Propiedades De Los Materiales

Propiedades de los materiales

En líneas generales, se puede afirmar que no existe ningún material perfecto que se pueda emplear para la fabricación de cualquier producto. Cada aplicación necesita de un material que cumpla unas características determinadas.

Ingenieros y diseñadores necesitan sopesar las ventajas e inconvenientes de cada uno de los materiales y elegir adecuadamente aquel que mejor se adapte a las necesidades requeridas.

Para elegir adecuadamente un material es necesario conocer, entre otras, sus propiedades sensoriales, ópticas, térmicas, magnéticas, químicas, mecánicas, etcétera.

La elección de un material se debe hacer cuidadosamente desde el punto de vista de sus propiedades, dependiendo de la aplicación a la que se destine.

Propiedades mecánicas

Están relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales cuando actúan fuerzas sobre ellos. Las más importantes son:

Elasticidad.

Capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha desaparecido la fuerza que los deformaba.

Plasticidad.

Habilidad de un material para conservar su nueva forma una vez deforma-do. Es opuesto a la elasticidad.

Ductilidad.

Es la capacidad que tiene un material para estirarse en hilos (por ejemplo, cobre, oro, aluminio, etcétera).

Maleabilidad.

Aptitud de un material para extenderse en láminas sin romperse (por ejemplo, aluminio, oro, etc.).

Dureza.

Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro o, lo que es igual, la resistencia al desgaste.

Fragilidad.

Es opuesta a la resiliencia. El material se rompe en añicos cuando una fuerza impacta sobre él.

Tenacidad.

Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación.

Fatiga.

Deformación (que puede llegar a la rotura) de un material sometido a cargas variables, inferiores a la de rotura, cuando actúan un cierto tiempo o un número de veces.

Maquinabilidad.

Facilidad que tiene un cuerpo a dejarse cortar por arranque de viruta.

Acritud.

Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la deformación en frío.

Colabilidad.

Aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde.

Resiliencia.

Resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos.

Propiedades eléctricas

Describen el comportamiento eléctrico del metal, el cual en muchas ocasiones es más crítico que su comportamiento mecánico. Existe también el comportamiento dieléctrico, propio de los materiales que impiden el flujo de corriente eléctrica, que va más allá de simplemente proporcionar aislamiento.

Los electrones son los portadores de carga en los materiales conductores, semiconductores y muchos de los aislantes; en los compuestos iónicos son los iones quienes transportan la mayor parte de la carga. La movilidad de los portadores depende de los enlaces atómicos, de las imperfecciones de la red, de la microestructura y, en los compuestos iónicos, de las velocidades de difusión.

La aplicación de un campo magnético genera la formación y el movimiento de dipolos contenidos en el material. Estos dipolos son átomos o grupos de átomos que tienen carga desequilibrada. Dentro de un campo eléctrico aplicado los dipolos se alinean causando polarización. Existen cuatro mecanismos de polarización:

- Polarización electrónica. Consiste en la concentración de los electrones en el lado del núcleo más cercano al extremo positivo del campo. Esto implica una distorsión del arreglo electrónico, en la que el átomo actúa como un dipolo temporal inducido. Este efecto, que ocurre en todos los materiales es pequeño y temporal.

- Polarización iónica. Los enlaces iónicos tienden a deformarse elásticamente cuando se colocan en un campo eléctrico. En consecuencia la carga se redistribuye minúsculamente dentro del material. Los cationes y aniones se acercan o se alejan dependiendo de la dirección de campo. Estos dipolos temporalmente inducidos causan polarización y también pueden modificar las dimensiones generales del material.

- Polarización molecular. Algunos materiales contienen dipolos naturales, que, al aplicárseles un campo giran, hasta alinearse con él. En algunos materiales, como el titanato de bario, los dipolos se mantienen alineados a pesar de haberse eliminado la influencia del campo externo.

Anteriormente, al hablar de polarización iónica, mencionamos la posibilidad de que hubiera modificación de las dimensiones del material. Este efecto se conoce como electrostricción, además de darse por cambios en la longitud de los enlaces entre iones, puede ser resultado de la actuación de los átomos como partículas en forma oval en vez de esférica o por distorsión debida a la orientación de los dipolos permanentes del material

Sin embargo, existen materiales que muestran una propiedad adicional: cuando se les impone un cambio dimensional, ocurre polarización, lo que crea un voltaje o un campo. Los materiales que presentan este comportamiento son piezoeléctricos.

Cuando se encuentran entre capas de material conductor, los materiales dieléctricos que se polarizan son capaces de almacenar cargas, esta propiedad se describe mediante:

- Constante dieléctrica, que es la relación de la permisividad del material con la permisividad en el vacío.

- Resistencia dieléctrica. Es el campo dieléctrico máximo que puede mantener un material entre conductores.

La presencia de polarización en un material después de que se retira el campo eléctrico se puede explicar en función de una alineación residual de dipolos permanentes. Esto sucede de la siguiente forma: se toma un cristal cuyos dipolos se encuentran orientados de forma aleatoria, de forma que no hay polarización neta; al aplicar

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