temperatura de fusión Temperatura de solidificación

La temperatura de fusión y solidificación son iguales

6. PROPIEDADES FÍSICASSON OBSERVADOS O MEDIDAS, SIN REQUERIR NINGÚN CONOCIMIENTO DE LA REACTIVIDAD O COMPORTAMIENTO QUÍMICO DE LA SUSTANCIA

DensidadLa densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado; es la cantidad de masa por unidad de volumen.

7. PROPIEDADES ELÉCTRICASLA CAPACIDAD DE LOS MATERIALES PARA CONDUCIR LA ELECTRICIDAD DEPENDE DE SU ESTRUCTURA Y DE LA INTERACCIÓN DE LOS ÁTOMOS QUE LOS COMPONEN.

Conductividad Eléctrica

Si tomamos un alambre y le aplicamos un potencial E, la corriente I que fluye dependerá de la resistencia del circuito R, como dice la conocida ley de Ohm I=E/R. Ahora la resistencia depende de la naturaleza del alambre: Un alambre de cobre tiene una menor resistencia que un alambre de hierro del mismo calibre

8. PROPIEDADES MAGNÉTICASEL MAGNETISMO NO ES MÁS QUE EL FENÓMENO FÍSICO ASOCIADO CON LA ATRACCIÓN DE DETERMINADOS MATERIALES; ES DECIR POR MEDIO DEL CUAL LOS MATERIALES EJERCEN FUERZA DE ATRACCIÓN O DE REPULSIÓN SOBRE OTROS MATERIALES.

Permeabilidad magnética

la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de ella campos magnéticos, la cual está dada por la relación entre la inducción magnética existente y la intensidad de campo magnético que aparece en el interior de dicho material.

BIBLIOGRAFÍAHTTP://

OLIMPIA.CUAUTITLAN2.UNAM.MX/PAGINA_INGENIERIA/MECANICA/MAT/MAT_MEC/M1/MATERIALES_1.PDF

HTTPS://ES.WIKIPEDIA.ORG/WIKI/PERMEABILIDAD_MAGN%C3%A9TICA

MATERIALES; ING. MARCO ALMEDÁRIS P. ESPOCH FACULTAD MECÁNICA