Физические и механические свойства материалов

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

Физические свойства материалов

К физическим свойствам материалов относится плотность, тем­пература плавления, электропроводность, теплопроводность, магнит­ные свойства, коэффициент температурного расширения и др.

Плотностью называется отношение массы однородного матери­ала к единице его объема. Это свойство важно при использовании материалов в авиационной и ракетной технике, где создаваемые конструкции должны быть легкими и прочными.

Температура плавления — это такая температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. Чем ниже температура плавления металла, тем легче протекают процессы его плав­ления, сварки и тем они дешевле.

Электропроводностью называется способность материала хоро­шо и без потерь на выделение тепла проводить электрический ток. Хорошей электропроводностью обладают металлы и их сплавы, осо­бенно медь и алюминий. Большинство неметаллических материалов не способны проводить электрический ток, что также является важ­ным свойством, используемом в электроизоляционных материалах.

Теплопроводность — это способность материала переносить теплоту от более нагретых частей тел к менее нагретым. Хорошей теплопроводностью характеризуются металлические материалы.

Магнитными свойствами т.е. способностью хорошо намагничи­ваться обладают только железо, никель, кобальт и их сплавы.

Коэффициенты линейного и объемного расширения характеризу­ют способность материала расширяться при нагревании. Это свой­ство важно учитывать при строительстве мостов, прокладке желез­нодорожных и трамвайных путей и т.д.

К эксплуатационным (служебным) свойствам относятся жаро­стойкость, жаропрочность, износостойкость, радиационная стойкость, коррозионная и химическая стойкость и др.

Жаростойкость характеризует способность металлического ма­териала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

Жаропрочность характеризует способность материала сохранять механические свойства при высокой температуре.

Износостойкость — это способность материала сопротивлять­ся разрушению его поверхностных слоев при трении.

Радиационная стойкость характеризует способность материала сопротивляться действию ядерного облучения.

Механические свойства материалов

Механические свойства характеризуют способность материа­лов сопротивляться действию внешних сил. К основным механичес­ким свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Прочность — это способность материала сопротивляться раз­рушающему воздействию внешних сил.

Твердость — это способность материала сопротивляться вне­дрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки.

Вязкостью называется свойство материала сопротивляться раз­рушению под действием динамических нагрузок.

Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои раз­меры и форму после прекращения действия нагрузки.

Пластичность ю называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом.

Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под дей­ствием внешних сил без остаточных деформаций.

Твердость металлов измеряется путем вдавливания в испытуе­мый образец твердого наконечника различной формы.

Источник

Физические свойства материалов: описание понятия, методы определения, суть материаловедения

Определение

Важно знать и то, что физические свойства материала могут быть различными для различных его агрегатных материалов. Скажем, тепловые, электрические, механические, физические, оптические свойства вещества зависят от избранного направления в кристалле.

Наполнение термина

Физические свойства вещества включают такие как:

Вам будет интересно: Что означает многоточие в разных случаях?

А физические свойства материала представлены в основном следующим:

И физические, и химические, и технологические свойства материалов одинаково важны. Но мы разберем подробнее первую категорию. Представим характеристику самых важных физических свойств конструкционных материалов.

Плотность

Одно из важнейших свойств в материаловедении. Плотность разделяется на три категории:

Вам будет интересно: Трон Ивана Грозного: описание, откуда появился, легенды, с ним связанные

Пористость

Среди физических, технологических и механических свойств материалов не последнее место занимает и пористость. Это степень заполнения объема изделия порами.

Закрытые поры по распределению и размеру характеризуется следующим:

Пустотность

Водопроницаемость

Водопроницаемостью называется способность материала отдавать жидкость при его высушивании и поглощать воду при увлажнении.

Во время исследования физических свойств материалов нужно обратить внимание на то, что насыщение водой может проходить двумя путями: при воздействии вещества в жидком состоянии или при воздействии только его пара.

Гигроскопичность

Если материал активно притягивает своей поверхностью молекулы воды, то он называется гидрофильным. Если материал, напротив, отталкивает их от себя, то он носит имя гидрофобного. Помимо этого, отдельные гидрофильные материалы отлично растворяются в воде, в то время как гидрофобные стойко сопротивляются воздействию водных сред.

Водопоглощение

Водопоглощение будет меньше истинной пористости изделия, так как определенное количество пор в нем остается закрытыми. Поэтому оно будет изменяться от их количества, объема, степени открытости. На величину будет влиять и природа материала, его гидрофильность.

В результате насыщения материала водой остальные его физические свойства порой значительно изменяются: возрастает теплопроводность и плотность, увеличивается объем (характерно для глины, древесины), понижается прочность из-за нарушения связей между отдельными частицами.

Влагоотдача

Воздухостойкость

Воздухостойкостью называется способность материала в течение длительного времени выдерживать многократное систематическое высушивание и увлажнение без потерь своей механической плотности, а также без значительных деформаций.

Водопроницаемость

Важно отметить, что встречаются и полностью водонепроницаемые материалы. Это сталь, битум, стекло, основные разновидности пластмасс.

Морозостойкость

Важное физическое свойство в российских реалиях. Так зовется способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаивания без значительного уменьшения прочности, появления видимых признаков разрушения.

Соответственно, морозостойкость будет определять степень насыщения пор водой, его плотность. Морозостойкими считаются именно плотные материалы. Из пористых в эту категорию можно отнести только те, которые отличаются большим присутствие закрытым пор. Или чьи поры вода заполняет не более чем на 90 %.

Физические свойства способны представить важные способности материалов. Некоторые из них мы уже подробно разобрали в статье. Это способность выдерживать холод, многократные наполнения водой и высушивания, удерживать, впитывать, отдавать жидкость и другие важные характеристики.

Источник

Физические свойства

Физические свойства характеризуют физическое состояние материала, а также его способность реагировать на внешние факторы, не влияющие на химический состав материала. К физическим свойствам материалов относятся плотность, средняя плотность, пористость, водопроницаемость, водостойкость, водопоглощение, атмосферостойкость, морозостойкость, влажность, теплопроводность, теплостойкость (температуроустойчивость), температура размягчения, вспышки и стеклования, укрывистость, вязкость, гибкость, адгезия, газо- и паропроницаемость, усадка или удлинение, огнестойкость.

Таблица 1. Плотность и средняя плотность некоторых строительных материалов

Большинство строительных материалов имеет поры, поэтому средняя плотность, как правило, меньше плотности. Среднюю плотность каждого материала определяют при влажности, установленной стандартом.

Насыпная плотность определяется для сыпучих материалов (цемент, песок, гравий, щебень). В объем таких материалов включают не только поры (маленькие ячейки в материале, заполненные воздухом или водой) в них, но и пустоты (заполненный воздухом пространства между частицами материала) между зернами или кусками материалов.

Водопроницаемость — способность материала пропускать через себя воду под давлением. Степень водопроницаемости зависит от пористости материала, формы и размеров пор. Чем больше в материале незамкнутых пор и пустот, тем больше его водопроницаемость. Водопроницаемость характеризуется коэффициентом водопроницаемости Кв, который равен количеству воды, прошедшей в течение 1 ч через образец материала площадью 1 см2 при постоянном давлении и определенной толщине образца. К водонепроницаемым относятся особо плотные (например, сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (например, бетон специально подобранного состава).

Водопоглощение — способность материала поглощать и удерживать в своих порах воду — характеризуется количеством воды, которое поглощает сухой материал при погружении и выдерживании в ней, отнесенным к массе сухого материала (водопоглощение по массе Wм) или к объему материала в сухом состоянии (водопоглощение по объему Wоб). Водопоглощение по массе показывает степень увеличения массы материала (за счет поглощенной воды), подопоглощение по объему — степень заполнения объема материала водой. Водопоглощение зависит от плотности материала и строения пор.

Атмосферостойкость — способность материала длительное время сохранять свои первоначальные свойства и структуру после совместного воздействия погодных факторов (дождя, света, воздуха, облучения и колебаний температуры) — оценивается временными показателями (час, сутки, месяц, год) или в баллах по специальной шкале.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и значительного понижения прочности. Морозостойкость асбестоцементных кровельных материалов определяют методом многократного попеременного замораживания и оттаивания насыщенных водой образцов. Асбестоцементные волнистые листы и детали к ним должны быть морозостойкими и выдерживать без каких-либо признаков расслоения или повреждения 25. 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Морозостойкими являются плотные материалы, имеющие малую пористость и большое количество замкнутых пор. Морозостойкость имеет большое значение при выборе материалов для ограждающих конструкций и наружной отделки.

Теплопроводность — способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий из-за разности температур на противоположных поверхностях. Различные материалы проводят теплоту по-разному: одни — быстрее (например, металлы), другие — медленнее (теплоизоляционные материалы). Количественным показателем теплопроводности различных тел служит коэффициент теплопроводности. Теплопроводность L измеряется количеством теплоты, проходящей за 1 ч через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 при разности температур на противоположных поверхностях образца 1° С. Теплопроводность выражается в Вт/(м*К) или Вт/(м*°С).

Теплопроводность зависит от средней плотности и химико-минерального состава материала, его структуры, пористости, влажности и средней температуры материала. Чем больше пористость (меньше средняя плотность), тем ниже теплопроводность материала. С увеличением влажности материала теплопроводность резко увеличивается, т. е. снижаются показатели теплоизоляционных свойств материала. Поэтому все теплоизоляционные материалы следует хранить в помещении или под навесом, а в процессе изоляции конструкций теплоизоляционный слой защищать покровным слоем. Теплопроводность вычисляют по формуле L = qb/(tв-tн), где q — плотность потока теплоты через образец, Вт/м2; b — толщина образца, м; tв, tн — температура верхней и нижней поверхностей образца, °С или К.

Теплоемкость — количество теплоты, которое необходимо подвести к телу, чтобы повысить его температуру на 1°С. Теплоемкость, отнесенная к единице массы, называется удельной теплоемкостью и выражается в Дж/(кг*К) или Дж/(кг*°С).

Теплостойкость (температуроустойчивость) — способность материала сохранять форму, не стекать и не сползать с поверхности конструкции под определенным уклоном и при определенной температуре. Она зависит в основном от физико-механических свойств и структуры материала, вида и количества наполнителя. Мастики, обладающие небольшой теплостойкостью, имеют большую гибкость, а мастики с высокой теплостойкостью — меньшую. Для получения мастик требуемой теплоемкости легко- и тугоплавкий битум сплавляют в различных соотношениях.

Температурой вспышки масла или нефтепродукта (ГОСТ 4333—87) называют температуру, при которой пары нефтепродукта, нагреваемого в открытом тигле, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Температура вспышки битума БНК 45/180 и БНК 90/40 — не ниже 240° С.

Укрывистость — способность материала при минимальном расходе образовывать на окрашиваемой поверхности сплошную пленку. Единицей измерения укрывистости является расход материала в граммах на 1 м2 окрашиваемой поверхности.

Адгезия — сопротивление отрыву или сдвигу материала, нанесенного на изолируемую поверхность. Например, адгезия битумно-найритовой композиции при отрыве от бетонной поверхности достигает 0,5 МПа. Адгезия к бетону холодной асфальтовой мастики ИИ-20 при 20°С составляет 0,23 МПа, а при предварительной огрунтовке пастой — 0,43 МПа.

Газопроницаемость материала характеризуется количеством газа, проходящего через образец определенного размера при заданном давлении. Строительные материалы с большой пористостью обладают повышенной газопроницаемостью, хотя на степень газопроницаемости влияет не только суммарное значение пористости, но размер и характер пор. Для устранения этого явления в ограждающих конструкциях устраивают газонепроницаемые слои.

Усадка или удлинение — изменение линейных размеров материала под воздействием изменения температуры, влажности, солнечной радиации или в результате процессов, происходящих в материале (старение, вулканизация, полимеризация). Для рулонных кровельных материалов (изол и др.) характерны относительное и остаточное удлинения.

Огнестойкость — способность материала выдерживать без разрушения воздействия высоких температур (огня). Огнестойкость определяется степенью возгораемости конструкций и материалов, применяемых для строительства здания. Строительные материалы и конструкции по возгораемости разделяют на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К ним относятся все искусственные и природные неорганические материалы, применяемые в строительстве (камень, металлы и др.). Трудносгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются, тлеют или обугливаются и продолжают гореть или тлеть при наличии источника огня, а после его удаления горение и тление прекращаются (асфальтобетон, минераловатные плиты). Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и тлеют. После удаления источника огня они продолжают гореть и тлеть. К этой группе относятся органические материалы, не отвечающие требованиям, предъявляемым к несгораемым или трудносгораемым материалам. Конструкции из сгораемых материалов можно сделать трудносгораемыми или несгораемыми, защитив их несгоремыми материалами. Пределы огнестойкости конструкций определяются временем в часах от начала испытания конструкции на огнестойкость до возникновения сквозных трещин, повышения температуры на необогреваемой поверхности до 140. 180°С или обрушения конструкции.

Ссылки на другие страницы сайта по теме «строительство, обустройство дома»:

Источник

Физические свойства материалов

В промышленности и строительстве используются самые разнообразные материалы. Каждый из них характеризуется специфическими свойствами, под которыми понимают объективные особенности (качества) материала, заложенные природой или приданные ему обработкой и проявляющиеся при его эксплуатации или переработке.

Определяющими являются физические, механические и химические свойства материалов. От них зависят потребительские свойства материалов – технологические и эксплуатационные, которые характеризуют технологичность изготовления изделий, сроки их службы в конструкциях и облицовках, поведение при транспортировке и хранении, внешний вид и др.

Свойства материалов зависят от их химического состава и структуры (строения). По составу различаются органические материалы (древесина, битум, пластмассы), минеральные материалы (природный камень, известь, цемент, бетон и т. п.) и металлы (железо, сталь, сплавы цветных металлов и др.)

В настоящей главе рассмотрены свойства, присущие большинству материалов, используемых в промышленности и строительстве. Определения и характеристики некоторых свойств, наиболее типичных для отдельных материалов (главным образом для облицовочного камня), даны в соответствующих главах книги.

Физические свойства материалов характеризуют физическое состояние материала и его способность реагировать на воздействия внешних факторов, не влияющих на химический состав материала. Они представляют наиболее обширную группу свойств, показатели которых для большинства материалов регламентируются государственными стандартами или техническими условиями.

К физическим свойствам относятся: характеристики структур и массы (истинная плотность, средняя плотность, пористость и др.); свойства, определяющие отношение материалов к действию воды (водопоглощение, водостойкость, влажность, водопроницаемость и др.), тепла, огня, электрического тока (теплопроводность, теплоемкость, тепловое расширение, огнестойкость, огнеупорность, электропроводность и др.), к одновременному действию нескольких факторов; цвет, структура, фактура материала и некоторые другие свойства.

Источник

Физические свойства

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

Эти свойства характеризуют его строение или отношение к физическим процессам окружающей среды. К ним относят массу, истинную и среднюю плотность, пористость, водопоглощение и водоотдачу, влажность, гигроскопичность, водопроницаемость, морозостойкость, воздухо-, газо- и паропроницаемость, теплопроводность и теплоемкость, огнестойкость и огнеупорность.

Однако большинство материалов имеют поры, поэтому у них средняя плотность всегда ниже истинной плотности:

Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума и некоторых других) истинная и средняя плотности равны, т.к. объем внутренних пор у них весьма мал.

т.е. она колеблется в значительных пределах.

На свойства материала оказывают влияние также величина пор и их характер (мелкие или крупные, замкнутые или сообщающиеся).

Плотность и пористость прямо влияют на такие характеристики материалов как водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др.

· пористые теплоизоляционные материалы, например, торфоплиты >100%.

Насыщение материалов водой отрицательно влияет на их основные свойства: увеличивает плотность и теплопроводность, снижает прочность.

Влагоотдача— свойство материала отдавать влагу окружающей атмосфере. Определяется по количеству воды (в процентах по массе или объему стандартного образца), теряемой материалом в сутки при влажности окружающего воздуха 60% и температуре 20 0 С. Вода испаряется до тех пор, пока не установится равновесие между влажностью материала и влажностью окружающего воздуха.

Плотные материалы, не имеющие пор, или материалы с незначительной открытой пористостью, водопоглощение которых не превышает 0,5%, обладают высокой морозостойкостью. Морозостойкость имеет большое значение для стеновых, фундаментных и кровельных материалов, систематически подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию.

Если образцы в процессе испытаний не имеют следов разрушения, то степень морозостойкости устанавливается определением коэффициента морозостойкости:

Паро- и газопроницаемость характеризуется коэффициентом, который определяется количеством пара или газа в литрах, проходящего через слой материала толщиной 1м и площадью в 1 м 2 в течение одного часа при разности парциальных давлений на противоположных стенках 133,3 Па.

Теплопроводность материала зависит от многих факторов: природы материала, его строения, пористости, влажности, от средней температуры, при которой происходит передача теплоты. Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен, чем материал аморфного строения. Если материал имеет слоистое или волокнистое строение, то теплопроводность его зависти от направления потока теплоты по отношению к волокнам, например, теплопроводность древесины вдоль волокон в два раза больше, чем поперек волокон.

Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые, даже если их пористость одинакова. Материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами.

Теплопроводность однородного материала зависит от величины его средней плотности. Так, с уменьшением плотности материала теплопроводность уменьшается и наоборот.

На теплопроводность материала значительное влияние оказывает его влажность: влажные материалы более теплопроводны, чем сухие, так как теплопроводность воды в 25 раз больше теплопроводности воздуха.

При повышении температуры теплопроводность увеличивается.

Удельная теплоемкость, КДж/(кг· 0 С):

Теплоемкость учитывается при расчетах теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при расчете печей.

Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются (сталь, бетон, кирпич).

Трудно сгораемые материалы под действием огня с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются, но после удаления источника огня их горение и тление прекращаются (древесно-цементный материал фибролит, асфальтовый бетон, некоторые виды полимерных материалов).

Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня (дерево, войлок, толь, рубероид).

Дата добавления: 2016-02-16 ; просмотров: 1992 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник