capitulos 4 5 fundamentos

8/17/2019 Capitulos 4 5 Fundamentos

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INTEGRANTES:

JONATHAN CARAGUAY

ALBEIRO PACHECO

RICKI ROMERO

GUSTAVO ASITIMBAY

Ing. Marco Amaya


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Ca!"#$o %MATERIALES PARA INGENIER&A

%.' METALES Y ALEACIONES

%.'.' ALEACIONES (ERROSAS

Las aleaciones ferrosas tienen como elemento mayoritario el Fe y engeneral, son aleaciones fuertes, maleables, de bajo costo yrelativamente fáciles de obtener. La mayor producción de estas son

los aceros, aleaciones Fe – C, a los que cambiando el porcentaje deestos elementos y agregando algunos otros, se les pueden dar

propiedades especícas, dependiendo de la industria a la que se vana aplicar.

La industria del acero se divide en varias ramas!"ceros al carbón, con uso en construcción

"ceros ino#idables, para maquinado de pie$as, platería e instrumentalquir%rgico

"ceros para &erramientas, a los que se les agrega ' y (o para

endurecerlos

"leaciones de acero con distintos elementos. )stos ya son de usosmás especícos de acuerdo al elemento agregado

"leaciones ultra resistentes *de baja aleación+, que son los aceros de

%ltima generación.

%.'.) (UN*ICIONES *E HIERRO

Las fundiciones son aleaciones &ierrocarbono donde el contenido decarbono varía entre -,/0 y 1,120 *aunque estos porcentajes no son

completamente rígidos+. Com%nmente las más usadas están entre losvalores de -,30 y /,30, ya que las de mayor contenido de carbono

carecen de valor práctico en la industria. "demás de &ierro y carbono,

lleva otros elementos de aleación como silicio, manganeso, fósforo,a$ufre y o#ígeno.

4eguirán el diagrama de equilibrio estable *FeC+ *o su porción FeFe5C+ o metaestable dependiendo de distintos factores,

principalmente de si se produce o no la grati$ación.

6btienen su forma denitiva por colada industrial, permitiendo lafabricación con relativa facilidad de pie$as de grandes dimensiones y

peque7as complicadas. 4on más baratas que los aceros y defabricación más sencilla por emplearse instalaciones menos costosas

y reali$arse la fusión a temperaturas más bajas *además son fácilesde mecani$ar+. "ctualmente, se fabrican fundiciones con e#celentes


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propiedades mecánicas, &aci8ndole la competencia a los aceros

tradicionales.

4e dividen en dos tipos!

Fundiciones grises:

9resentan el carbono en forma de grato laminar.

4uelen estar aleados con silicio *elemento muy grati$ante+.

:na lenta velocidad de enfriamiento favorece la formación de una

fundición gris ya que la lentitud en las reacciones favorece que seformen los constituyentes más estables! la Cementita se transforma

en ferrita y grato *grati$ación+. 4on fácilmente mecani$ables yaque el grato favorece la salida de la viruta.

Fundiciones blancas:)l carbono aparece en forma de cementita.

La cantidad de silicio es mínima.

Las velocidades rápidas de enfriamiento favorece la formación de la

cementita.

;ienen una alta resistencia mecánica y dure$a, pero tambi8n granfragilidad *propiedades debidas a la cementita+, por lo que son

difíciles de mecani$ar.

%.'.+ TRATAMIENTOS TERMICOS *EL ACERO

4e conoce como tratamiento t8rmico al conjunto de operaciones de

calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas detemperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de losmetales o las aleaciones en estado sólido, con el n de mejorar sus

propiedades mecánicas, especialmente la dure$a, la resistencia y laelasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento t8rmico

son, básicamente, el acero y la fundición, formados por &ierro ycarbono. ;ambi8n se aplican tratamientos t8rmicos diversos a los

cerámicos.

Los tratamientos t8rmicos &an adquirido gran importancia en laindustria en general, ya que con las constantes innovaciones se van

requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste comoa la tensión. Los principales tratamientos t8rmicos son!

T,m$,: 4u nalidad es aumentar la dure$a y la resistencia del acero.9ara ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente máselevada que la crítica superior "c *entre


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R,-,n/o: 4ólo se aplica a aceros previamente templados, paradisminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de ladure$a y aumentar la tenacidad. )l revenido consigue disminuir la

dure$a y resistencia de los aceros templados, se eliminan lastensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al

acero con la dure$a o resistencia deseada. 4e distingue básicamentedel temple en cuanto a temperatura má#ima y velocidad deenfriamiento.

R,coc/o: Consiste básicamente en un calentamiento &asta latemperatura de austeni$ación *?==C+ seguido de unenfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la

elasticidad, mientras que disminuye la dure$a. ;ambi8n facilita elmecani$ado de las pie$as al &omogenei$ar la estructura, anar el

grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el

trabajo en frío y las tensiones internas.

Norma$0a/o: ;iene por objetivo dejar un material en estado normal,es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribuciónuniforme del carbono. 4e suele emplear como tratamiento previo al

temple y al revenido.

%.'.% ALEACIONES NO (ERROSAS

4on aleaciones que no contienen erro, o contienen cantidadesrelativamente peque7as de &ierro, algunos ejemplos, aluminio, cobre,

$inc, esta7o y níquel. 4us propiedades son lata resistencia a lacorrosión, elevada conductividad el8ctrica y t8rmica, baja densidad y

facilidad de producción. :na aleación es una me$cla sólida&omog8nea de dos o más metales, o de uno o más metales con

algunos elementos no metálicos. )stas aleaciones pueden ser portratamiento t8rmico o por precipitación.

%.'.1 APLICACIONES *E LOS METALES Y LAS ALEACIONES

METALES

)laboración de &erramientas, instrumentos y elementos para las

construcciones civiles, de buques y automóviles. Casas y edicios*)structuras resistentes fabricadas en acero dan forma a edicios,

rascacielos y viviendas unifamiliares. 9uentes! modernos, colgantes,de arco, de vigas triangulados. )sculturas contemporáneas. @eleros,

buques, )nvases, 9ilotes, "puntaladotes.

)l acero es más resistente y más duro que el &ierro forjado, *que esprácticamente &ierro puro+. :tensilios de cocina, Aarandillas.

ALEACIONES

Aronce! Las aplicaciones actuales su uso en partes mecánicasresistentes al roce y a la corrosión, tuercas para bombas de agua, en


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instrumentos musicales de buena calidad como campanas, gongs,

platillos de acompa7amiento, sa#ofones, y en la fabricación decuerdas de pianos, arpas y guitarras

Cuproníquel! utili$ado en la fabricación de &erramientas, llaves,

ciertas partes de avío, pero se utili$a principalmente para lafabricación de monedas.

"lnico! Los imanes de alnicoson ampliamente utili$ados en

aplicaciones industriales y de consumo donde se necesitan fuertesimanes permanentesB como en los motores el8ctricos, las pastillas de

guitarra el8ctrica, micrófonos, sensores, altavoces, y los imanes de&erradura.

(agnam! 4us aplicaciones incluyen partes mecánicas y la fabricación

de instrumentos quir%rgicos. )s un metal muy difícil de conseguir ya

que solo se usa para e#perimentos y construcción de solo algunosinstrumentos.

icrom! utili$ado en la confección de resistencias para elementoscalefactores, como secadores de pelo, &ornos el8ctricos, tostadoras y

se utili$an normalmente para &acer alambre de la resistencia, porquetiene una alta resistencia y resistencia a la o#idación a altas

temperaturas. Cuando se utili$a como un elemento de calefacción,alambre de la resistencia es por lo general se enrollan en bobinas.

%.'.) MATERIALES CERAMICO

4e entiende por material cerámico el producto de diversas materias

primas, especialmente arcillas, que se fabrican en forma de polvo opasta *para poder darles forma de una manera sencilla+ y que alsometerlo a cocción sufre procesos físicoquímicos por los que

adquiere consistencia p8trea. Dic&o de otro modo más sencillo, sonmateriales solidos inorgánicos no metálicos producidos mediante

tratamiento t8rmico. ;odos ellos se obtienen al &ornear materialesnaturales, como la arcilla o el caolín, junto con una serie de aditivos,

como colorantes, desengrasantes, etc., todo ello me$clado y cocido

en un &orno sucesivas veces.

Pro,/a/,2 g,n,ra$,2 /, $o2 ma",ra$,2 c,r3mco2

Comparados con los metales y plásticos son duros, no combustibles

y no o#idables.

4u gran dure$a los &ace un material ampliamente utili$ado comoabrasivo y como puntas cortantes de &erramientas.

Eran resistencia a altas temperaturas, con gran poder deaislamiento t8rmico y, tambi8n, el8ctrico.


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Eran resistencia a la corrosión y a los efectos de la erosión que

causan los agentes atmosf8ricos.

"lta resistencia a casi todos los agentes químicos.

:na característica fundamental es que pueden fabricarse enformas con dimensiones determinadas

Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos.

Casi siempre se fracturan ante esfuer$os de tensión y presentan pocaelasticidad.

4e clasican en materiales cristalinos y no cristalinos.

ESTRUCTURA CRISTALINA

:n gran n%mero de materiales cerámicos poseen estructuras típicas

como la estructura del aCl, de blenda *n4+ y de Guorita *CaF-+. 4inembargo la mayoría de los cerámicos tienen estructuras cristalinasmás complicadas y variadas. )ntre estas estructuras podríamos

destacar las más importantes como son!

H)structura perovsIita *Ca;i65+. )jemplo! Aa;i65, en la cual los ionesde bario y o#igeno forman una celda unidad c%bica centrada en las

caras con los iones bario en los v8rtices de la celda unidad, y losiones o#ido en el centro de las caras, el ion titanio se situará en elcentro de la celda unidad coordinado a seis iones o#ígeno.

H)structura del corindón *"l-65+. )s similar a una estructura&e#agonal compactaB sin embargo, a cada celda unidad estánasociados - iones de metal y ? de o#ígeno.

4E2"r#c"#ra /, ,2n,$a 5MgA$)O%+. Donde los iones o#igenoforman un retículo c%bico centrado en las caras y los iones metálicosocupan las posiciones tetra8dricas u octa8dricas dependiendo del tipo

de espinela en particular.

4E2"r#c"#ra /, gra6"o. ;iene una estructura &e#agonal compacta.

Cerámicos no cristalinos o cristalinosLos átomos se acomodan en conjuntos irregulares y aleatorios. Los

sólidos no cristalinos con una composición comparable a la de lascerámicas cristalinas se denominan vidrios. La mayor parte de los

vidrios que se comerciali$an son silicatos.

Los no cristalinos son el grupo más representativo dentro de loscerámicos. 4e solidican sin cristali$ar.

VI*RIO: )l vidrio es semejante a un líquido subenfriado. )l vidrio estáformado por la unión de tetraedros en de sílice y tiene una estructurareticular. Jay tres tipos de vidrios!


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@idrio de silicato!

4ílice fundida, obtenida a partir de 4i6-.

;iene alto punto de fusión.

;iene ó#idos adicionales que act%an como ó#idos formadores devidrio.

La sílice se comporta como formadora de vidrios.

Los ó#idos intermedios, de plomo o de aluminio no forman vidrios por

si solos sino que se incorporan a la estructura reticular de losformadores de vidrio.

La adición de modicadores, como el ó#ido de calcio o de sodio,

provocan la desvitricación o cristali$ación.

@idrios modicados!

Los ó#idos modicadores rompen la red de sílice cuando la relacióno#igeno sílice se incrementan signicativamente.

V/ro2 no 2$ca"a/o2:

@idrios producidos a partir de AeF-, Ee6-, fosfato de aluminio o deboro.

)structura tetra8drica.

)l vidrio de Aorato *A-65+ combina unidades triangulares en formade tetraedro.

APLICACIONES *E LOS CERAMICOS

4u uso inicial! la elaboración de recipientes.

(ás adelante se utili$ó para modelar gurillas y actualmente seemplea como aislante el8ctrico y t8rmico en &ornos, motores y en

blindaje.

Los materiales cerámicos porosos sus aplicaciones con las arcillascocidas es en baldosas, ladrillos, tejas, jarrones, etc.

Los materiales cerámicos refractarios sus aplicaciones son en ladrillosrefractarios y electrodom8sticos donde se lleva a caboinvestigaciones.

