Властивості матеріалів: фізичні, хімічні, механічні, методи визначення

Кожен предмет, що оточує людину, виготовлений з певної сировини. В його якості виступають різні матеріали. Для того щоб ефективніше їх використовувати, насамперед слід ретельно дослідити притаманні їм властивості і характеристики.

Види властивостей

В даний час дослідники визначили три основних види властивостей матеріалів:

  • фізичні;
  • хімічні;
  • механічні.

Кожна з них описує певні характеристики того чи іншого матеріалу. У свою чергу вони можуть комбінуватися, наприклад, фізичні та хімічні властивості матеріалів об’єднуються в фізико-хімічні.

Фізичні властивості

Фізичні властивості матеріалів дають характеристику їх будови, а також відносини до будь-якого роду процесів (фізичного характеру), які виходять із зовнішнього середовища. Ці властивості можуть бути:

  1. Питомими характеристиками будови і структурними характеристиками — істинна, середня та насипна щільність; закрита, відкрита або загальна щільності.
  2. Гидрофизическими (відповідна реакція на вплив води або морозу) – водопоглинанням, вологовіддачею, вологістю, морозостійкістю.
  3. Теплофізичні властивості виникають під впливом тепла або холоду) – теплопровідність, теплоємність, вогнетривкістю, вогнестійкістю і ін.

Всі вони відносяться до основних фізичних властивостей матеріалів і речовин.

Питомі характеристики

Дійсною густиною називається фізична властивість матеріалів, що виражається відношенням маси речовини до її об’єму. При цьому досліджуваний об’єкт повинен перебувати в абсолютної щільності, тобто без пустот і досі. Середньою щільністю називають фізичну величину, яка визначається відношенням маси речовини до об’єму, займаного їм у просторі. При розрахунку цього обсяг властивості об’єкта включає в себе всі внутрішні і зовнішні пори і порожнечі.

Сипучим речовин характерно така фізична властивість матеріалів, як насипна щільність. Обсяг такого об’єкта дослідження включає в себе не тільки пористість матеріалу, але і утворилися між елементами речовини порожнечі.

Пористість матеріалу – це величина, яка виражає ступінь заповненості загального обсягу речовини порами.

Гидрофизические властивості

Наслідки впливу на матеріал води або морозов багато в чому залежать від його щільності і пористості, які впливають на рівень водопоглинання, водопроникності, морозостійкості, теплопровідності та ін.

Дивіться також:  Кумедний - це який? Походження, значення і пропозиції

Водопоглинанням називається здатність речовини вбирати і утримувати в собі вологу. Високий рівень пористості при цьому відіграє важливу роль.

Вологовіддача є властивістю, протилежною водопоглинанню, тобто характеризує матеріал з боку віддачі вологи в навколишнє середовище. Ця величина грає важливу роль в обробці деяких речовин, наприклад, будівельних, які у процесі зведення мають високу вологість. Завдяки влагоотдаче вони висихають до тих пір, поки їх вологість не зрівняється з навколишнім середовищем.

Гігроскопічність – це властивість передбачає поглинання об’єктом водяних парів ззовні. Наприклад, деревина здатна поглинати багато вологи, в результаті чого зростає її маса, знижується рівень міцності і змінюється розмір.

Усушка чи усадка – це гидрофизическое властивість матеріалів, що передбачає зменшення його обсягів і розміру в процесі висихання.

Водостійкістю називається здатність речовини зберігати свою міцність в результаті зволоження.

Морозостійкістю є здатність матеріалу, насиченого водою, багаторазово витримувати заморожування і відтавання без зниження рівня міцності і руйнування.

Теплофізичні властивості

Як згадано вище, такі властивості описують наслідки впливу тепла або холоду на речовини та матеріали.

Теплопровідністю називається здатність об’єкта передавати тепло від поверхні до поверхні через свою товщу.

Теплоємність – властивість речовини, що передбачає поглинання певної кількості тепла при нагріванні і виділення тієї ж кількості тепла при охолодженні.

Вогнестійкістю називається фізична властивість матеріалу, яка описує його здатність протистояти дії високої температури і рідини при пожежі. У відповідності з рівнем вогнестійкості матеріали і речовини можуть бути вогнетривкими, важкоспалимими і дахом.

Вогнетривкість – це здатність об’єкта витримувати тривалі дії високими температурами без подальшого розплавлення і деформації. Залежно від рівня вогнестійкості речовини можуть бути вогнетривкими, тугоплавкими і легкоплавкими.

