UNIDAD 3-
3.1PROPIEDADES FISICAS DE LOS MATERIALES
3.1.1PROPIEDADES ELECTRICAS DE LOS MATERIALES:
Las Propiedades eléctricas de los materiales son
las que determinan el comportamiento de un determinado material al pasar por él
la corriente eléctrica.
Ahora bien en función de sus propiedades
eléctricas, los materiales pueden ser:
CONDUCTORES
NO CONDUCTORES O AISLANTES
SEMI-CONDUCTORES
SUPERCONDUCTIVIDAD
EFECTO FOTOVOLTAICO
FERROELECTRICIDAD
PIEZOELECTRICIDAD
CONDUCTORES
Capacidad que tienen los cuerpos para permitir el paso de
la corriente a través de sí mismos.
Su conductividad difiere del estado en el que se
encuentren.
-líquidos
La conductividad en medios líquidos está relacionada con
la presencia de sales, que genera iones positivos y negativos capaces de
transportar la energía eléctrica si se somete el líquido a
un campo eléctrico
-solidos
En el caso de los sólidos, los materiales con
capacidad de conductividad son los que tienen bandas de valencia que
crean una nube de electrones libres que generan la corriente al estar sometidos
al campo eléctrico.
NO
CONDUCTORES
Es un material que impide el paso de la
electricidad. Esto es posible ya que el material rechaza el flujo de la
corriente. En un aislante eléctrico, las cargas tienen
dificultades para movilizarse, sin embargo
en los conductores eléctricos dichas cargas se desplazan con gran
facilidad.
Por ejemplo: caucho
SEMI-CONDUCTORES
Los materiales
semiconductores son aquellos que a temperaturas muy bajas se comportan como
aislantes, es decir, no conducen la electricidad, pero que cuando la
temperatura aumenta por encima de un cierto valor se convierten en muy buenos
conductores.
Por ejemplo el silicio
El más usado es el silicio
debido a la capacidad de controlar sus propiedades eléctricas y su abundancia
en la naturaleza lo que han posibilitado el desarrollo y aplicación de los
transistores y circuitos integrados que se utilizan en la industria
electrónica.
MATERIALES SUPERCONDUCTORES
Existen muchos materiales que
se vuelven superconductores al bajar la temperatura. Algunos tienen una
composición muy sencilla, son elementos químicos como el plomo o el aluminio
Los materiales superconductores son aquellos que al ser enfriados dejan de
ejercer resistencia al paso de corriente eléctrica, lo que dicho de otra manera
implica que tienen capacidad de adquirir corriente eléctrica incluso sin
resistencia.
La resistencia
de un superconductor, a diferencia de lo que ocurre en los conductores
ordinarios como el oro y la plata, desciende bruscamente a cero cuando
el material se enfría por debajo de su temperatura crítica: una corriente
eléctrica que fluye en una espiral de cable superconductor puede persistir
indefinidamente sin fuente de alimentación.
Clasificación
Una clasificación adicional que se hace
respecto a estos elementos es la que los divide según puedan o no apantallar
totalmente el campo magnético de su interior: los llamados superconductores
de tipo I tienen
un campo crítico tan pequeño que no se pueden desarrollar aplicaciones
tecnológicas con ellos, mientras que los superconductores de tipo II permiten que el campo magnético
penetre en su interior sin dejar de pertenecer al grupo: este comportamiento se
mantiene incluso para campos cuyo valor puede multiplicar varias veces al campo
magnético terrestre.
Usos y Aplicaciones
Hasta ahora, la principal utilidad de los
superconductores es la producción de campos magnéticos muy intensos, que tienen
aplicaciones en medicina pero también en otros rubros, como el control de los
reactores de fusión nuclear.
La mayor parte de las aplicaciones de los superconductores,
por al momento, se restringe a los laboratorios de física con fines
investigativos, por ejemplo en los estudios de resonancia
magnética nuclear, y la microscopia electrónica de alta resolución.
Ejemplos de Materiales
Superconductores
Carbono
|
Cromo
|
Litio
|
Berilio
|
Titanio
|
Vanadio
|
Oxígeno
|
Iridio
|
Tecnecio
|
Renio
|
Indio
|
Talio
|
Cinc
|
Cadmio
|
Azufre
|
Selenio
|
Osmio
|
Estroncio
|
Bario
|
Boro
|
Wolframio
|
Tantalio
|
Fósforo
|
Mercurio
|
Arsénico
|
Bromo
|
Circonio
|
Uranio
|
Niobio
|
Molibdeno
|
Rutenio
|
Rodio
|
Calcio
|
Silicio
|
Americio
|
Aluminio
|
Galio
|
Estaño
|
Plomo
|
Bismuto
|
EL EFECTO FOTOVOLTAICO Y SUS APLICACIONES.
El efecto fotovoltaico (FV) es la base del
proceso mediante el cual una célula FV convierte la luz solar en electricidad.
La luz solar está compuesta por fotones, o partículas energéticas. Estos
fotones son de diferentes energías, correspondientes a las diferentes
longitudes de onda del espectro solar. Cuando los fotones inciden sobre una
célula FV, pueden ser reflejados o absorbidos, o pueden pasar a su través.
Únicamente los fotones absorbidos generan electricidad. Cuando un fotón es
absorbido, la energía del fotón se transfiere a un electrón de un átomo de la
célula. Con esta nueva energía, el electrón es capaz de escapar de su posición
normal asociada con un átomo para formar parte de una corriente en un circuito
eléctrico.
·
Aplicaciones :
Electrificación rural (lugares de difícil emplazamiento y acceso, viviendas de uso temporal, refugios de montaña).
Electrificación rural (lugares de difícil emplazamiento y acceso, viviendas de uso temporal, refugios de montaña).
·
Electrificación urbana (alumbrado de vías urbanas y de edificios
públicos como museos o colegios).
·
Electrificación doméstica (todo uso eléctrico en viviendas
unifamiliares, comunidades y cooperativas).
·
Telecomunicaciones terrestres (telefonía terrestre y móvil, comunicación
para navegación aérea y marítima, repetidores y reemisores de radio y
televisión, radioteléfonos...).
·
Telecomunicaciones espaciales (los paneles solares de los satélites les
dan una autonomía indefinida).
·
Seguridad y señalización (dispositivos de alarma, señalización, faros,
pasos de trenes, aeropuertos, autopistas...).
Ferroelectricidad
la capacidad de ciertos
materiales para retener información en su estructura cristalina, sin necesidad
de estar conectados a una fuente de energía, como pilas o corriente eléctrica,
es llamada ferroelectricidad. La
información es almacenada gracias a la polarización eléctrica que poseen, que
puede ser activada externamente por un voltaje, y aún cuando éste sea retirado,
la polarización persiste.}
Estos materiales,
generalmente cerámicos, son llamados ferroeléctricos y su uso masivo está en las memorias
portátiles o pendrives. También los
encontramos en micrófonos, encendidos piezoeléctricos y condensadores de alta
eficiencia. Hoy están siendo explorados en la fabricación de memorias
no-volátiles de alta densidad (Gigabits) para la computación aeroespacial, pues
presentan además alta resistencia a la radiación.
la ferroelectricidad aparece debido a una distorsión en la
red cristalina. Esta distorsión se refiere a que los iones que conforman una
celda unitaria del material están desplazados levemente unos de otros, tales
desplazamientos son menores a 1 Å (un ángstrom), es decir, 10 mil veces menores
al micrómetro. Esta fase cristalográfica conforma la llamada fase
ferroeléctrica. En cambio, la fase cristalográfica en que no existen estos
desplazamientos entre los iones se llama fase paraeléctrica, ausencia de
ferroelectricidad. Por lo tanto, la ferroelectricidad de un material depende de
la estructura cristalina y de la temperatura
¿Qué
Materiales Ferroeléctricos existen?
Estos materiales comúnmente son cerámicas y entre ellos están:
Estos materiales comúnmente son cerámicas y entre ellos están:
Formula
|
Abreviación
|
Nombre
|
1) (Sr,Ba)TiO3
|
SBT
|
Titanato de Bario Estroncio
|
2) Pb(Zr,Ti)O3
|
PZT
|
Titanato Zirconato de plomo
|
3) BaTiO3
|
BTO
|
Titanato de Bario
|
4) Pb1-xLaxZr1-yTiyO3
|
PLZT
|
Titanato Zirconato de Plomo Lantamio
|
5) Bi4Ti3O12
|
BiT
|
Titanato de Bismuto
|
Todos estos materiales son sintéticos y
tienen dos propiedades importantes: piezoelectricidad y ferrrolectricidad.
Muchos de los ferroeléctricos son también piezoeléctricos. Esta propiedad de
piezoelectricidad se refiere a la aparición de un voltaje eléctrico debido a
que el material realiza un esfuerzo mecánico.
El titanato de bario es el mas popular porque fue el primer compuesto sintetizado, tienen propiedades que lo hacen merecedor del puesto que tienen pero finalmente los compuesto usados para las memorias ferroeléctricas son PZT SBT, BiT, y otros. Cuando se fabricaron los prototipos estos compuestos fueron los que tenían mejor confiabilidad en la práctica que el titanato de Bario.
La mayoría de los ferro eléctricos están en estado sólido, son materiales tipo cerámico. Pero hay excepciones, se ha encontrado ferroelectricidad en sistemas biológicos.