Los materiales cerámicos impermeables y semipermeables, tenemosel gres cerámico y la porcelana para pilas de cocina, bajillas y en laindustria.


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6tras aplicaciones debido a sus propiedades t8rmicas, el8ctricas y

mecánicas en muc&os ámbitos industriales como por ejemplo en elsistema de protección t8cnica para ve&ículos orbitales como el

transbordado espacial en forma de losetas.

;ambi8n en la industria el8ctrica y magn8tica como imanes parabocinas.

%.'.+ POL&MEROS

Los polímeros se denen como macromol8culas compuestas por una

o varias unidades químicas *monómeros+ que se repiten a lo largo detoda una cadena.

:n polímero es como si uni8semos con un &ilo muc&as monedas

perforadas por el centro, al nal obtenemos una cadena de monedas,

en donde las monedas serían los monómeros y la cadena con lasmonedas sería el polímero.

La parte básica de un polímero son los monómeros, los monómerosson las unidades químicas que se repiten a lo largo de toda la cadena

de un polímero, por ejemplo el monómero del polietileno es el etileno,el cual se repite # veces a lo largo de toda la cadena.

Clasicación y características de los polímeros

4eg%n su origen!

H 9olímeros naturales. )#isten en la naturale$a muc&os polímerosy las biomol8culas que forman los seres vivos son macromol8culaspolim8ricas. 9or ejemplo, las proteínas, los ácidos nucleicos, los

polisacáridos *como la celulosa y la quitina+, el &ule o cauc&o natural,la lignina, etc.

H 9olímeros semisint8ticos. 4e obtienen por transformación de

polímeros naturales. 9or ejemplo, la nitrocelulosa, el cauc&ovulcani$ado, etc.

H 9olímeros sint8ticos. (uc&os polímeros se obtienen

industrialmente a partir de los monómeros. 9or ejemplo, el nailon, elpoliestireno, el 9olicloruro de vinilo *9@C+, el polietileno, etc.

4eg%n su mecanismo de polimeri$ación!

H 9olímeros de adición. La polimeri$ación no implica la liberaciónde ning%n compuesto de baja masa molecular. )sta polimeri$ación segenera cuando un Kcatali$adorK, inicia la reacción. )ste catali$ador

separa la unión doble carbono en los monómeros, luego aquellos

monómeros se unen con otros debido a los electrones libres, y así sevan uniendo uno tras uno &asta que la reacción termina.


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H 9olímeros de condensación. La reacción de polimeri$ación

implica a cada paso la formación de una mol8cula de baja masamolecular, por ejemplo agua.

H 9olímeros formados por reacción en cadena. 4e requiere un

iniciador para comen$ar la polimeri$aciónB un ejemplo es lapolimeri$ación de alquenos *de tipo radicalario+. )n este caso el

iniciador reacciona con una mol8cula de monómero, dando lugar a unradical libre, que reacciona con otro monómero y así sucesivamente.

La concentración de monómero disminuye lentamente. "demás de lapolimeri$ación de alquenos, incluye tambi8n polimeri$ación donde lascadenas reactivas son iones *polimeri$ación catiónica y aniónica+.

H 9olímeros formados por reacción por etapas. )l peso moleculardel polímero crece a lo largo del tiempo de manera lenta, por etapas.)llo es debido a que el monómero desaparece rápidamente, pero no

da inmediatamente un polímero de peso molecular elevado, sino unadistribución entre dímeros, trímeros, y en general, oligómerosB

transcurrido un cierto tiempo, estos oligómeros empie$an areaccionar entre sí, dando lugar a especies de tipo polim8rico. )sta

categoría incluye todos los polímeros de condensación de Carot&ers yademás algunos otros que no liberan mol8culas peque7as pero sí se

forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos.

4eg%n su composición química!H 9olímeros orgánicos. 9osee en la cadena principal átomos decarbono.

H 9olímeros orgánicos vinílicos. La cadena principal de susmol8culas está formada e#clusivamente por átomos de carbono.

Dentro de ellos se pueden distinguir!

H 9oliolenas, formados mediante la polimeri$ación de olenas.

)jemplos! polietileno y polipropileno.H 9olímeros estir8nicos, que incluyen al estireno entre sus

monómeros.

)jemplos! poliestireno y cauc&o estirenobutadieno.

H 9olímeros vinílicos &alogenados, que incluyen átomos de&alógenos *cloro, G%or...+ en su composición.

)jemplos! 9@C y 9;F).

H 9olímeros acrílicos. )jemplos! 9((".


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H 9olímeros orgánicos no vinílicos. "demás de carbono, tienen

átomos de o#ígeno o nitrógeno en su cadena principal.

"lgunas subcategorías de importancia!

H 9oli8steres

H 9oliamidas

H 9oliuretanos

9olímeros inorgánicos. )ntre otros!

H Aasados en a$ufre. )jemplo! polisulfuros.

H Aasados en silicio. )jemplo! silicona.

4eg%n sus aplicaciones!

"tendiendo a sus propiedades y usos nales, los polímeros puedenclasicarse en!

H )lastómeros. 4on materiales con muy bajo módulo de

elasticidad y alta e#tensibilidadB es decir, se deforman muc&o alsometerlos a un esfuer$o pero recuperan su forma inicial al eliminar el

esfuer$o. )n cada ciclo de e#tensión y contracción los elastómerosabsorben energía, una propiedad denominada resiliencia.

H "d&esivos. 4on sustancias que combinan una alta ad&esión y

una alta co&esión, lo que les permite unir dos o más cuerpos porcontacto supercial.

H Fibras. 9resentan alto módulo de elasticidad y baja

e#tensibilidad, lo que permite confeccionar tejidos cuyas dimensionespermanecen estables

H 9lásticos. 4on aquellos polímeros que, ante un esfuer$o

sucientemente intenso, se deforman irreversiblemente, no pudiendovolver a su forma original. Jay que resaltar que el t8rmino plástico seaplica a veces incorrectamente para referirse a la totalidad de los

polímeros.H ecubrimientos. 4on sustancias, normalmente líquidas, que sead&ieren a la supercie de otros materiales para otorgarles alguna

propiedad, por ejemplo resistencia a la abrasión.

4eg%n su comportamiento al elevar su temperatura!

9ara clasicar polímeros, una de las formas empíricas más sencillas

consiste en calentarlos por encima de cierta temperatura. 4eg%n si elmaterial funde y Guye o por el contrario no lo &ace se diferencian trestipos de polímeros!


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H )lastómero, plásticos con un comportamiento elástico que

pueden ser deformados fácilmente sin que se rompan sus enlaces omodique su estructura

H ;ermoestables, que no Guyen, y lo %nico que conseguimos al

calentarlos es que se descompongan químicamente, en ve$ de Guir.)ste comportamiento se debe a una estructura con muc&os

entrecru$amientos, que impiden los despla$amientos relativos de lasmol8culas.

H ;ermoplásticos, que Guyen *pasan al estado líquido+ al

calentarlos y se vuelven a endurecer *vuelven al estado sólido+ alenfriarlos. 4u estructura molecular presenta pocos *o ning%n+

entrecru$amientos. )jemplos! polietileno *9)+, polipropileno *99+,cloruro de polivinilo 9@C...

)structura de los polímeros

9ara abordar este estudio se &ace referencia a la estructura química y

estructura física.

H La estructura química &ace referencia a la construcción de lamol8cula original, en el cual se estudia el efecto de la naturale$a de

los átomos que constituyen en la cadena principal y los sustituyentes

de la mismas, las uniones entre los monómeros, el peso molecular ysu distribuciónB así como, el efecto de las ramicaciones oentrecru$amientos en la cadena principal. De igual manera las

diferentes conguraciones que pueden adoptar los sustituyentes de lacadena principal condicionan las propiedades de los polímeros y son

parte de su estructura química.

H La estructura física al ordenamiento de unas mol8culas respeto aotras. Jace referencia a la orientación y cristalinidad, que dependen

en gran medida de la estructura química.

E2"r#c"#ra 7#!mca

E2"r#c"#ra mo$,c#$ar

Las t8cnicas modernas de síntesis de polímeros permiten un gran

control sobre varias posibilidades estructurales.

"lgunos polímeros no pertenecen a un solo grupo, por ejemplo unpolímero predominantemente lineal puede tener alg%n n%mero

limitado de ramas y de entrecru$amientos o de reticulaciónbidimensional.


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To /, 3"omo ,n $a ca/,na rnca$ y 2#2""#y,n",2

)n los polímeros la unión de monómeros se reali$a siempre mediante

enlaces covalente. 9or lo tanto, sus orbitales se dispondrán formandoun tetraedro en torno al átomo de carbono y el ángulo de enlace de

dos carbonos consecutivos será de apro#. de =


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que la de transición vítrea. 6bviamente, los polímeros amorfos sólo

presentan temperatura de transición vítrea.

La transición vítrea es una cierta temperatura *distinta para cadapolímero+ llamada temperatura de transición vítrea, o ;g. Cuando el

polímero es enfriado por debajo de esta temperatura, se vuelve rígidoy quebradi$o, igual que el vidrio. "lgunos polímeros son empleados a

temperaturas por encima de sus temperaturas de transición vítrea yotros por debajo. Los plásticos duros como el poliestireno y el poli

*metil metacrilato+, son usados por debajo de sus temperaturas detransición vítreaB es decir, en su estado vítreo. 4us ;g están muy porencima de la temperatura ambiente, ambas alrededor de los == MC.

Los cauc&os elastómeros como el poliisopreno y el poliisobutileno, sonusados por encima de sus ;g, es decir, en su estado cauc&o, donde

son blandos y Ge#ibles.

De acuerdo a la gura nM .? * siguiente+ se observa que atemperaturas altas, los polímeros se vuelven líquidos muy viscosos en

el que puede pasar rápidamente de una conformación a otra y alenfriarlo, se vuelve cada ve$ más elástico &asta que llega a la

temperatura de transición vítrea, ;g, se convierte en un sólido duro,rígido y frágil. Debido a que disminuye la temperatura, el polímero se

contrae porque las cadenas se mueven menos y se atraen más. Dadoque va disminuyendo el volumen libre, es decir, los espacios entre las

mol8culas, los segmentos de las cadenas tienen cada ve$ menos

lugar para girar, &asta que al llegar a ;g, dejan de &acerlo, el materialse pone rígido y en esas condiciones se vuelve vítreo, es decir frágil,porque como sus cadenas aunque todavía vibran ya no pueden girarpara cambiar su posición, y no tienen manera de amortiguar los

impactos. " esta restricción del movimiento molecular tambi8ncontribuye por supuesto, la falta de suciente energía debida a las

bajas temperaturas.

A$cacon,2 y ro,/a/,2 /, $o2 o$!m,ro2

Pro,/a/,2 /, $o2 o$!m,ro2

Pro,/a/,2 ,$;c"rca2

Los polímeros industriales en general suelen ser malos conductores

el8ctricos, por lo que se emplean masivamente en la industriael8ctrica y electrónica como materiales aislantes. Las baquelitas

*resinas fenólicas+ sustituyeron con ventaja a las porcelanas y elvidrio en el aparellaje de baja tensión &ace ya muc&os a7osBtermoplásticos como el 9@C y los 9), entre otros, se utili$an en la

fabricación de cables el8ctricos, llegando en la actualidad a tensionesde aplicación superiores a los -= N@, y casi todas las carcasas de los

equipos electrónicos se construyen en termoplásticos de magnícaspropiedades mecánicas, además de el8ctricas y de gran duración y


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resistencia al medio ambiente, como son, por ejemplo, las resinas

"A4.

9ara evitar cargas estáticas en aplicaciones que lo requieran, se &agenerali$ado el uso de antiestáticos que permite en la supercie del

polímero una conducción parcial de cargas el8ctricas.

)videntemente la principal desventaja de los materiales plásticos enestas aplicaciones está en relación a la p8rdida de características

mecánicas y geom8tricas con la temperatura. 4in embargo, ya sedispone de materiales que resisten sin problemas temperaturas

relativamente elevadas *superiores a los -== >C+.

Las propiedades el8ctricas de los polímeros industriales estándeterminadas principalmente, por la naturale$a química del material

*enlaces covalentes de mayor o menor polaridad+ y son poco

sensibles a la microestructura cristalina o amorfa del material, queafecta muc&o más a las propiedades mecánicas. 4u estudio seacomete mediante ensayos de comportamiento en campos el8ctricos

de distinta intensidad y frecuencia. 4eguidamente se anali$an lascaracterísticas el8ctricas de estos materiales.

Los polímeros conductores fueron desarrollados en )studios de difracción de rayos O sobre muestras de polietilenocomercial, muestran que este material, constituido por mol8culas que

pueden contener desde === &asta 3= === grupos CJ- – CJ-presentan regiones con un cierto ordenamiento cristalino, y otras

donde se evidencia un carácter amorfo! a 8stas %ltimas se lesconsidera defectos del cristal. )n este caso las fuer$as responsablesdel ordenamiento cuasicristalino, son las llamadas fuer$as de van der

'aals. )n otros casos *nylon 11+ la responsabilidad del ordenamientorecae en los enlaces de J.

La temperatura tiene muc&a importancia en relación al

comportamiento de los polímeros. " temperaturas más bajas lospolímeros se vuelven más duros y con ciertas características vítreas,

debido a la p8rdida de movimiento relativo entre las cadenas queforman el material. La temperatura a la que funden las $onas

cristalinas se llama temperatura de fusión *;f+. 6tra temperaturaimportante es la de descomposición y es conveniente que sea

bastante superior a ;f.

La2 ro,/a/,2 m,c3nca2

4on una consecuencia directa de su composición, así como de laestructura molecular, tanto a nivel molecular como supermolecular.


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"ctualmente las propiedades mecánicas de inter8s son las de los

materiales polímeros y 8stas &an de ser mejoradas mediante lamodicación de la composición o morfología! por ejemplo, cambiar la

temperatura a la que los polímeros se ablandan y recuperan el estadode sólido elástico o tambi8n el grado global del orden tridimensional.

ormalmente el incentivo de estudios sobre las propiedadesmecánicas es generalmente debido a la necesidad de correlacionar larespuesta de diferentes materiales bajo un rango de condiciones con

objeto de predecir el comportamiento de estos polímeros enaplicaciones prácticas.

Durante muc&o tiempo los ensayos &an sido reali$ados para

comprender el comportamiento mecánico de los materiales plásticosa trav8s de la deformación de la red de polímeros reticulados y

cadenas moleculares enredadas, pero los esfuer$os para describir la

deformación de otros polímeros sólidos en t8rminos de procesosoperando a escala molecular son más recientes. 9or lo tanto, seconsiderarán los diferentes tipos de respuesta mostrados por los

polímeros sólidos a diferentes niveles de tensión aplicadosBelasticidad, viscoelasticidad, Gujo plástico y fractura.

A$cacon,2 /, $o2 o$!m,ro2

A#"omo"r0.

La industria automotri$ &a recibido con gran aceptación la innidad

de artículos que pueden ser fabricados de resina con refuer$o de brade vidrio.

9artes automotrices peque7as, asientos, porta equipajes o la

elaboración de carrocerías completas son sólo un ejemplo de losalcances que tiene este tipo de aplicación.

)l avance tecnológico que se genera en la industria, día con día &ace

indispensable la creación de materiales más innovadores, altamenteresistentes, ligeros y considerablemente económicos.

La resina poli8ster &a cumplido con los requisitos y al conjugarse con

un material como la bra de vidrio &a dado como resultado unproducto de gran demanda en el mercado automotri$.

Concr,"o.

La fabricación de concreto polim8rico para fac&adas, domos,estructuras, pisos e incluso para casas prefabricadas es sólo unejemplo de la innidad de posibilidades que e#isten en esta industria.

4u magníco desempe7o &a generado una enorme demanda en estaindustria, pues &a demostrado ser un producto con e#celentes

propiedades y características que pueden modicarse de acuerdo alas necesidades de aplicación.


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M#,$,ra.

:na industria de resiente incursión es la mueblera. Las propiedades

de Ge#ibilidad, resistencia a la corrosión, a la intemperie y a altastemperaturas &an &ec&o del plástico refor$ado el material idóneo

para la fabricación de puertas y molduras de imitación madera.

M#,$,2 /, a=o.

)s sólo una de las innumerables aplicaciones que se &a encontradoen la industria sanitaria a la esina poli8ster refor$ada con bra de

vidrio.

4u insuperable versatilidad te permite &acer con este productoinnidad de artículos con alta resistencia a la corrosión, a

temperaturas altas, al impacto y con acabados y te#turas de gran

belle$a. La conjunción de resina, bra de vidrio y complementos &andado como resultado productos

Ar",2ana$.

"ctualmente esta industria &a alcan$ado un enorme auge comercialpor la innidad de artículos que pueden elaborarse con las esinas

poli8ster.

"demás de ser una actividad recreativa, la fabricación de gurasartesanales se &a vuelto un negocio altamente rentable. 4u facilidad

de fabricación y el bajo costo de inversión que representa &a

generado una enorme demanda de los productos destinados paraestos nes.

esinas especiales para vaciados, encapsulados o moldesB el cauc&ode silicón, indispensable para la fabricación de moldes de larga vida

%til, moldes de poliuretano para vaciados de gurasB son sólo unamuestra de las posibilidades que se pueden elegir en el mundo de las

resinas poli8ster.

%.'.% Ma",ra$,2 com#,2"o2

Los materiales compuestos son aquellos que están formados por

combinaciones de metales, cerámicos y polímeros. Las propiedadesque se obtienen de estas combinaciones son superiores a la de losmateriales que los forman por separado, lo que &ace que su

utili$ación cada ve$ sea más imponente sobre todo en aquellas pie$as

en las que se necesitan propiedades combinadas, en la que unmaterial *polímero, metal o cerámico+ por sí solo no nos puede


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brindar. Las propiedades que se obtienen son un producto de la

combinación de los refuer$os que se utilicen y de la matri$ quesoporta al refuer$o en los materiales compuestos, el cual tambi8n

juega un papel importante en la aplicación por lo que resultanecesario &acer referencia a las propiedades que se obtienen al

combinar refuer$omatri$.

)n general, la desventaja más clara de los materiales compuestos esel precio. Las características de los materiales y de los procesos

encarecen muc&o el producto. 9ara ciertas aplicaciones las elevadaspropiedades mecánicas, tales como la alta rigide$ especíca, la buenaestabilidad dimensional, la tolerancia a altas temperaturas, la

resistencia a la corrosión, la ligere$a o una mayor resistencia a lafatiga que los materiales clásicos compensan el alto precio

"demás del refuer$o y la matri$ e#isten otros tipos de componentes

como cargas y adictivos que dotan a los materiales compuestos decaracterísticas peculiares para cada tipo de fabricación y aplicación.

Las propiedades de los materiales compuestos dependen de una seriede factores!

a+ propiedades de la matri$ y del refuer$o

b+ contenido de refuer$o

c+ orientación del refuer$o

d+ m8todo de producción del material compuesto

Carac",r!2"ca2 /, $o2 ma",ra$,2 com#,2"o2

Los materiales son compuestos cuando cumplen las siguientescaracterísticas!

H )stán formados por dos o más componentes distinguibles

físicamente y separables mecánicamente.

H 9resentan varias fases químicamente distintas, completamenteinsolubles entre sí y separadas por una interfase.

H 4us propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de

las propiedades de sus componentes *sinergia+.

H o pertenecen a los materiales compuestos los materialespolifásicos, como las aleaciones metálicas, en las que mediante un

tratamiento t8rmico se cambia la composición de las fasespresentes.-

)stos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales quecombinen las propiedades de los cerámicos, los plásticos y los


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metales. 9or ejemplo, en la industria del transporte son necesarios

materiales ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bienla corrosión y el desgaste, propiedades 8stas que rara ve$ se dan

juntas.

" pesar de &aberse obtenido materiales con unas propiedadese#cepcionales, las aplicaciones prácticas se ven reducidas por

algunos factores que aumentan muc&o su costo, como la dicultad defabricación o la incompatibilidad entre materiales.

La gran mayoría de los materiales compuestos son creados

articialmente, pero algunos, como la madera y el &ueso, aparecenen la naturale$a.

To2 /, ma",ra$,2 com#,2"o2

Los materiales compuestos se pueden dividir en cuatro grandesgrupos!

(ateriales compuestos refor$ados con partículas

)stán compuestos por partículas de un material duro y frágildispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matri$ más

blanda y d%ctil.

;ipos!

H Compuestos endurecidos por dispersión.

H Compuestos con partículas propiamente dic&as.

Ma",ra$,2 com#,2"o2 ,n/#r,c/o2 or /2,r28n

)l tama7o de la partícula es muy peque7o *diámetro entre == y

-3== P+. " temperaturas normales, estos compuestos no resultan másresistentes que las aleaciones, pero su resistencia disminuye con el

aumento de la temperatura. 4u resistencia a la termoGuencia essuperior a la de los metales y aleaciones.

S#2 rnca$,2 ro,/a/,2 2on:

H La fase es generalmente un ó#ido duro y estable.

H )l agente debe tener propiedades físicas óptimas.

H o deben reaccionar químicamente el agente y la fase.

H Deben unirse correctamente los materiales.

Ma",ra$,2 com#,2"o2 r,


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llamado matri$, que suele ser una resina como epo#y o poli8ster,

envuelve y liga las bras, transriendo la carga de las bras rotas alas intactas y entre las que no están alineadas con las líneas de

tensión. ;ambi8n, a menos que la matri$ elegida sea especialmenteGe#ible, evita el pandeo de las bras por compresión. "lgunos

compuestos utili$an un agregado en lugar de una matri$.

)n t8rminos de fuer$a, las bras *responsables de las propiedadesmecánicas+ sirven para resistir la tracción, la matri$ *responsable de

las propiedades físicas y químicas+ para resistir las deformaciones, ytodos los materiales presentes sirven para resistir la compresión,incluyendo cualquier agregado.

Ma",ra$,2 com#,2"o2 ,2"r#c"#ra$,2

)stán formados tanto por compuestos como por materiales sencillos y

sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y desu dise7o. Los más abundantes son los laminares y los llamadospaneles sándQic&.

Los laminares están formadas por paneles unidos entre si por alg%n

tipo de ad&esivo u otra unión. Lo más usual es que cada lámina est8refor$ada con bras y tenga una dirección preferente, más resistente

a los esfuer$os. De esta manera obtenemos un materialisótropo,uniendo varias capas marcadamente anisótropas. )s el caso, porejemplo, de la madera contrac&apada, en la que las direcciones de

má#ima resistencia forman entre sí ángulos rectos.Los paneles sándQic& consisten en dos láminas e#teriores de elevadadure$a y resistencia, *normalmente plásticos refor$ados, aluminio o

incluso titanio+, separadas por un material menos denso y menosresistente, *polímeros espumosos, cauc&os sint8ticos, madera balsa o

cementos inorgánicos+. )stos materiales se utili$an con frecuencia enconstrucción, en la industria aeronáutica y en la fabricación de

condensadores el8ctricos multicapas.

Ca!"#$o 1PROPIE*A*ES (&SICAS *E LOS MATERIALES PARA INGENIER&A.

*,6nc8n: son las que describen características como color,elasticidad, conductividad el8ctrica o t8rmica, magnetismo y el

comportamiento óptico, que en general no están inGuidas en formasignicativa por las fuer$as que act%an sobre un material, las

principales características físicas son las siguientes!

Br$$o! reGejan la lu$ que incide en su supercie.

*#r,0a! la supercie de los metales opone resistencia a dejarse rayarpor objetos agudos.


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T,nac/a/! los elementos presentan mayor o menor resistencia aromperse cuando ejercen sobre ellos una presión.

*#c"$/a/: los metales son fácilmente estirados en &ilos nos*alambres+, sin romperse.

Ma$,a$/a/: ciertos metales, tales como el oro, la plata y el cobre,presentan la propiedad de ser reducidos a delgadas láminas, sinromperse.

Con/#c"-/a/: Calórica! los metales absorben y conducen laenergía calórica.

Con/#c"-/a/ E$;c"rca: los metales permiten el paso de lacorriente el8ctrica a trav8s de su masa.

*,n2/a/: la inmensa mayoría de los metales presentan altas

densidades.

(#2$/a/! la inmensa mayoría de los metales presentanelevadísimos puntos difusión, en mayor o menor medida para serfundidos.

1.'. Pro,/a/,2 m,c3nca2.

*,6nc8n: propiedades de un material, como la resistencia, quedescriben que tanto resiste las fuer$as aplicadas, incluyendo fuer$asde tensión o de compresión, de impacto, cíclicas o de fatiga, o las

fuer$as a altas temperaturas, entre las principales características sonlas siguientes!

R,22",nca: Capacidad de soportar una carga e#terna si el metaldebe soportarla sin romperse se denomina carga de rotura y puedeproducirse por tracción, por compresión, por torsión o porci$allamiento, &abrá una resistencia a la rotura *IgRmmS+ para cada

uno de estos esfuer$os.

*#r,0a: 9ropiedad que e#presa el grado de deformaciónpermanente que sufre un metal bajo la acción directa de una carga

determinada. Los ensayos más importantes para designar la dure$ade los metales, son los de penetración, en que se aplica un

penetrador *de bola, cono o diamante+ sobre la supercie del metal,con una presión y un tiempo determinados, a n de dejar una &uella

que depende de la dure$a del metal, los m8todos más utili$ados sonlos de Arinell, ocIQell y @icIers.

E$a2"c/a/: Capacidad de un material elástico para recobrar suforma al cesar la carga que lo &a deformado. 4e llama límite elástico ala carga má#ima que puede soportar un metal sin sufrir una

deformación permanente. 4u determinación tiene gran importanciaen el dise7o de toda clase de elementos mecánicos, ya que se debe


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tener en cuenta que las pie$as deben trabajar siempre por debajo del

límite elástico, se e#presa en NgRmmS.

P$a2"c/a/: Capacidad de deformación permanente de un metal sinque llegue a romperse.

T,nac/a/: esistencia a la rotura por esfuer$os de impacto quedeforman el metal. La tenacidad requiere la e#istencia de resistenciay plasticidad.

(rag$/a/: 9ropiedad que e#presa falta de plasticidad, y portanto, de tenacidad. Los materiales frágiles se rompen en el límiteelástico, es decir su rotura se produce espontáneamente al rebasar la

carga correspondiente al límite elástico.

R,2$,nca: esistencia de un metal a su rotura por c&oque,

se determina en el ensayo C&arpy.($#,nca! 9ropiedad de algunos metales de deformarse lenta yespontáneamente bajo la acción de su propio peso o de cargas muypeque7as. )sta deformación lenta, se denomina tambi8n creep.

(a"ga! 4i se somete una pie$a a la acción de cargas periódicas*alternativas o intermitentes+, se puede llegar a producir su rotura concargas menores a las que producirían deformaciones.

1.). Pro,/a/,2 ,$;c"rca2.

*,6nc8n: Los metales tienen un potencial de electrodo, que serámayor o menor seg%n sea la capacidad de ceder o no electrones. )stacualidad nos permite clasicar los metales seg%n su potencial de

electrodo. " mayor potencial de electrodo el metales más noble y amenor potencial de electrodo es menos noble, es decir su capacidad

de o#idación es mayorB el potencial de o#idación es inverso alpotencial de electrodo. Las propiedades el8ctricas son la respuesta de

los materiales a estos cambios electroquímicos. )n la boca no seproducen muc&os fenómenos el8ctricos ni de gran intensidad, pero si

son de inter8s los siguientes!

PASIVACI>N! La o#idación de un metal forma ó#idos superciales, yaque todos los metales tienen la capacidad de reaccionar con el medio

que los rodea. )stos ó#idos estabili$an el metal y lo &acen menosreactivo, ya que desde el punto de vista químico los ó#idos son más

estables que el metal. )n algunos casos, e#isten metales como el ;itanio, íquel y Cromo que se o#idan tan rápido y tansupercialmente que el metal se vuelve inactivo, como si fuera noble,

es decir pierde su capacidad de o#idación. " este proceso se ledenomina pasivación.

CORROSI>N: Cuando el fenómeno de o#idación contin%a los ó#idosvan debilitando la estructura, ya que son químicamente más estables


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pero mecánicamente más d8biles, y puede perderse parte del metal.

" este fenómeno le denominamos corrosión y es siempre uninconveniente. ;odos estos fenómenos se deben a que dos metales en

la boca o un metal con dos fases *conductor de T clase+ en un medioelectrolítico que los pone en contacto, como la saliva *conductor de -T

clase+, forman una pila electro galvánica o celdas galvánicas, donde&ay un paso de corriente el8ctrica entre los dos metales, por diferentepotencial de electrodo y la o#idación del metal menos noble o con

mayor potencial de o#idación. 9or otro lado, la o#idación &ace que elmetal se deslustre y se pigmente, sin embargo esta propiedad es

beneciosa en algunos casos, ya que los ó#idos pueden sellar elespacio entre el metal de una restauración y el diente.

1.+. Pro,/a/,2 magn;"ca2.

Materiales Magnéticos: estos materiales son aquellos que poseenuna forma especiali$ada de energía que está relacionada con laradiación electromagn8tica, y sus propiedades y estructura se

distinguen de los demás por las características magn8ticas queposeen.

Pro,/a/,2 Magn;"ca2 Macro2c8ca2: son producto de losmomentos magn8ticos asociados con los electrones individuales.Cuando el electrón gira alrededor del n%cleo, se convierte en una

carga el8ctrica en movimiento, por lo que se genera un momentomagn8tico. Cada electrón gira alrededor de si mismo creando un

momento magn8tico.

)l momento magn8tico neto! de un átomo es la suma de losmomentos magn8ticos generados por los electrones. 4i incluyen los

momentos orbítales, de rotación, y el &ec&o de que los momentospueden cancelarse.

)n los átomos donde el nivel de energía de los electrones está

completamente llenos, todos los momentos se cancelan. )stosmateriales no puedes ser magneti$ado permanentemente *Eases

inertes y algunos materiales iónicos+.

De acuerdo a sus propiedades magn8ticas y cuando los materiales sesometen a un campo magn8tico, estos se pueden clasicar en!

*amagn;"co2: los materiales diamagn8ticos son Ud8bilmenterepelidosV por las $onas de campo magn8tico elevado. Cuando sesometen a un campo, los dipolos se orientan produciendo campos

magn8ticos negativos, contrarios al campo aplicado. Los valores desusceptibilidad de estos materiales son peque7a y negativa y su

permeabilidad pró#ima a la unidad. ;ambi8n estos materiales son una

forma muy d8bil de magnetismo, la cual es no permanente y persisteno solamente cuando se aplica un campo e#terno.


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Paramagn;"co2: los materiales paramagn8ticos son d8bilmenteatraídos por las $onas de campo magn8tico intenso. 4e observafrecuentemente en gases. Los momentos dipolares se orientan en

dirección al campo, y tiene permeabilidades pró#imas a la unidad y sususceptibilidad es peque7a pero positiva. )ste efecto desaparece al

dejar de aplicar el campo magn8tico. )s decir que el paramagnetismose produce cuando las mol8culas de una sustancia tienen unmomento magn8tico permanente. )l campo magn8tico e#terno

produce un momento que tiende a alinear los dipolos magn8ticos enla dirección del campo. La agitación t8rmica aumenta con la

temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campomagn8tico. )n las sustancias paramagn8ticas la susceptibilidad

magn8tica es muy peque7a comparada con la unidad.

(,rromagn;"co2: se caracteri$an por ser siempre metálicos, y su

intenso magnetismo no es debido a los dipolos. )ste magnetismopuede ser conservado o eliminado seg%n se desee, los 5 materialesferromagn8ticos son el &ierro, el cobalto y el níquel. La causa de este

magnetismo son los electrones desapareados de la capa 5d, quepresentan estos elementos. Como se &a indicado, los materiales

ferromagn8ticos afectan drásticamente las características de lossistemas en los que se los usa. Los materiales ferromagn8ticos no

son lineales. )sto signica que las relaciones entre *o entre y +no corresponden a líneas rectas. )n realidad, lo que ocurre es máscomplicado e interesanteB )sto signica que, cuando se somete al

material a un ciclo de operación, la magneti$ación *relación BH+sigue una curva complicada. )n general, se considera que el campo

e#citante es H *pues está directamente relacionado a la corriente+.9uede entonces ocurrir que HW=, y tanto B como M sean distintos de

cero! esto es lo que se conoce corrientemente como un imán.

La magneti$ación en los ferromagn8ticos se debe a la curva de&ist8resis. :na ve$ producida la magneti$ación se intenta eliminar el

campo magn8tico, pero para valor de campo magn8tico cero elmaterial sigue magneti$ado, y para poder desmagneti$arlo es

necesaria la aplicación de un campo negativo o fuer$a coercitiva.

Las curvas de &ist8resis varían a medida que varía la temperatura amedida que aumenta la temperatura la magneti$ación disminuye,

&asta llegar a la temperatura de Curie, en la que el material deja decomportarse como ferromagn8tico y pasa a comportarse como

paramagn8tico.

Los materiales ferromagn8ticos llegan a un momento en que aunquese siga aplicando el campo magn8tico no se magneti$an más y

alcan$a la inducción de saturación, y una ve$ retirado el campo no

pierde toda la magneti$ación sino que la guarda en lo que se conocecomo inducción remanente.


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)stos materiales son fuertemente atraídos por las $onas de campo

magn8tico intenso *presentan además fenómenos de &ist8resis ye#isten dominios ferromagn8ticos+. 4e observa en erro, níquel,

cobalto y aleaciones.

(,rr magn;"co2: es la base de la mayoría de los imanes metálicosde utilidad, los materiales magn8ticos cerámicos se basan en unfenómeno ligeramente diferente. )n cuanto a la &ist8resis, elcomportamiento es básicamente el mismo. 4in embargo, la estructura

cristalina de la mayoría de los materiales magn8ticos cerámicoscomunes implica un emparejamiento anti paralelo de los spines de loselectrones, reduciendo por tanto el movimiento magn8tico neto que

es posible alcan$ar en los metales. )ste fenómeno se distingue delferromagnetismo mediante un nombre ligeramente diferente

denominándose ferri magnetismo.

1.%. Pro,/a/,2 ";rmca2.

Denen el comportamiento de los materiales ante la energía t8rmica

o calor.

CON*UCTIVI*A*: ;anto la Conductividad como la Difusividad nosdan idea del paso de la energía t8rmica *calor+ a trav8s de la materia.

Cada uno de estos conceptos tiene su propia fórmula queconsideramos no necesaria conocer para comprender elcomportamiento t8rmico de los materiales. De estos dos conceptos

e#traemos uno nuevo que sí es fundamental para nosotros! el deaislante t8rmico.

AISLANTE TERMICO: Decimos que un material es un aislantet8rmico cuando bloquea el paso de calor o no lo transmite a sutrav8s. La capacidad de aislar de un material está en función directa

de su espesor y en ra$ón inversa de la raí$ cuadrada de suconductancia. )sto signica que en la efectividad de un aislante es

más importante que su espesor sea signicativo que la capacidadintrínseca que tenga el material para aislar. 9or ello para

que un aislante t8rmico funcione debe tener un espesor de -mm.Como mínimo.

COE(ICIENTE *E E?PANSION TERMICA: 4i calentamos un objeto leaportamos energía caloríca. )sta energía &ace que los electronesgiren en las órbitas alrededor del n%cleo con mayor amplitud lo cual

se transforma en que el objeto, formado por átomos, se &ace mayor."l retirar la fuente de energía el objeto se enfría y vuelve a su tama7ooriginal.


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1.1. Pro,/a/,2 8"ca2.

4e reeren a la reacción del material cuando la lu$ incide sobre 8l. "sí

tenemos!

Ma",ra$,2 oaco2: que no permiten que la lu$ los atraviese

Ma",ra$,2 "ran2ar,n",2: que dejan pasar la lu$.

Ma",ra$,2 "ran2$@c/o2: que permiten que penetre la lu$ pero nodejan ver nítidamente a trav8s de ellos.

)#isten otros materiales sensibles a la lu$ que reaccionan de algunamanera cuando la lu$ incide sobre ellos como los semiconductores

*LD, placas solares+ o que sufren reacciones químicas como laspelículas fotográcas, etc8tera

capitulos 4 5 fundamentos

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