Паро — і газопроникність називається фізична властивість матеріалу пропускати через себе під тиском повітряні гази або водяний пар.

Дивіться також:  Підвів під монастир: значення і походження фразеологізму

Хімічні властивості

Хімічним називаються властивості, які описують здатність матеріалів реагувати на впливи навколишнього середовища, ведуть до змін в їх хімічній структурі. Крім того, до таких властивостей відносяться та характеризують речовини з боку їх впливу на структури інших об’єктів. З точки зору хімічних властивостей матеріали описуються рівнем розчинності, кислото — і лугостійкість, газостійкістю і антикорозійністю.

Розчинністю позначається здатність речовини до розчинення у воді, бензині, олії, скипидарі та інших розчинниках.

Кислотостійкість показує рівень стійкості матеріалу до дії мінеральних і органічних кислот.

Лугостійкість враховується при технологічних обробках речовин, так як допомагає розпізнати їх природу.

Газостійкістю характеризують здатність об’єкта протистояти взаємодії з газами, що входять до складу атмосфери.

З допомогою показника антикорозійності можна дізнатися, наскільки речовина піддається руйнації корозією, що виникає в результаті впливу на нього зовнішнього середовища.

Механічні властивості

Механічними властивостями називаються реакції матеріалів на докладені до них механічні навантаження.

Фізичні і механічні властивості матеріалів часто перетинаються, однак існує ряд виключно механічних показників. З боку механіки речовини характеризуються пружністю, міцністю, твердістю, пластичністю, втомою, крихкістю та ін.

Пружністю є здатність тіл (твердих) до опору впливів, спрямованих на зміну їх обсягу або форми. Об’єкт з високою величиною пружності стійкий до механічних напружень і здатний самостійно відновлюватися, повертаючись у вихідне стан після припинення впливу.

Міцність показує, наскільки матеріал стійкий до руйнування. Його максимальний показник для певного об’єкту називається межею міцності. Пластичність також відноситься до міцнісними показниками. Вона є властивістю (характерним для твердих тіл) безповоротно змінювати свій зовнішній вигляд (деформуватися) під впливом сил, що виходять ззовні.

Втомою називається накопичувальні процес, при якому в результаті повторюваних механічних впливів зростає рівень внутрішньої напруги матеріалу. Цей рівень буде збільшуватися до тих пір, поки не перетне межу пружності, в результаті чого матеріал почне руйнуватися.

Дивіться також:  Поповнюємо словниковий запас: сентименти – це...

Одним з найпоширеніших властивостей є твердість. Вона являє собою рівень опору об’єкта втискування.

Методика визначення фізичних властивостей

Для того щоб дізнатися певні фізичні властивості матеріалу, використовуються різні способи, кожен з яких спрямований на дослідження якогось певного показника.

Для того щоб визначити щільність зразка матеріалу, найчастіше користуються методом гідростатичного зважування. Він передбачає вимірювання об’єму речовини по масі витісняється ним рідини. Істинну густину розраховують математичним шляхом, розділивши масу об’єкта на його абсолютний обсяг.

Експеримент по визначенню величини водопоглинання проводиться в кілька етапів. Насамперед зразок матеріалу зважується, проводиться вимірювання його розмірів і обчислюється обсяг. Після цього він занурюється у воду на 48 годин для насичення рідиною. Через 2 дні зразок дістають з води і негайно зважують, після чого обчислюється математичним шляхом водопоглинання матеріалу.

Більшість методів визначення фізичних властивостей матеріалів на практиці зводяться до використання спеціальних формул.

Визначення хімічних властивостей

Всі основні хімічні властивості речовин визначаються шляхом створення умов для взаємодії об’єкта дослідження з різними реагентами. Для визначення розчинності використовується вода, масло, бензин і інші розчинники. Рівень окислення і схильності до утворення корозії визначається за допомогою різних окислювачів, які сприяють загальним, петтинговым і межкристаллитным реакцій.

Визначення механічних характеристик

Механічні властивості речовин значною мірою залежать від їхньої структури, сил, які до них додаються, температури та зовнішнього тиску. Практично всі механічні характеристики матеріалів встановлюються в процесі лабораторних випробувань. Найпростішими з них є розтяг, стиск, кручення, навантаження і вигин. Так, наприклад, межа міцності матеріалу при вигині і стиску визначається за допомогою гідравлічного преса.

Крім того, при визначенні механічних властивостей також використовують спеціальні формули, які часто ґрунтуються на масі об’єкта та його обсязі.