ویژگی‌های فیزیکی مواد مهندسی

برای نهایی کردن ماده برای یک محصول یا برنامه مهندسی، باید دانش ویژگی‌های فیزیکی مواد را داشته باشیم. ویژگی‌های فیزیکی یک ماده آنهاست که می‌توان بدون تغییر هویت ماده مشاهده کرد. برخی از این ویژگی‌های معمول یک ماده در زیر فهرست شده است-

• چگالی

• وزن مخصوص

• دمای تغییر حالت

• ضریب تنش حرارتی

• حرارت ویژه

• حرارت پنهان

• جریان‌پذیری

• قابلیت جوشکاری

• نیروی الاستیک

• پلاستیسیته

• فضای خالی

• رسانایی حرارتی

• رسانایی الکتریکی

چگالی مواد

چگالی یک ماده یا ماده به عنوان "جرم بر واحد حجم" تعریف می‌شود. این مقدار به صورت نسبت جرم به حجم یک ماده نمایش داده می‌شود. این مقدار با "ρ" نمایش داده می‌شود. واحد آن در سیستم SI کیلوگرم بر متر مکعب است.
اگر m جرم ماده در کیلوگرم و V حجم ماده در متر مکعب باشد.
در این صورت چگالی ماده،

وزن مخصوص مواد

این مقدار به عنوان نسبت چگالی ماده نسبت به چگالی یک ماده مرجع یا ماده تعریف می‌شود. این مقدار هیچ واحدی ندارد. گاهی اوقات این مقدار را وزن مخصوص نیز می‌نامند. برای محاسبه وزن مخصوص معمولاً آب به عنوان ماده مرجع در نظر گرفته می‌شود.

دمای تغییر حالت

معمولاً یک ماده سه حالت دارد: حالت جامد، حالت مایع و حالت گاز. دمای تغییر حالت دمایی است که در آن ماده از یک حالت به حالت دیگر تغییر می‌کند.

دمای تغییر حالت از نوع‌های زیر است-

نقطه ذوب-این دما (در درجه سانتیگراد یا کلوین) است که ماده از حالت جامد به حالت مایع تغییر می‌کند.

نقطه جوش-این دما (در درجه سانتیگراد یا کلوین) است که ماده از حالت مایع به حالت گاز تغییر می‌کند.

نقطه انجماد-این دما (در درجه سانتیگراد یا کلوین) است که ماده از حالت مایع به حالت جامد تغییر می‌کند. نظریاً این نقطه با نقطه ذوب برابر است. اما در عمل ممکن است تفاوتی وجود داشته باشد.

ضریب تنش حرارتی

هنگامی که یک ماده گرم می‌شود، منبسط می‌شود که باعث تغییر ابعاد آن می‌شود. ضریب تنش حرارتی، نشان‌دهنده منبسط شدن ماده با افزایش دما است. ضرایب تنش حرارتی به سه نوع تقسیم می‌شوند:

ضریب تنش حرارتی خطی
تغییر طول یک شیء به دلیل تغییر دما با "ضریب تنش حرارتی خطی" مرتبط است. این مقدار با "αL" نمایش داده می‌شود

که در آن 'l' طول اولیه شیء، 'Δl' تغییر طول، 'Δt' تغییر دما است. واحد αL بر درجه سانتیگراد است.

ضریب تنش حرارتی مساحت
تغییر مساحت یک شیء به دلیل تغییر دما با "ضریب تنش حرارتی مساحت" مرتبط است. این مقدار با "αA" نمایش داده می‌شود.

که در آن 'l' طول اولیه شیء، 'ΔA' تغییر مساحت، 'Δt' تغییر دما است. واحد αA بر درجه سانتیگراد است.

ضریب تنش حرارتی حجم
تغییر حجم یک شیء به دلیل تغییر دما با "ضریب تنش حرارتی حجم" مرتبط است. این مقدار با "αV" نمایش داده می‌شود

که در آن 'l' طول اولیه شیء، 'ΔV' تغییر حجم، 'Δt' تغییر دما است. واحد αA بر درجه سانتیگراد است.

حرارت ویژه مواد

حرارت ویژه یک ماده به عنوان مقدار گرمای مورد نیاز برای افزایش دما یک واحد جرم ماده به یک درجه سانتیگراد تعریف می‌شود. این مقدار با 'S' نمایش داده می‌شود.

که در آن m جرم ماده در کیلوگرم است. Q مقدار گرمای داده شده به ماده در جول است. Δt افزایش دما است. واحد حرارت ویژه در سیستم SI جول بر کیلوگرم درجه سانتیگراد است.

حرارت پنهان مواد

حرارت پنهان یک ماده به عنوان مقدار گرمای مورد نیاز/آزاد شده برای تغییر یک واحد جرم ماده از یک حالت به حالت دیگر (تغییر فاز) تعریف می‌شود. این مقدار با 'L' نمایش داده می‌شود. حرارت پنهان به صورت زیر محاسبه می‌شود: