Propiedades físicas de los materiales

Dentro de este grupo se van a incluir aquellas propiedades que afectan directa o indirectamente a nuestros sentidos (color, peso, volumen, etc.) y aquellas que se refieren al comportamiento del material ante determinados fenómenos físicos, tales como los eléctricos, magnéticos o térmicos.

Dentro de este grupo de propiedades, las que más aplicabilidad tienen en el ambito industrial son:

a) Peso específico

Se denomina así al peso que tiene un cuerpo por unidad de volumen. Las unidades utilizadas pasa designarlo son:

( gramos / centímetro cúbico )     →     gr / cm³ ;
( Kilogramos / litro)     →       Kg/L ;
( Toneladas / metro cúbico )   →    Tm / m³

Esta propiedad tiene gran importancia en la industria ya que condiciona la aplicabilidad del material utilizado según el uso que se le vaya a dar. Por ejemplo, si se quiere fabricar un avión se utilizarán materiales cuyo peso específico no sea elevado. Por el contrario, si se quiere fabricar un ancla para una embarcación se buscará un material con un peso específico alto ya que se requiere un material que pese mucho y no ocupe demasiado espacio.

b) Conductividad calorífica

  Nos da información sobre sobre la facilidad con la que los cuerpos transmiten la energía calorífica a través de su propia materia. En general, los metales presentan una buena conductividad calorífica, lo que les diferencia de otros materiales y por lo tanto condiciona su aplicabilidad.

La cantidad de calor que atraviesa a un cuerpo depende de:

1. La diferencia de temperatura entre el lado caliente y el frío (T₂ - T₁)
2. La superfície del cuerpo: cuanto mayor sea la superfície que tiene el cuerpo tanto más calor puede transmitir a través de él 
3. El espesor: al contrario que en el caso anterior, cuanto más grueso sea el cuerpo menos calor podrá transmitir. Esto es, a mayor espesor, menor transmisión de calor
4. La naturaleza del cuerpo: esta característica se expresa a través del denominado coeficiente de conductividad calorífica que se define como la cantidad de calor que atraviesa una placa de 1 cm2 de superfície y 1 cm de espesor por unidad de tiempo cuando la diferencia de temperatura entre ambas caras del cuerpo es de 1 ºC.

     Por lo tanto, la cantidad de calor que una placa por unidad de tiempo se expresa como:

       Siendo:
                     Q = la cantidad de calor que atraviesa el cuerpo dado
                     C = el coeficiente de conductividad calorífica del material que forma el cuerpo
                     S = la superficie que ocupa el cuerpo
                     T₁ = la temperatura de una de las caras del cuerpo
                     T₂ = la temperatura a la que se encuentra la otra cara del cuerpo
                     l = el espesor que tiene el cuerpo

c) Calor específico:

Se define como la cantidad de calor necesario para elevar 1 ºC la temperatura de 1 gramo de masa.
Su conocimiento permite calcular la cantidad de calor que hay que suministrar a un cuerpo de masa m para elevar su temperatura de T1 a T2 grados.
Esta propiedad es muy utilizada en los procesos que se requieren tratamientos térmicos de los metales en los cuales es preciso calcular la cantidad de calor requerida y el tiempo de calentamiento así como en aquellos procesos de transformación de metales en los que es preciso calentarlos o enfriarlos.

La ecuación matemática que rige este proceso es:

Donde:
            Q: calor suministrado
            C_e: Calor específico del cuerpo
            m: masa del cuerpo
           T₁: la temperatura inicial a la que se encuentra el cuerpo
           T₂: la temperatura final del cuerpo



d) Dilatabilidad y coeficiente de dilatación lineal:

La dilatabilidad se define como la propiedad que tienen los cuerpos de aumentar su volumen al elevar la temperatura.
En la práctica más que el aumento o disminución del volumen con la temperatura se utiliza más el aumento de longitud en una dirección determinada y este aumento se valora por el denominado coeficiente de dilatación lineal.

Coeficiente de dilatación lineal  ( α ): se define como el aumento que experimenta lal unidad de longitud de un cuerpo al aumentar 1 ºC su temeratura. Por ejemplo, sea uan cuerpo que tiene una longitud l y su temperatura sufre una variación de  AT grados centígrados, la variación total de su longitud estará dada por:

Y su longitud total esttá dada por:

e) Temperatura de fusión y calor latente:

Cuando se eleva la temperatura de un metal de forma progresiv, cuando ésta alcanza un determinado valor denominado temperatura o punto de fusión ( Tf ) se produce un cambio de estado en el cual el metal pasa del estado sólido al líquido.
La temperatura de fusión es una característica bien definida de los metales y coincide, aproximadamente, con la temperatura de solidificación en la que se lleva a cabo el cambio de estado contrario, es decir, el cambio de líquido a sólido

Calor latente de fusión ( QF ): es la cantidad de calor que absorbe un cuerpo para pasar, a temperatura constante, del estado sólido al líquido

Calor latente de solidificación ( QS ): es la cantidad de calor que desprende un cuerpo para pasar, a temperatura constante, del estado líquido al sólido


Por ejemplo, sea un cuerpo de masa m que se encuentra a temperatura T y queremos fundirlo. El calor necesario para llevar a cabo este proceso es:

1º. será necesario primero elevar su temperatura de T ºC  a  T_F ºC, es decir:

2ª. después el calor latente de fución Q_F

f) Conductividad eléctrica:


Se define como la facilidad con la cual un cuerpo permite el paso de la corriente eléctrica a través de su masa.

Como es sabido, la corriente eléctrica se crea por el movimiento de los electrones en el seno de un cuerpo entre dos puntos con diferente potencia. Los metales tienen los electrones con una mayor movilidad y por esto son buenos conductores de la electricidad.

Resistividad ( ρ ): es la resistencia que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. Sus unidades son ohmios x metro


Cuadro resumen: 

En el siguiente cuadro se resumen las propiedades físicas de algunos metales