leggero/pesante ▼ densità volumica ρ massa/volume = m / V

Presentazione sul tema: "leggero/pesante ▼ densità volumica ρ massa/volume = m / V"— Transcript della presentazione:

1 leggero/pesante ▼ densità volumica ρ massa/volume = m / V
1a proprietà generale: la densità ρ = massa/volume la densità è una proprietà intrinseca per ciascun materiale (dipende anche dalla temperatura) e ci consente, una volta stabilita la forma e dimensione dell’oggetto (o componente), di calcolarne la massa: u.m., SI = kg m-3, oppure Mg m-3 ≡ g cm-3 ≡ g / cm3 1 m3 di: legno < ton acqua = ton ≡ 1000 kg ≡ 106 g ≡ 1 Mg polimeri ≈ ton vetro = 2.6 ton alluminio = 2.8 ton acciaio = 7.8 ton leggero/pesante ▼ densità volumica ρ massa/volume = m / V leggero/pesante LZ2-proprietà-G. Fumagalli

2 legno (composito polimerico + aria)
per confronti fra i valori delle grandezze relative alle proprietà dei materiali possiamo ricorrere a tabelle o, meglio, ad una rappresentazione grafica legno (composito polimerico + aria) polimeri pesante→leggero vetro e alluminio acciaio acqua = materia di riferimento 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 densità (Mg/m3 ≡ g/cm2, scala lineare) LZ2-proprietà-G. Fumagalli

3 l’informazione è sufficiente? in genere SI
in genere una rappresentazione grafica è più intuitiva e imme-diata, quella del grafico precedente ci dice ovviamente che la densità di: acciaio è poco inferiore a 8 g cm-3 vetro e alluminio poco inferiore a 3 g cm-3 plastica attorno a 1 g cm-3 legno inferiore a 1 g cm-3 l’informazione è sufficiente? in genere SI però, se ad es. lo specifico progetto ha come attributo critico quello della “minima pesantezza del manufatto”, la risposta è NO! infatti una veloce ricerca suggerisce che la lettura del grafico visto fornisce una classifica generica e dati poco precisi, ad es. : → il legno “balsa” ha una densità 0,05 g cm-3, valore molto diverso dallo 0,7-0,8 g cm-3 di un legno compensato → un legno di quercia opportunamente tagliato (┴ alle fibre) può addirittura non galleggiare (ρ > 1 g cm-3) → esistono materiali polimerici di densità anche > 1 g cm-3 (teflon ≈ 2,14-2,2 g cm-3) LZ2-proprietà-G. Fumagalli

4 densità (Mg/m3 ≡ g/cm3, scala lineare)
il valore 0 (zero) e quello < 0 non ha senso per la densità di un materiale!! inoltre tutti i materiali so-no ammassati nella parte sinistra del grafico legni polimeri metalli e loro leghe pesante → leggero ceramici acciai ghise LZ2-proprietà-G. Fumagalli acciai inox 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 19 densità (Mg/m3 ≡ g/cm3, scala lineare)

5 una schiuma molto leggera densità (Mg/m3 ≡ g/cm3, scala logaritmica)
legni LZ2-proprietà-G. Fumagalli una schiuma molto leggera polimeri metalli e loro leghe pesante → leggero ceramici acciai ghise acciai inox 0.01 0.1 1 10 densità (Mg/m3 ≡ g/cm3, scala logaritmica)

6 la scala lineare è intuitiva e nota a tutti
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 la scala lineare è intuitiva e nota a tutti … la scala logaritmica cos’è? 1 10 0.1 la lettura del grafico è più difficile, ma è possibile avere sullo stesso grafico valori di diverso ordine di grandez-za: la scala logaritmica è indispensabile per descrivere le proprietà dei materiali e in molti altri campi (da quello economico a quello politico-sociale); ad es. per i terremoti si usa la magnitudo Richter M (a scala loga-ritmica particolare): “5,4” = caduta e oscillazione di oggetti, “6,1” = caduta di intonaci, “6,5” = caduta di strutture deboli, “6,9” = crollo di alcune case; una piccola differenza numerica (solo 1,5) indica anche effetti molto diversi! infatti, per i terremoti visti sopra, l‘energia sprigionata (alla base della scala M) è superiore a qualche centinaio di volte! LZ2-proprietà-G. Fumagalli

7 la lettura dei grafici può essere difficile e
1 10 0.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.9 1.2 1.4 1.6 1.8 sulle tacche principali si distinguono facilmente gli ordini di grandezza (…, 0.1, 1, 10, …) il valore 0 (zero) non è rappresentabile su questa scala le tacche secondarie (… , 2, 3, 4, … o …, 1.2, 1.3, …) non sono distanziate fra loro in modo uguale (come in una scala lineare) i singoli punti non consentono di individuare valori precisi, è relati-vamente facile distinguere fra 1 e 2, più difficile fra 1.5 e 1.8, quasi impossibile fra 7.5 e 7.8 (tacche secondarie troppo vicine): ovvia-mente dipende da quanti ordini di grandezza sono riportati (dalle dimensioni dell’asse e sua grafica) la lettura dei grafici può essere difficile e una lettura acritica può essere fuorviante LZ2-proprietà-G. Fumagalli

8 1a p. generale: densità volumica
massa su unità di volume, u.m. comune g cm-3 questa grandezza intrinseca fornisce informazio-ni sul peso di un manufatto a questa grandezza fisica possiamo legare molte altre proprietà della materia la densità infatti dipende: dal tipo di atomi (+ o - pesanti o voluminosi) dal tipo di particelle di cui è costituito il materiale (atomi o molecole) dalla forza dei legami chimici che uniscono le particelle (forti o deboli) dalla loro distribuzione nello spazio (ordinata o di-sordinata, + o – compatta) LZ2-proprietà-G. Fumagalli

9 proprietà 2 generale: costo massico
costo su unità di massa (o costo specifico massico) = costo/massa: nota la massa, ci informa sul costo del materiale allo stato grezzo (prima delle lavo-razioni): può essere utile per fare dei confronti economici grossolani fra diversi materiali unità di misura = € kg-1 ≡ euro kg-1 attenzione che il costo massico può essere fuor-viante infatti, oltre a variare nel tempo, non consi-dera né i costi di lavorazione né quelli di commer-cializzazione, ovvero fattori economici a volte mol-to rilevanti che andranno a determinarne il prezzo realmente pagato! LZ2-proprietà-G. Fumagalli

10 composito a fibre di carbonio = 60 €/kg
calcestruzzo = 0.05 €/kg accciaio = 0.5 €/kg Al e sue leghe ≈ 1,5 €/kg Cu e sue leghe ≈ 2,5 €/kg acciaio inox ≈ 5,7 €/kg costoso → economico composito a fibre di carbonio = 60 €/kg costo massico (€/kg, scala logaritmica) 0.1 1 10 100 LZ2-proprietà-G. Fumagalli

11 ε = ΔL / L0 adimensionale:
grandezza meccanica: deformazione e forza agente = F allungamento ΔL = L- L0 (mm) L0 (mm) L (mm) ε = ΔL / L0 adimensionale: rapporto lunghezze ancoraggio tolta la forza, si possono notare 2 tipi di deformazione reversibile = elastica: dimensioni originali (eel.) irreversibile = plastica = deformazione residua: dimensio-ni diverse dalle originali (semplicemente e) LZ2-proprietà-G. Fumagalli

12 grandezza meccanica: deformazione e
la deformazione e è una grandezza adimensionale: DL/L0 = mm/mm la deformazione può essere espressa anche in per-centuale (e è in genere un numero piccolo): e % = DL/L 0 • 100 attenzione nei calcoli: e = 1/100 e %, è possibile fare un errore di 2 ordini di grandezza = errore non tollerabile in nessun progetto!! ne segue che l’allungamento DL = e % • L0 • 1/100 LZ2-proprietà-G. Fumagalli

13 3a p. meccanica: deformazione e = lavorabilità
i valori che trovate tabulati su diverse banche dati sono relativi alla deformazione a rottura eR di un ma- teriale: possono essere utili come indice di lavora- bilità per deformazione (duttilità) del materiale PER IL DESIGN eR è una grandezza relativamente poco utile, infatti un manufatto deformato o rotto è da buttare o da riparare le deformazioni e sono provocate da forze applicate al manufatto, in particolare i valori di eR sono ottenuti in prove standard impiegando provini standard per rendere possibile il confronto fra diversi materiali LZ2-proprietà-G. Fumagalli

14 in un progetto è possibile stabilire un limite di defor-mabilità per un manufatto o componente al di sopra del quale si ha perdita delle funzionalità, ovvero una deformazione massima tollerabile εmax (ovviamente reversibile) in funzione di questo limite è possibile stimare le sollecitazioni massime sopportabili dal manufatto fabbricato con un certo materiale e avente una certa forma e dimensioni o viceversa, ipotizzate le probabili sollecitazioni stimare la emax a seconda della forma, delle dimensioni e del tipo di materiale del manufatto ma per fare questo lavoro di progetto è necessario conoscere valori di grandezze che siano indipendenti dalle dimensioni e forma del manufatto (ovvero delle grandezze intrinseche) e le modalità per calcolare i valori di nostro specifico interesse LZ2-proprietà-G. Fumagalli

15 osservazioni sensoriali
manufatti con e uguale per forze F applicate identiche cilindro in metallo cilindro in polimero è intuitivo che l’effetto di una forza applicata dipenda dalla sezione resistente e dalle proprietà del materia-le + o – deformabile, quindi dobbiamo conoscere delle grandezze che ne siano indipendenti e il collegamento fra queste ed uno specifico manufatto LZ2-proprietà-G. Fumagalli

16 grandezza meccanica: sforzo s = resistenza
una sollecitazione meccanica, ad es. la trazione dei cilindri prima vista, può essere espressa da una grandezza intrinseca, ovvero indipendente dalla sezione del manufatto, che viene chiamata sforzo s (o carico) s = F / A0 dove A0 è la sezione iniziale, ovvero la superficie per-pendicolare alla sollecitazione prima che venga ap-plicata la forza F

17 sforzo s cilindro in polimero cilindro in metallo
così, impiegando la grandezza s = F/A0 poiché F ed e sono identici, il confronto dei materiali è immediato A0,polimero > A0, metallo → spolimero < smetallo possiamo anche essere più precisi A0,polimero ≈ 20 A0, metallo → spolimero ≈ 1/20 smetallo un metallo ha una resistenza meccanica venti volte superiore a qella di un polimero (nella realtà è anche maggiore)

18 unità di misura per lo sforzo s
= F/A0: la forza F si misura in N (newton) e, per comodità, la superficie A0 è meglio esprimerla in mm2 , quindi i valori di s sono espressi in N mm-2 (N/mm2) l’unità di misura comunemente impiegata per lo sforzo s è il MPa (megapascal): 1 Pa = 1 N m-2 come tutti sappiamo, 1 m2 = mm2 = 106 mm2 1 N mm-2 = 106 N m-2 = 106 Pa = 1 MPa dove M (mega) è un prefisso per le unità di misura che indica un milione di volte, quindi il valore espresso in MPa ≡ (è equivalente) a quello in N mm-2

19 4a – p. meccanica: modulo di Young E = rigidità
se sollecitiamo il solito parallepipedo con sforzi s cre-scenti otteniamo allungamenti DL crescenti e, quindi, anche deformazioni e crescenti in campo elastico, ovvero se la deformazione è rever-sibile, il rapporto s/e è co-stante (σ1/ε1 = σ2/ε2 = σ3/ε3) tale rapporto è chiamato modulo di Young E (o mo-dulo elastico) L0 σ1 ΔL1 σ2 ΔL2 σ3 ΔL3 V0 = V1 = V2 = V3 ma A0 > A1 > A2 > A3 E è una grandezza intrinse-ca e caratteristica di ogni materiale, l’unità di misura più comune per E è: GPa (gigapascal = 109 Pa) LZ2-proprietà-G. Fumagalli

20 s = E • e (legge di Hooke) σ (MPa) ε (adimensionale)
il diagramma s vs e è caratteristico di ogni materiale, la pendenza della retta è il modulo elastico E σ (MPa) ε (adimensionale) ε3 ε1 σ3 σ1 σ2 ε2 in campo elastico (erev) vi è una diretta proporzionalità fra s ed e s = E • e (legge di Hooke) attenzione nei calcoli! E (GPa) deve essere trasformato in MPa nel calcolo dell’allungamento DL in mm: 1 GPa = 1000 MPa DL (mm) = (1000 • s (MPa) / E (GPa)) • L0 (mm), un errore di 3 ordini di grandezza non dovrebbe essere possibile: chi lo fa usa i numeri a caso (BOCCIATO!) LZ2-proprietà-G. Fumagalli

21 rigidità di 3 materiali: il modulo E
σ ε Eacciai ≈ GPa Egomma ≈ 10-3 GPa EPP ≈ 1 GPa rigido cedevole LZ2-proprietà-G. Fumagalli

22 per materiali comuni, sembra (scale logaritmiche !)
che a > densità d corrisponda > rigidità E ceramici avanzati 100 metalli leghe metalliche leggere 10 ceramici legni polimeri rigidità = E (GPa, scala log) 1 0.1 0.01 schiume elastomeri 0.001 H2O densità d (g/cm3, scala logaritmica) 0.1 1 10 0.01 LZ2-proprietà-G. Fumagalli

23 5a – p. meccanica: limite elastico sY= resistenza
σ (MPa) ε εplastica σY s > sY per carichi superiori a un valore limite dello sforzo, chiamato limite elastico sY (o limite di snervamento ssn), il materiale subisce anche deformazioni plasti-che: una volta tolta la solle-citazione la deformazione elastica viene sempre recu-perata mentre quella plasti-ca (residua) no LZ2-proprietà-G. Fumagalli

24 resistenza = sY (MPa, scala log)
per materiali comuni, sembra (scale logaritmiche !) che a > densità d corrisponda > resistenza sY 100 ceramici avanzati acciai leghe metalliche leggere 10 metalli polimeri legni resistenza = sY (MPa, scala log) 1 elastomeri ceramici 0.1 schiume 0.01 0.001 H2O densità d (g/cm3, scala logaritmica) 0.1 1 10 LZ2-proprietà-G. Fumagalli

25 3a bis – p. meccanica: carico di rottura sR
σ (MPa) ε σY campo elastico campo plastico σR superiormente il campo elastico è delimitato dal li-mite elastico sY, quello plastico dal carico di rot-tura sR il valore dello sforzo sR è tale che istantaneamente si possono formare nuove superfici, si ha la forma-zione di una cricca (o più) e il materiale si rompe! sR, come eR (deformazione a rottura), non è un parame-tro di progetto ma solo un indice di lavorabilità LZ2-proprietà-G. Fumagalli

26 le curve “s vs e” dei materiali
la maggior parte delle proprietà meccaniche dei mate-riali sono descritte dai diagrammi “s - e” si ha un campo elastico dove vale la legge di Hooke con un andamento lineare della curva caratterizzato dal modulo elastico E (o di Young), dal limite elastico sY (o di snervamento) e da deformazioni reversibili si ha un campo plastico dove l’andamento non è quasi mai lineare ma curvilineo, questo secondo campo è di scarso interesse per il design ed è relativo solo alla lavorabilità per deformazione del materiale (bisogna an-che considerare che alcuni processi di lavorazione sono fatti spesso in condizioni di T e P diverse da quelle delle normali curve sforzo-deformazione, in genere ottenute a 25 °C) LZ2-proprietà-G. Fumagalli

27 le curve “s vs e” dei materiali
possiamo avere materiali (m.) a comportamento: elasto-plastico: la classe dei m. metallici e della maggior parte dei m. polimerici, il m. prima di rom-persi subisce deformazioni irreversibili + o - accen-tuate (m. + o - duttile) solo elastico: la classe dei m. ceramici e gli elasto-meri (famiglia di m. polimerici), il m. pur rompendosi ha subito solo ereversibili (sY coincide a sR) i parametri di progetto utili sono sY (al suo aumentare cresce la resistenza meccanica) ed E (al suo aumen-tare cresce la rigidità) la temperatura influenza queste curve caratteristiche, così un m. elasto-plastico a Tambiente, quando la T viene abbassata, può trasformarsi in m. solo elastico (ad es. da deformabile diventa rigido): il fenomeno è particolarmente importante per la classe dei polimeri LZ2-proprietà-G. Fumagalli

28 6a – p. meccanica: fragilità → tenacità
la “messa fuori uso per sollecitazioni meccaniche” (ad es. un urto) può essere rappresentata da diversi indici numerici che descrivono fenomeni differenti e legati ai requisiti di uno specifico manufatto il manufatto assorbe energia nel deformarsi plasticamen-te ma, oltre a un certo limite, si rompe: l’energia limite è rappresentabile con l’area delimitata superiormente dalla curva “s-e” idem, ma è tollerata solo una deformazione elastica (do-po l’urto mantenimento della forma), quindi interessa solo l’area del triangolo rettangolo “sY-e” la rottura avviene in presenza di un carico e di un difetto critici, tenacità a frattura KIC (MPa m1/2) ……… altri indici di fragilità → tenacità LZ2-proprietà-G. Fumagalli

29 tenacità a frattura KIC
sul testo ufficiale è riportata un ampio commento sulla proprietà “fragilità → tenacità” con esempi semplici e intuitivi, mi limito a commentare quello chiamato tenacità a frattura KIC “tanto maggiore è KIC , quanto più grande è il carico sopportato e la dimensione del difetto tollerato dal materiale prima che si rompa” KIC = b • scritico • √ (p acritico) (MPa m1/2) MPa m1/2 = m0.5 = √m. LZ2-proprietà-G. Fumagalli

30 tenacità a frattura KIC (MPa m1/2, scala logaritmica)
10-2 10-1 1 10 102 elastica sY basso elastoplastica sY basso-medio-alto fragile medio tenace

31 7a - proprietà termica: isolante/conduttore
spesso le trasformazioni della materia avvengono con produzio-ne di energia, tale energia però non si accumula ma tende spon-taneamente a disperdersi mediante un flusso energetico (ad es. quello che ci arriva dal sole), in parte è di tipo termico (calore) e si muove dall’area più fredda a quella più calda (gradiente di temperatura DT) a seconda dello stato di aggregazione del mezzo attraverso il quale fluisce, il trasporto di calore avviene mediante tre meccanismi principali : irraggiamento, onde elettromagnetiche nel vuoto e nei gas (ad es. sempre quelle che ci arrivano dal sole) convezione, trasporto di materia nei gas e nei liqui-di (ad esempio il rimescolamento di masse di aria calde/fred-de durante i fenomeni meteorologici) conduzione, movimento di elettroni e fononi nei so-lidi (ad es. nel fondo pentola metallico sulla fiamma) LZ2-proprietà-G. Fumagalli

32 materiali polimerici amorfi = isolanti
7a - proprietà termica: isolante/conduttore il processo di nostro maggiore interesse è quello di conduzione nei solidi, è quello più rapido dei tre e si hanno due tipi di trasportatori di energia: elettroni mobili, che “urtandosi” trasferiscono l’uno all’al-tro l’eccesso di energia posseduto a più alta T: materiali metallici = conduttori = processo veloce fononi, onde di tipo meccanico-acustico che si propagano da un atomo all’altro per vibrazione (più alta a T maggiore) dei nuclei degli atomi = tutti i materiali; il processo è più veloce quanto maggiore è la forza di legame (legami forti > legami deboli), quanto più è ordinato (monocristallino > policristallino > amorfo) e meno difettoso il reticolo di legami; materiali polimerici amorfi = isolanti I materiali a conduzione fononica sono isolanti, però vi sono delle eccezioni, ad es. il miglior conduttore termico è il diamante (ceramico monocristallino): è facile distinguere un diamante da un’altra gemma incolore e trasparente! LZ2-proprietà-G. Fumagalli

33 metalli = c. elettronica = buoni conduttori
7a - proprietà termica: isolante/conduttore metalli = c. elettronica = buoni conduttori ceramici = c. fononica + s. policristallina = medio isolanti polimeri = c. fononica + s. amorfa = buoni isolanti la velocità con cui si propaga il flusso di calore di-pende, oltre che dal DT, anche dalla sezione di materiale e dalla lunghezza del percorso attraverso ai quali scorre il flusso di energia (come un fluido in un tubo + o – stretto e lungo) più gas (convezione) e vuoti (irraggiamento) contiene il materiale migliore è il suo potere isolante ad esempio le schiume a base polimerica o i mattoni refrattari, che sono materiali porosi, sono ottimi isolanti termici perché la sezione reale di materiale solido, e non quella apparente con anche gas, è piccola e il percorso più tortuoso (e quindi lungo) LZ2-proprietà-G. Fumagalli

34 7a - proprietà termica: isolante/conduttore
la grandezza chimico-fisica che descrive il trasporto di calore della materia è la conduttività termica (u.m. del SI: W m-1K-1), in questo corso (studiare anche tabella sul testo, attenti ad errori possibili) ci limiteremo a classi-ficare i materiali come: ottimi conduttori (alluminio, rame, ….. diamante) buoni conduttori (acciai, inox, ….) scarsi isolanti (calcestruzzo, vetro, compositi con fibre di vetro o di carbonio, …) buoni isolanti (legno, gomma naturale, polietilene PE, policarbonato PC, …) la proprietà di un manufatto di isolare/condurre calore dipende anche dalla forma/dimensioni e non solo dal materiale: quanto più è bassa la conduttività del materiale, è bassa la sezione del componente, è più lungo il percorso del flusso termico tanto più elevato risulterà l’isolamento LZ2-proprietà-G. Fumagalli

35 7° bis - altra proprietà termica
un’altra proprietà termica di interesse per il design è la variazione di dimensioni DL del materiale che si può avere al variare della tem-peratura DT, ovvero la dilatazione termica (importante per alcuni componenti con tolleranze specifiche): DL = l L0 DT l = coefficiente di dilatazione termica u.m °C-1 ≡ allungamento di 1 mm al m per ogni grado celsius o kelvin (ovvero grado centigrado), trovate anche l’equivalente u.m. mstrain / °C Lo = dimensione alla temperatura iniziale (ad es. 25 °C) in m per DT negativi si avrà ovviamente contrazione termica DL < 0 in genere le variazioni DL sono limitate ad alcuni mm (po-co influente per un progetto), però alcuni materiali (ad es. i polimeri) possono variare anche di alcuni decimi di mm rischiando di alterare alcune funzionalità del manufatto LZ2-proprietà-G. Fumagalli

36 coefficiente di dilatazione termica (mstrain/°C =10-6 °C-1)
100 LZ2-proprietà-G. Fumagalli

37 8a- proprietà termica : temperatura di servizio
Tmax- temperatura al di sopra della quale si ha un decadimento delle proprietà meccaniche; fra i materiali polimerici più usati, il 10 % non può essere utilizzato a T > 60 °C e il 70 % a T > 200 °C; per l’acciaio Tmax≈ 300 °C, fra i mate-riali ceramici troviamo quelli con Tmax più elevata (studiare tabella sul testo) Tmin- temperatura al di sotto della quale si ha un decadi-mento delle proprietà meccaniche; per le temperature di interesse per il design ha scarso interesse perché Tmin è in genere sotto i -20 °C, … però non scordatela … LZ2-proprietà-G. Fumagalli

38 9a - proprietà elettrica : conduttività elettrica
per la conduttività elettrica si hanno diversi processi che consentono il trasporto delle cariche tre tipi di “particelle” trasportatrici di carica elettrica elettroni (cariche negative), ioni (atomi o gruppi di atomi carichi negativamente o positivamente) buche (buca = spazio o “difetto” nel quale, mancan-do un elettrone in una posizione dove dovrebbe esserci, si forma una carica positiva mobile) LZ1-proprietà-G. Fumagalli

39 diversi tipi di materia per il trasporto di cariche
plasmi - gas con ioni (- o +) e elettroni (-) “mobili” elettroliti liquidi - liquidi con ioni (- o +) “mobili” metalli - solidi dove alcuni elettroni (-) sono “mobili” semiconduttori - solidi con elettroni (-) e buche (+) “mobili” (il Si opportunamente drogato: struttura “elet-tronicamente difettosa” in un certo campo di T) elettroliti solidi - solidi dove alcuni ioni sono “mobili” (la zirconia opportunamente drogata: struttura “difettosa” ad alta T) superconduttori – materiali a resistenza elettrica → 0 (al-cuni metalli per T → a una decina di gradi kelvin; cera-mici speciali per T → °C = ossidi misti di Cu, Y e altri elementi ) LZ2-proprietà-G. Fumagalli

40 il processo di trasporto delle cariche
la conduttività elettrica mostra alcune analogie con quella termica prima vista: la velocità con cui si pro-paga il flusso di cariche dipende, oltre che dalla dif-ferenza di potenziale DE, sempre dalla sezione di materiale e dalla lunghezza del percorso attraverso ai quali passano i trasportatori di carica assumono però una importanza ancora maggiore le caratteristiche del materiale e la temperatura: ad es. il tipo e la concentrazione dei trasportatori di carica (quest’ultima può tendere a zero nei materiali isolanti), ad es. il numero di difetti elettronici può dipendere dalla composizione chimica del materiale e dalla temperatura, ad es. l’aumento dei moti vibra-zionali degli atomi, indotto dall’aumento di temperatura, può rallentare il flusso di elettroni LZ2-proprietà-G. Fumagalli

41 9a - proprietà elettriche: isolante/conduttore
per descrivere le proprietà elettriche viene usata la grandezza “conduttività elettrica” (u.m. del SI: Ω-1 m-1) o, più spesso, il suo reciproco “resistività elettrica” (in mΩ cm); come per la conduttività termica, ci limite-remo a classificare (studiare anche tabella sul testo) i materiali come : ottimi conduttori (i metalli puri, ad es. alluminio, rame, …..) buoni conduttori (le leghe metalliche, ad es. acciai, inox, ….) scarsi isolanti (calcestruzzo, compositi con fibre di carbonio, legno, …) buoni isolanti (polimeri in generale, ad es. gomma naturale, compositi con fibre di vetro, …) LZ2-proprietà-G. Fumagalli

42 non magnetico/ferromagnetico/magnetico
10a - proprietà magnetiche: non magnetico/ferromagnetico/magnetico un magnete (calamita) ha due poli di segno opposto ed è in grado di attrarre o respingere un altro magnete alcuni materiali (contenenti elementi come il ferro Fe, il nichel Ni e il cobalto Co), pur non essendo originariamente dei magneti, possono venire magnetizzati da un campo magnetico + o – forte: i materiali ferromagnetici vengono attratti da una cala-mita e diventano magneti in un campo magnetico, ma in genere perdono rapidamente la magnetizzazione quando allontanati dal campo magnetico i magneti permanenti invece mantengono a lungo la magnetizzazione e possono venire trovati in natura o es-sere artificiali la maggior parte dei materiali sono invece non magnetici e non subiscono i campi magnetici LZ2-proprietà-G. Fumagalli

43 11a - proprietà ottiche: trasparente/opaco
le proprietà ottiche dei materiali verranno trattate più detta-gliatamente nel modulo relativo ai materiali polimerici, anche per questa proprietà che descrive il flusso delle radiazioni attraverso la materia, forma e dimensioni del manufatto possono essere determinanti per ora ci limiteremo a considerare una scala quali-tativa (puramente sensoriale), distinguendo i materiali: di qualità ottica (< 10%) - distorsione minima della radiazione visibile (r.v.) e delle immagini, ovvero materiale idoneo ad applicazioni quali quella per lenti di occhiali, per binocoli, … trasparenti (< 10%) - bassa distorsione della r.v. e delle immagini (materiali anche colorati) traslucidi (< 20%) - la r.v. viene diffusa in tutte le direzioni con forte distorsione delle immagini opachi (> 60 %) - la r.v. non attraversa il materiale LZ1-proprietà-G. Fumagalli

44 12a proprietà chimica: durabilità
l’argomento è trattato anche più avanti nel corso il degrado dei materiali è una tematica polidi-sciplinare complessa (chimica, fisica, ingegneria, …): il degrado di un materiale, o meglio di un manu-fatto, è la perdita delle funzionalità previste a prio-ri e le cui priorità spesso sono “soggettive” il materiale, l’ambiente, la forma del componente e il tempo influenzano in modo estremamente marcato il processo, quindi non è assolutamente possibile generalizzare sul testo (studiare) viene tentata una classifica ge-nerica per alcuni materiali sulla durabilità: scarsa → buona → ottima LZ2-proprietà-G. Fumagalli

45 12a proprietà chimica: durabilità
per i designer uno dei requisiti principali è l’aspetto estetico del manufatto: degrado = brutto l’alterazione dell’aspetto superficiale è un fenomeno che potrebbe interessare uno spessore di centesimi o millesimi di mm (o anche meno), quindi potrebbe essere relativamente rapido senza portare ad altre alterazioni funzionali (ad es. quelle meccaniche, …) l’unico valore della scala del testo accettabile per un designer è quello di “ottima durabilità”, già “buona durabilità” potrebbe implicare interventi manutentivi + o – frequenti ed efficaci, “scarsa durabilità” ovviamente costringerà al ricorso di trattamenti protettivi per evitare un sicuro fallimento del pro-getto LZ2-proprietà-G. Fumagalli

46 grandezza chimico-fisica
le principali proprietà dei materiali attributo sensoriale grandezza chimico-fisica u. m. SI u. m. usata pesante/leggero densità kg m-3 g cm-3 caro/economico costo massico € kg-1 - rigido/flessibile modulo elastico E GPa resistente/cedevole limite elastico σy MPa tenace/fragile tenacità a frattura KIC MPa m1/2 + o - lavorabile deformazione a rottura e % + o - isolante termico conduttività termica W m-1 K-1 termicamente dilatabile coefficiente di d. t. mm m-1 K-1 resistente al calore Tmax di esercizio K °C trasparente/opaco trasmittanza + o - isolante elettrico resistività elettrica Ω m μΩ cm + o - magnetico induzione magnetica T (tesla) + o - degradabile durabilità varie soggettiva u. m. = unità di misura; SI = Sistema Internazionale delle unità di misura LZ2-proprietà-G. Fumagalli