خصائص المواد الهندسية الفيزيائية
لإكمال المواد لمنتج هندسي أو تطبيق، يجب أن يكون لدينا معرفة بـ خصائص المواد الفيزيائية. خصائص المواد الفيزيائية هي تلك التي يمكن ملاحظتها دون أي تغيير في هوية المادة. بعض هذه الخصائص النموذجية للمواد مدرجة أدناه-
الكثافة
الوزن النوعي
درجات حرارة التحول الحالة
معاملات التمدد الحراري
الحرارة النوعية
الحرارة الكامنة
الانسيابية
قابلية اللحام
الملاءمة
البلاستيكية
المسامية
الموصلية الحرارية
كثافة المواد
كثافة المادة أو المادة معرّفة بأنها "الكتلة لكل وحدة حجم". يتم تمثيلها كنسبة الكتلة إلى حجم المادة. يُرمز لها بـ “ρ”. وحدتها في نظام الوحدات الدولي هي كغ/م3.
إذا كانت m هي كتلة المادة بالكيلوجرام، V هي حجم المادة بالمتر3.
فإن كثافة المادة،
الوزن النوعي للمواد
هو معرّف بأنه نسبة الكثافة للمادة بالنسبة للكثافة لمادة مرجعية أو مادة أخرى. ليس له أي وحدة. أحياناً يسمى أيضاً بالكثافة النسبية. للحساب عادة ما تعتبر الماء كمادة مرجعية.
درجات حرارة التحول الحالة
عادة ما تكون المادة في ثلاث حالات تسمى - الحالة الصلبة، الحالة السائلة، الحالة الغازية. درجة حرارة التحول هي درجة الحرارة التي تتغير فيها المادة من حالة إلى حالة أخرى.
درجات حرارة التحول هي من الأنواع التالية-
درجة الانصهار-هي درجة الحرارة (بالسيلسيوس أو كلفين) التي تتغير فيها المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.
درجة الغليان-هي درجة الحرارة (بالسيلسيوس أو كلفين) التي تتغير فيها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.
درجة التجمد-هي درجة الحرارة (بالسيلسيوس أو كلفين) التي تتغير فيها المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة. نظرياً هي تساوي درجة الانصهار. ومع ذلك، قد تظهر فروق عملية.
معامل التمدد الحراري
عند تسخين المادة، فإنها تتسع، مما يؤدي إلى تغيير في أبعادها. معامل التمدد الحراري يمثل التمدد في المادة مع زيادة درجة الحرارة. معاملات التمدد الحراري هي من ثلاثة أنواع، وهي-
معامل التمدد الحراري الخطي
التغيير في طول الجسم بسبب تغيير درجة الحرارة مرتبط بـ "معامل التمدد الحراري الخطي". يرمز له بـ “αL”
حيث 'l' هو الطول الأولي للجسم، 'Δl' هو التغيير في الطول، 'Δt' هو التغيير في درجة الحرارة. وحدة αL هي لكل درجة سيلسيوس.
معامل التمدد الحراري المساحي
التغيير في مساحة الجسم بسبب تغيير درجة الحرارة مرتبط بـ "معامل التمدد الحراري المساحي". يرمز له بـ “αA”.
حيث 'l' هو الطول الأولي للجسم، 'ΔA' هو التغيير في المساحة، 'Δt' هو التغيير في درجة الحرارة. وحدة αA هي لكل درجة سيلسيوس.
معامل التمدد الحراري الحجمي
التغيير في حجم الجسم بسبب تغيير درجة الحرارة مرتبط بـ "معامل التمدد الحراري الحجمي". يرمز له بـ “αV”
حيث 'l' هو الطول الأولي للجسم، 'ΔV' هو التغيير في الحجم، 'Δt' هو التغيير في درجة الحرارة. وحدة αA هي لكل درجة سيلسيوس.
الحرارة النوعية للمواد
الحرارة النوعية للمادة معرّفة بأنها الكمية من الحرارة اللازمة لزيادة درجة حرارة وحدة كتلة من المادة بمقدار درجة واحدة سيلسيوس. يرمز لها بـ ‘S’.
حيث m هي كتلة المادة بالكيلوجرام. Q هي الكمية من الحرارة المعطاة للمادة بالجول. Δt هو ارتفاع درجة الحرارة. وحدة الحرارة النوعية في النظام الدولي للوحدات هي جول/كيلوجرام درجة سيلسيوس.
الحرارة الكامنة للمواد
الحرارة الكامنة للمادة معرّفة بأنها الكمية من الحرارة اللازمة/المطلقة لتغيير وحدة كتلة من المادة من حالة إلى حالة أخرى (تغيير الطور). يرمز لها بـ ‘L’. الحرارة الكامنة تعطى بواسطة،
حيث ‘Q’ هي الكمية من الحرارة اللازمة/المطلقة من المادة (بالجول)، ‘m’ هي كتلة المادة (بالكيلوجرام). وحدة الحرارة الكامنة في النظام الدولي للوحدات هي جول/كيلوجرام.
الانسيابية للم