El titanato de bario es el mas popular porque fue el primer compuesto sintetizado, tienen propiedades que lo hacen merecedor del puesto que tienen pero finalmente los compuesto usados para las memorias ferroeléctricas son PZT SBT, BiT, y otros. Cuando se fabricaron los prototipos estos compuestos fueron los que tenían mejor confiabilidad en la práctica que el titanato de Bario.
La mayoría de los ferro eléctricos están en estado sólido, son materiales tipo cerámico. Pero hay excepciones, se ha encontrado ferroelectricidad en sistemas biológicos.
Piezoelectricidad
“Cristales que
al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en
su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su
superficie”
Es un fenómeno
presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia
de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Este fenómeno también
se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la acción de fuerzas
internas al ser sometidos a un campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente
reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo
eléctrico, recuperan su forma.
La célula unitaria de cuarzo (Si–O2) está
compuesta por 6 átomos de oxigeno, con dos cargas negativas cada uno, y 3 de
silicio con cuatro cargas positivas cada uno.
Muchas sustancias cristalinas poseen
propiedades piezoeléctricas, pero solamente algunas se usan a escala
industrial; entre éstas, el cuarzo, la Sal de
Rochelle, el titanato de bario, el fosfato dihidrogenado de amonio (ADP)
Los materiales
piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos que no poseen centro de
simetría. El efecto de una compresión o de un cizallamiento consiste en
disociar los centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas. Aparecen
de este modo dipolos elementales en la masa y, por influencia,
cargas de signo opuesto en las superficies enfrentadas.
Aplicaciones
La piezoelectricidad nos
permite aprovechar las pisadas al caminar para generar energía limpia. Con unas
placas piezoeléctricas situadas en el suelo, el
Simple hecho de andar sobre
ellas produce electricidad. Este efecto, multiplicado por miles de personas
caminando sobre losas piezoeléctricas durante todo el día, permite por ejemplo
a una estación de metro de Tokio autoabastecer sus necesidad
energéticas de manera autónoma, puesto que cada pisada puede generar
hasta 7 vatios de potencia.
Algo similar sucede con las
carreteras y los automóviles. Una autopista en la que el pavimento incorpore un
sistema piezoeléctrico que se active con las ruedas de los coches podrá generar
la energía limpia suficiente para el alumbrado y la cartelería
luminosa de todo el trazado. Y lo ideal para cerrar el círculo sostenible sería
que estos coches se movieran a su vez con energía limpia.
Otra de las importantes aplicaciones de un cristal
piezoeléctrico es su utilización como sensor de vibración. Cada una de las
variaciones de presión producidas por la vibración provoca un pulso de
corriente proporcional a la fuerza ejercida. Se ha convertido de una forma
fácil una vibración mecánica en una señal eléctrica lista para amplificar.
Basta con conectar un cable eléctrico a cada una de las caras del cristal y
enviar esta señal hacia un amplificador. Por ejemplo, en pastillas
piezoelétricas de guitarra.
3.1.2PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES
las
propiedades mecánicas de los materiales son las características, que permiten
diferenciar un material de otro. También hay que tener en cuenta el
comportamiento que puede tener un material en los diferentes procesos de
mecanización que pueda tener.
El comportamiento
mecánico o las propiedades mecánicas de un material reflejan la relación entre
la fuerza aplicada y la respuesta del material (o sea, su deformación).
TRACCION: Indica la fuerza máxima que se le puede aplicar a un
material antes de que se rompa.es decir, es el esfuerzo interno al que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que
actúan en sentido opuesto, psea que lo estira.
COMPRESION: es cuando se aplasta el material y se acorta
en sí. es lo contrario a la tracción ,
Este tiende a una reducción de volumen o acortamiento en determinada dirección,
ya que las fuerzas ocasionan que el material quede comprimido
Ejemplo:
El hormigón es un material
que como otros materiales cerámicos resiste bien en
compresión, pero no tanto en tracción.
TORSION: es la fuerza externa aplicada que intenta torcer al material. La fuerza
externa recibe el nombre de torque o momento de torsión. es un giro o vuelta
que tiende a producir rotación. Las
aplicaciones se encuentran en muchas herramientas comunes en el hogar o la
industria donde es necesario girar ,apretar o aflojar dispositivos.
ELASTICIDAD:Propiedad que presenta un
material para recuperar su forma original al retirar o parar el esfuerzo que lo
deformó. Es decir, la deformación no es permanente
Por
ejemplo, un globo.
PLASTICIDAD: La plasticidad es la
propiedad que tiene un material inelástico, natural,
artificial, biológico o de otro tipo para deformarse permanentemente e irreversiblemente
cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su limite elástico.
Cualidad opuesta a la elasticidad. mantiene la forma que adquiere al estar
sometido a un esfuerzo que lo deformó. Por ejemplo, un envase de platico. es una deformación
permanente e irreversible.
DUREZA: La dureza es la propiedad
que tienen los materiales de resistir el rayado y el corte de su superficie.
Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa, que no
tiene mucha dureza, mientras que el vidrio cuando lo rayas no queda marca, por
lo tanto tiene gran dureza. El
diamante es duro porque es difícil de rayar. La
dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la
penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones
permanentes; entre otras.
TENACIDAD: es la cantidad de energía
que un material puede absorber antes de fracturarse. Capacidad de un material
de soportar un impacto sin fracturarse.Resistencia a la rotura de un material
cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación. Ejemplo:plástico, acero
FRAGILIDAD: La fragilidad es la cualidad
de los objetos y materiales de romperse con facilidad. capacidad de un material
de fracturarse con escasa deformación
Es el opuesto de la tenacidad, los materiales tenaces se rompen tras sufrir acusadas
deformaciones, generalmente de tipo deformaciones plásticas, tras superar el
límite elástico
Por ejemplo el vidrio.
MALEABILIDAD: La
maleabilidad es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan
los cuerpos al ser elaborados por deformación. Se diferencia de aquella en que
mientras la ductilidad se refiere a la obtención de hilos, la maleabilidad
permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa. Es
una cualidad que se encuentra opuesta a la ductilidad puesto que en la mayoría
de los casos no se encuentran ambas cualidades en un mismo material.
RESILIENCIA O RESISTENCIA AL CHOQUE: Es la energía que absorbe un cuerpo antes de
fracturarse.
DUCTILIDAD: La
ductilidad es una propiedad que presentan algunos materiales, como las
aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una
fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse, permitiendo obtener
alambres o hilos de dicho material. A los materiales que presentan esta
propiedad se les denomina dúctiles. Los materiales no dúctiles se clasifican de
frágiles. Aunque los materiales dúctiles también pueden llegar a romperse bajo
el esfuerzo adecuado, esta rotura sólo se produce tras producirse grandes
deformaciones.
RESISTENCIA AL DESGASTE: La resistencia a la abrasión o al desgaste de los materiales de
aluminio es particularmente baja en el rozamiento en seco. No existe relación
entre dureza y resistencia mecánica por un lado y resistencia a la abrasión por
el otro.
Los materiales de aluminio sometidos a rozamiento,
en determinadas circunstancias de funcionamiento, muestran un comportamiento aceptable
como prueban las numerosas aplicaciones que tienen en cojinetes de fricción y
émbolos.
RESISTENCIA AL CORTE: La resistencia al cizallamiento es importante para el cálculo de
la fuerza necesaria para el corte y para determinadas construcciones. No
existen valores normalizados. Generalmente está entre el 55 y 80 % de la
resistencia a la tracción.
RESISTENCIA A LA FATIGA : La fatiga depende de una serie de factores. Además de la
composición, estado y procedimiento de obtención del material, hay que
considerar la clase y frecuencia de las solicitaciones y, especialmente, la
configuración de los elementos constructivos ( distribución de fuerzas,
tensiones máximas, superficie ). La denominación "resistencia a la
fatiga" se utiliza como concepto genérico para todos los casos de
solicitud alternativas.
RESISTENCIA AL IMPACTO: La resistencia al
impacto describe la capacidad del material a absorber golpes y energía sin
romperse. La tenacidad del material depende de la temperatura y la forma.
Para calcular esta
propiedad se pueden llevar a cabo dos métodos diferentes. Para calcular la
resistencia al impacto se ensaya llos materiales con entalla para
sensibilizarlos más y facilitar el ensayo. Hay que diferenciar los ensayos
Charpy y el Izod. En el primero, la probeta está apoyada en los dos extemos, y
en el segundo solo se sujeta de un lado.
3.1.3PROPIEDADES TERMICAS
CONDUCTIVIDAD
TÉRMICA: La conductividad térmica es una propiedad física que
describe la capacidad de un material de transferir calor por conducción, esto
es, por contacto directo y sin intercambio de materia.
Esto implica que la transmisión de calor por conducción
se da de un cuerpo a otro que está a menor temperatura o entre zonas de un
mismo material pero con temperatura diferente.
La conductividad térmica es una capacidad elevada en los
metales y en general en cuerpos continuos, y es más baja en los gases, siendo
muy baja en algunos materiales especiales tales como la fibra de vidrio,
denominados por ello, aislantes térmicos.
Unidades de medida
En el Sistema Internacional de Unidades (SI) la unidad de
conductividad térmica se define, como el flujo térmico de un vatio, sin
intercambio de materia. Se mide por tanto en W/(K·m) (watios por Kelvin y
metro), equivalente a J/(s·K·m) (Julios por segundos, Kelvin y metro).
El coeficiente de conductividad térmica (λ) caracteriza
la cantidad de calor necesario por m2, para que atravesando durante la unidad
de tiempo, 1 m de material homogéneo obtenga una diferencia de 1 °C de
temperatura entre las dos caras.
FUSIBILIDAD:
Es
la facilidad con que un material puede derretirse o fundirse, pasar de sólido a
líquido al someterlos a calor. Es la propiedad que permite obtener piezas
fundidas o coladas.
Los materiales que sólo se derriten a temperaturas muy
altas se les llama materiales refractarios, Éstos, se utilizan para hacer
crisoles y recubrimientos de hornos e incineradoras.
Fusibilidad de algunos metales:
Estaño 240°C (450°F)
Plomo 340°C (650°F)
Cinc 420°C (787°F)
Aluminio 620°-650°C (1150°-1200°F)
Bronce 880°-920°C (1620°-1680°F)
Latón 930°-980°C (1700°-1800°F)
Plata 960°C (1760°F)
Cobre 1050°C (1980°F)
Hierro fundido 1220°C (2250°F)
Acero de alto carbono 1370°C (2500°F)
Acero medio para carbono 1430°C (2600°F)
Acero inoxidable 1430°C (2600°F)
Níquel 1450°C (2640°F)
Acero de bajo carbono 1510°C (2750°F)
Hierro forjado 1593°C (2900°F)
Tungsteno 3396°C (6170°F)
RESISTENCIA
AL CHOQUE TÉRMICO: Se refiere a la rotura de algún material al
sufrir un cambio drástico de temperatura. Sucede cuando un material sólido se
quiebra al someterse a un aumento o descenso de la temperatura. Objetos de
vidrio o cerámica son vulnerables a este efecto debido a su bajo nivel de
tenacidad, a su baja conductividad térmica y a su bajo coeficiente de expansión
térmica. La variación de temperatura causa que diferentes partes de un objeto
se expandan más que otras, haciendo que la tensión del objeto no sea lo
suficientemente fuerte y entonces se quiebra. Un ejemplo común es, en los
laboratorios, al utilizar baño María.
La cerámica y los vidrios de borosílice, como el pyrex,
están hechos para resistir a un colapso térmico mejor que otros materiales,
gracias a su combinación de un coeficiente de expansión bajo y una alta dureza.
En el caso de la cerámica, se cuenta con un coeficiente de expansión negativo.
El carbono reforzado es extremadamente resistente a un
colapso térmico debido a la tan elevada conductividad térmica del grafito, a su
bajo coeficiente de expansión y a la dureza de la fibra de carbono
3.1.4PROPIEDADES FÍSICAS: ÓPTICA
Las Propiedades
ópticas de los materiales son las que se ponen de manifiesto al
incidir sobre ellos la luz. Las propiedades
ópticas y/o estéticas se
pueden definir también como aquellas que se perciben con el sentido de la
vista.
Los materiales se pueden clasificar a este respecto
en:
|
OPACIDAD:
La
opacidad normalmente se aplica a la apariencia de un material poco transmisor
de la luz. Se la emplea mayoritariamente para describir características de materiales
como el papel o plásticos que dejan, mucho o poco, ver lo que hay detrás de
ellos. Así, por ejemplo, si un papel deja "translucir" la escritura
del reverso se dirá que tiene poca opacidad. Generalmente se dice que un
material es "opaco" si no deja pasar luz a través, por lo tanto su
opacidad es total.
La función
de opacidad involucra tanto la frecuencia de la luz que interacciona con el
objeto, como la temperatura de dicho objeto. Es importante recalcar que existen
diferentes funciones de opacidad para diferentes objetos y para diferentes
condiciones físicas.
Para medir la opacidad, normalmente se mide la muestra, primero apoyada sobre un material blanco de referencia y luego sobre un negro muy absorbente (cuyo factor de reflectancia sea menor de 0,5%). La relación entre la magnitud medida contra el negro respecto de la del blanco indica el grado de opacidad de la muestra, cuanto más cercano a 1 (o al 100%) tanto mayor la misma.
Medidores
por extinción
Como quiera que la pérdida de luminosidad a
lo largo de un haz de luz que atraviesa el aire ambiente en un túnel es muy
pequeño, el recorrido del haz luminoso
ha de ser de decenas incluso centenares de metros para producir una diferencia
medible entre Io e I y dado que la opacidad del aire en un
túnel no es homogénea, la extinción media corresponde a:
Medidores por dispersión
La extinción de la luz se debe en su mayor
parte a la dispersión de la luz que se produce al impactar la luz en las
partículas de polvo. En la figura se observa la dispersión de la luz al
impactar sobre un obstáculo. La mayor parte de la luz se desvía hacia adelante
con máximos entre 10º y 35º (dispersión progresiva).
TRANSPARENCIA:
Un material presenta transparencia cuando deja pasar fácilmente la luz. La transparencia es una propiedad óptica de la materia, que
tiene diversos grados y propiedades.
Según la mecánica
cuántica,
un material será transparente a cierta longitud
de onda cuando en su esquema de niveles
de energía no haya ninguna diferencia de energía que corresponda con esa longitud
de onda. Así, el aire y el vidrio son transparentes, porque en sus esquemas de
niveles de energía (o bandas de energía, respectivamente) no cabe ninguna
diferencia de energía del orden de la luz visible. Sin embargo, sí que pueden
absorber, por ejemplo, parte de la radiación infrarroja (las moléculas de agua
y de dióxido de carbono absorben en el infrarrojo) o del ultravioleta (el
vidrio bloquea parte del espectro ultravioleta).
La transparencia se cuantifica como transmitancia, porcentaje de intensidad
lumínica que atraviesa la muestra. Para esto se
utiliza un colorímetro o un espectrofotómetro.
El color
por reflexión es el conjunto de colores que este refleja Por ejemplo:
·
Un cuerpo de color rojo
absorbe todos los colores y refleja el rojo.
·
Un cuerpo de color blanco
refleja los siete colores.
·
Un cuerpo de color negro
absorbe todos los colores.
El color por transparencia es el conjunto de
colores que este deja pasar. Por ejemplo un vidrio de color rolo deja pasar el
rojo y refiere los demás colores.
TRANSLUCIDEZ:
Es
una propiedad por medio de la cual se proyecta una sombra parcial conocida como
penumbra (casi sombra) y se da porque la fuente de luz es bloqueada
parcialmente por el objeto.
Características:
·
Se pueden observar las
siluetas del otro lado del material, pero no en detalle las formas.
·
La superficie de estos
materiales no es lisa.
Ejemplos:
·
Vidrios esmerilados
·
Algunos plásticos
·
REFLEXIÓN
:La luz es
una manifestación de energía. Gracias a ella las imágenes pueden ser reflejadas
en un espejo, en la superficie del agua o un suelo muy brillante. Esto se debe
a un fenómeno llamado reflexión de la luz. La reflexión ocurre cuando los rayos
de luz que inciden en una superficie chocan en ella, se desvían y regresan al
medio que salieron formando un ángulo igual al de la luz incidente, muy
distinta a la refracción.
Es el cambio de dirección, en el
mismo medio, que experimenta un rayo luminoso al incidir oblicuamente sobre una
superficie. Para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes:
Clases
de reflexión
De acuerdo a la superficie en que
incide un haz luminoso, la reflexión puede ser regular o irregular.
(1) Reflexión Regular: Es
la que ocurre cuando un haz o conjunto de rayos paralelos incide sobre una
superficie plana pulimentada, de modo que el haz de rayos reflejados son
también rayos paralelos, tal como se aprecia en la figura:
Reflexión regular
(2) Reflexión irregular: Llamada
también difusa, es la que ocurre cuando un haz de rayos paralelos incide sobre
una superficie que presenta rugosidades, determinando así una reflexión en
diferentes direcciones. Observa la figura:
Reflexión irregular
En la práctica, ocurre que la
mayoría de los cuerpos refleja difusamente la luz que incide sobre ellos; así
por ejemplo una hoja de papel, una pared, un mueble, una persona, etc., son
objetos que difunden la luz que reciben en todas direcciones, de esta forma la
luz que penetra en nuestros ojos hace que veamos la imagen del objeto
observado.
Elementos
de la reflexión
Los elementos principales que intervienen en la Reflexión de la luz son
los siguientes, considerando la figura:
Espejos
planos
Un espejo es toda superficie
pulimentada que refleja perfectamente la luz. La distancia de la imagen al
espejo es igual a la distancia que hay entre el objeto y espejo; por esta razón
la imagen tiene el mismo tamaño del objeto y es simétrica de él en relación con
el espejo.
REFRACCIÓN: La refracción es el cambio de dirección y velocidad
que experimenta una onda al pasar de un medio a otro con distinto índice refractivo.
Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de
separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la
onda señalada.
La
refracción de la luz ocurre cuando esta pasa de un medio transparente con un
determinado índice de refracción a otro, también transparente, con uno
distinto. Observa, en la imagen de la izquierda, que cuando la velocidad de
propagación en el nuevo medio es menor, y por tanto es mayor el índice de
refracción, el rayo se acerca a la normal.
Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con
una densidad
óptica diferente,
sufriendo un cambio de rapidez y un cambio de dirección si no incide
perpendicularmente en la superficie. Esta desviación en la dirección de
propagación se explica por medio de la ley de Snell. Esta ley, así como la
refracción en medios no homogéneos, son consecuencia del principio
de Fermat, que
indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de
recorrido óptico de menor tiempo.
Lápiz
"quebrado" debido a la refracción.
LUMINISCENCIA:
La luminiscencia es la propiedad que presentan
algunos materiales y seres vivos de emitir luz cuando son sometidos a
determinada temperatura. Esta luz es visible solamente en la oscuridad. Poseen
esta capacidad las luciérnagas o los peces de los abismos marinos; también el
pescado putrefacto, algunas clases de madera y ciertos minerales y sulfuros
metálicos.
La
luminiscencia comprende las emisiones de luz visible producidas tanto por la
acción de ciertos rayos como por la existencia de reacciones físicas o
químicas. Se excluye la radiación originada exclusivamente como consecuencia
del calor.
Dependiendo de la energía que la
origina, es posible hablar de varias clases de
luminiscencia:fotoluminiscencia,fluorescencia,fosforescencia,
termoluminiscencia, quimiolumíniscencia, triboluminiscencia,
electroluminiscencia y radioluminiscencia.
Fotoluminiscencia:
Cuando la energía activadora es de
origen electromagnético (rayos X, ultravioleta, catódicos) se habla de
fotoluminiscencia. Los rayos X, en particular, producen una intensa
luminiscencia. En el caso de los minerales fotoluminiscentes, la luz es
absorbida durante un determinado periodo de tiempo y, al ser emitida, lo hace
con una longitud de onda menor que la incidente. Es decir, no se trata de un
fenómeno óptico de difracción o reflexión.
La luminiscencia por rayos X permite,
por ejemplo, diferenciar las perlas cultivadas de las naturales, ya que las
primeras presentan esa capacidad, en tanto que las segundas, excepto las de
agua dulce, carecen de ella. Se trata de una propiedad particularmente útil en
el reconocimiento de piedras sintéticas.
Fluorescencia
Es la luminiscencia causada única y
exclusivamente por rayos ultravioleta. El término fluorescencia proviene del
mineral que presenta este fenómeno por naturaleza, la fluorita.
No todos los minerales absorben luz
U.V. de igual longitud de onda. Por ejemplo, algunos sólo son capaces de
hacerlo para rayos U.V. de longitud de onda corta (254 nm); otros, para
longitudes largas (350-370 nm), mientras que hay minerales que presentan este
fenómeno indistintamente para unas y otras longitudes.
Tampoco todos los minerales, aunque
tengan el mismo origen o la misma apariencia, poseen por sistema la propiedad
de la fluorescencia. En este sentido, no todas las fluoritas son fluorescentes,
tan sólo aquellas en las que existe presencia de materia orgánica o de tierras raras.
Fosforescencia:
Cuando la luminiscencia continúa un
cierto tiempo aunque se elimine la fuente de excitación, se había de
fosforescencia. Existen minerales que, a pesar de haberles retirado la fuente
energética que incide sobre ellos, continúan emitiendo luz durante una fracción
de segundo, por lo que es difícil a veces diferencia los fenómenos de
fotolurniniscencia y fluorescencia.
Termoluminiscencia:
La presentan ciertos materiales
únicamente cuando son calentados a temperaturas por debajo del rojo, siendo el
calor el desencadenante de la reacción. La luz visible es inicialmente débil,
acentuándose entre los 50 y 100 0C y cesando su emisión partir de los 475 °C La
calcita, el apatito, la escapolita, la lepidolita y ciertos feldespatos son
minerales termoluminiscentes. La clorofana (variedad de la fluorita), por
ejemplo, emite una radiación verde muy característica.
Quimioluminiscencia:
Esta particularidad está originada por
reacciones químicas. Un ejemplo es la bioluminiscencia, producida por
reacciones químicas de origen biológico; uno de los casos más conocidos es el
de la luz emitida por las luciérnagas o por los peces de ambientes hipoabisales.
Triboluminiscencia:
Ciertos minerales no metálicos y
fácilmente exfoliables poseen la propiedad de emitir luz cuando son sometidos a
acciones mecánicas, por ejemplo, al ser molidos o rayados. Es el fenómeno de la
triboluminiscencia. La fluorita, la esfalerita, la lepidolita y, en menor
medida, la pectolita, la ambligonita, los feldespatos y la calcita presentan
esta característica.
Electroluminiscencia y
radioluminiscencia:
Si el efecto as provocado por la acción
de corrientes eléctricas, el fenómeno se denomina electroluminiscencia. La
radioluminiscencia, por su parte, está motivada por reacciones nucleares. Fue
observada por vez primera en el radio, gracias a las investigaciones de Marie y
Pierre Curie.
El fenómeno de la luminiscencia en los
análisis de toxicidad:
Si se realizan ciertos análisis de
toxicidad en los efluentes industriales que se vierten a plantas de tratamiento
de aguas, se puede determinar que, en ocasiones, llegan a ser considerablemente
más tóxicos que la totalidad del agua residual que accede a la planta antes de
ser tratada.
Mediante un análisis químico
tradicional es posible identificar los contaminantes presentes y se pueden
cuantificar sus niveles; es necesaria la realización de un análisis de
toxicidad para determinar los efectos tóxicos de estos vertidos.
3.1.5PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LOS MATERIALES
El magnetismo es un fenómeno físico por el cual, los
materiales, en mayor o menor medida, ejercen fuerzas de atracción o repulsión
sobre otros materiales. Algunos materiales conocidos presentan propiedades
magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus
aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo, todos los materiales
son influenciados, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo
magnético.
clasificación
Materiales Diamagnéticos: Esta propiedad existe entre átomos que poseen una estructura electrónica simétrica y no poseen momentos magnéticos permanentes (los momentos magnéticos producidos por un átomo anulan los momentos magnéticos producidos por otro átomo en un mismo material), forman enlaces iónicos o moléculas que comparten un par de electrones (enlace covalente).
Al aplicar un momento magnético externo estos materiales se magnetizan muy levemente y en sentido contrario al momento magnético externo. Un imán repele levemente estos materiales y no recuperan sus características al quitar el B externo.
Ejemplos de materiales diamagnéticos: Grafito – Cobre (Cu) – Plata (Ag) – Oro (Au) – Plomo (Pb) – Bismuto (Bi) – Cinc (Zn) – Cadmio (Cd) – Mercurio (Hg) – Antimonio (Sb) – Estaño (Sn) – Geranio (Ge) – Arsénico (As).
Materiales Paramagnéticos: Esta propiedad existe en átomos que poseen una estructura electrónica no equilibrada (valencia o capas internas incompletas) y por lo tanto poseen un momento magnético propio, aunque débil. Al aplicar un B externo el B propio (que produce el mismo material) tienden a tomar la misma dirección y sentido del B externo; magnetización débil. Un imán atrae levemente a estos materiales.
Ejemplos de materiales paramagnéticos: Litio (Li) – Aluminio (Al)- Magnesio (Mg) –Cromo (Cr) – Vanadio (V) - Titanio (Ti) – Molibdeno (Mo) - Renio (Re) – Wolframio (W)
Materiales Ferromagnéticos: Estos elementos poseen capas “d” incompletas y además tienen alineados su Spin con los átomos adyacentes, sin un B externo aplicado; esto ocurre en un volumen de cierta magnitud que se llama “Dominio”. De todos los elementos solamente son ferromagnéticos el Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni) y Gadolinio (Gd).
Se ha comprobado que el 93% al 100% del ferromagnetismo proviene del momento magnético spin, y el resto (si hay) del momento magnético del orbital.
Estos materiales presentan un momento magnético propio relativamente fuerte en ausencia de un B externo (como el que produce una bobina). B externos pequeños producen una alta magnetización del material y se obtiene rápidamente una orientación total del B propio en la dirección y sentido del B externo.
Si una carga en movimiento atraviesa un campo magnético, la misma sufre la acción de una fuerza (denominada fuerza magnética). Esta fuerza no modifica el módulo de la velocidad pero sí la trayectoria Sobre un conductor por el cual circula electricidad y que se encuentra en un campo también aparece una fuerza magnética.
.
Ferrimagnetismo
• Algunos materiales cerámicos poseen un tipo de
magnetización permanente llamada ferrimagnetismo.
• Son similiares a los ferromagnéticos
• La diferencia
reside en el origen de los momentos magnéticos
• Se produce un momento ferrimagnético neto debido a que
los momentos de espín no se cancelan completamente.
Influencia
de la temperatura en el comportamiento magnético
La temperatura aumentalas vibraciones térmicas de los
átomos deselinean
los momentos
Los materiales ferromagnéticos, antiferromagnéticos y
ferrimagnéticos disminuyen su magnetización de satruación al aumentar la
Temperatura.
ANTIFERROMAGNETISMO
• el acoplamiento entre los momentos magnéticos de átomos
o iones contiguos produce un alineamiento antiparalelo. • el alineamiento de
los momentos de los espines de átomos o iones vecinos en es en direcciones opuestas. • el mno exhibe este
comportamiento
los iones o2- no presentan momento magnético neto los
iones mn2+ tienen momento magnético neto producido por el espín.
los momentos magnéticos opuestos se cancelan entre sí y
en consecuencia el sólido no posee momento magnético macroscópico.
EQUIPO 1:
·
MIGUEL
ÀNGEL MAYA AGUILAR
·
VICTOR
MANNUEL ALCANTARA MARTINEZ
·
DANIELA
VILLEGAS ROMERO
·
ARELI
CANTINCA GARCÌA
·
ALFREDO
ROBLES TINOCO
·
EDUARDO
PALACIOS COSME
·
LAURA
ITZEL BERNAL REYES
·
SALLARI
MICHEL CAMARENA ALCANTAR
·
BEATRIZ
CARDOSO SAAVEDRA
·
JOSÉ
ANDRÉS GONZÁLEZ HERNÁNDEZ
