Φυσικές ιδιότητες των υλικών ⚙️

Το μνημειακό γλυπτό «Ο Ηνίοχος των Δελφών» είναι φτιαγμένο από ορείχαλκο. Ο χαλκός και ο ορείχαλκος είναι υλικά που χυτεύονται και σμιλεύονται εύκολα και αποκτούν στιλπνή επιφάνεια. Αυτές οι ιδιότητες έκαναν το χαλκό και τον ορείχαλκο κατάλληλα υλικά για την κατασκευή αγαλμάτων, όπλων και άλλων αντικειμένων κατά την αρχαιότητα. Μαθαίνουμε τις ιδιότητες των υλικών για να διαλέγουμε, για κάθε κατασκευή, τα πιο κατάλληλα υλικά.

Τι είναι οι φυσικές ιδιότητες

Τα άνθη έχουν διάφορα χρώματα. Τα κρασιά και τα φαγητά έχουν χαρακτηριστικές οσμές και γεύσεις. Το χρώμα, η γεύση και η οσμή είναι μερικές από τις φυσικές ιδιότητες που έχει κάθε υλικό. Εκτός από αυτές, τα διάφορα υλικά έχουν και άλλες φυσικές ιδιότητες, όπως είναι η σκληρότητα, η ελαστικότητα, η ευθραυστότητα, η πυκνότητα και η αγωγιμότητα.

Σκληρότητα

Με το νύχι σου μπορείς να χαράξεις το σαπούνι ή το κερί, ενώ δεν μπορείς να χαράξεις το μάρμαρο ή το σίδερο. Με ένα μαχαιράκι μπορείς να σκαλίσεις το ξύλο, όχι όμως το ατσάλι. Άλλα υλικά είναι περισσότερο και άλλα λιγότερο σκληρά, δηλαδή διαφέρουν ως προς τη σκληρότητα. Η σκληρότητα ενός υλικού εκφράζει τη δυνατότητά του να χαράζει ή να χαράζεται από άλλα υλικά.

Η μέτρηση της σκληρότητας, κυρίως για τα ορυκτά, γίνεται με την εμπειρική σκληρομετρική κλίμακα Mohs. Σε αυτήν την κλίμακα κάθε ορυκτό χαράζει τα προηγούμενα και χαράζεται από τα επόμενα ορυκτά.

Σκληρομετρική κλίμακα του Mohs

Ελαστικότητα

Τα ελαστικά του αυτοκινήτου κατασκευάζονται από συνθετικό καουτσούκ, το οποίο περιέχει λεπτό ατσάλινο πλέγμα. Το καουτσούκ και το ατσάλι χρησιμοποιούνται σε αυτή την περίπτωση επειδή έχουν την ιδιότητα να επανέρχονται στο αρχικό τους σχήμα μετά από παραμόρφωση. Έχουν δηλαδή μεγάλη ελαστικότητα.

Ευθραυστότητα

Ένα γυάλινο ποτήρι σπάζει όταν πέσει σε σκληρό δάπεδο. Δε συμβαίνει όμως το ίδιο με ένα πλαστικό ποτήρι. Το γυαλί έχει μεγαλύτερη ευθραυστότητα από το πλαστικό. Τα υλικά που θραύονται (σπάνε) εύκολα τα χαρακτηρίζουμε εύθραυστα και λέμε ότι έχουν μεγάλη ευθραυστότητα. Αντίθετα, αυτά που αντέχουν σε καταπονήσεις χωρίς να σπάνε λέμε ότι έχουν μικρή ευθραυστότητα.

Πυκνότητα

Ένας φελλός επιπλέει στο νερό, ενώ ένα μεταλλικό καρφί βουλιάζει. Ο φελλός έχει μικρότερη πυκνότητα από το νερό, ενώ αντίθετα το καρφί έχει μεγαλύτερη. Η πυκνότητα εκφράζει τη μάζα ενός υλικού που περιέχεται σε ορισμένο όγκο του και υπολογίζεται από τη σχέση:

όπου $m$ η μάζα του υλικού και $V$ ο όγκος του. Συνήθως εκφράζεται σε g/cm³.

Ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα

Τα καλώδια που χρησιμοποιούνται στις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις και συσκευές αποτελούνται από χάλκινα σύρματα, τα οποία περιβάλλονται από πλαστικό, ώστε το ηλεκτρικό ρεύμα να κυκλοφορεί μόνο στο εσωτερικό των καλωδίων. Ο χαλκός χρησιμοποιείται σε αυτές τις περιπτώσεις γιατί έχει μεγάλη ηλεκτρική αγωγιμότητα, δηλαδή επιτρέπει να περνά με μεγάλη ευκολία το ηλεκτρικό ρεύμα. Αντίθετα, το πλαστικό έχει ελάχιστη ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Αν θερμάνουμε μια μεταλλική ράβδο στο ένα άκρο της, γρήγορα ανεβαίνει η θερμοκρασία σε όλη τη μάζα της. Αυτό γίνεται επειδή τα μέταλλα έχουν μεγάλη θερμική αγωγιμότητα, δηλαδή επιτρέπουν να περνά με ευκολία η θερμότητα μέσα από τη μάζα τους. Αυτός είναι ένας λόγος που τα σώματα των καλοριφέρ κατασκευάζονται από μέταλλα. Αντίθετα, οι λαβές πολλών μαγειρικών σκευών είναι κατασκευασμένες από βακελίτη ή από ξύλο, υλικά που έχουν μικρή θερμική αγωγιμότητα, ώστε να μην καίγεται όποιος τα χρησιμοποιεί.

Ιδιότητες υλικών και εφαρμογές τους

Η επιλογή ενός υλικού για μια συγκεκριμένη χρήση βασίζεται ακριβώς στις φυσικές του ιδιότητες: