Insinöörimateriaalien fysikaaliset ominaisuudet
Materiaalien tai sovelluksen viimeistelyssä meidän tulisi olla tietoisia materiaalien fyysisistä ominaisuuksista. Materiaalin fyysiset ominaisuudet ovat sellaisia, joita voidaan havaita ilman materiaalin identiteetin muutosta. Jotkut näistä tyypillisistä materiaalin ominaisuuksista on lueteltu alla-
Tiheys
Painevahti
Tilaanmuutoslämpötilat
Lämpölaajenemiskertoimet
Ominalainen lämpökapasiteetti
Latenttilämpö
Vuotoisuus
Hitasointi
Joustavuus
Muovautuvuus
Porositeetti
Lämpöjohtavuus
Materiaalien tiheys
Materiaalin tiheys tai aineen tiheys määritellään "massana yksikkötilavuuden kohdalla". Se esitetään materiaalin massan suhteena tilavuuteen. Sitä merkitään symbolilla “ρ”. Sen yksikkö SI-järjestelmässä on Kg/m3.
Jos, m on materiaalin massa kiloissa, V on materiaalin tilavuus metri3.
Tällöin materiaalin tiheys on,
Materiaalien painevahti
Se määritellään materiaalin tiheyden suhteena vertailumateriaaliin tai -aineeseen. Sillä ei ole mitattavia yksiköitä. Joskus sitä kutsutaan myös suhteelliseksi tiheydeksi. Painevahtilaskennassa vettä yleensä käytetään vertailuaineena.
Tilaanmuutoslämpötilat
Yleisesti aineella on kolme tilaa: kiinteä, neste ja kaasu. Tilaanmuutoslämpötila on lämpötila, jolla aine muuttuu toisesta tilasta toiseen.
Tilaanmuutoslämpötilat ovat seuraavat-
Melting point-Se on lämpötila (°C tai K), jolla aine muuttuu kiinteästä tilasta nestemäiseksi tilaksi.
Boiling point-Se on lämpötila (°C tai K), jolla aine muuttuu nestemäisestä tilasta kaasumuotoon.
Freezing point-Se on lämpötila (°C tai K), jolla nestemäinen aine muuttuu kiinteäksi. Teoreettisesti se on sama kuin melting point. Kuitenkin käytännössä eroa voi esiintyä.
Lämpölaajenemiskerroin
Kun materiaalia lämmittellään, se laajenee, mikä johtaa sen ulottuvuuksien muuttumiseen. Lämpölaajenemiskerroin edustaa materiaalin laajenemista lämpötilan nousun myötä. Lämpölaajenemiskerroineja on kolme tyyppiä, nimittäin-
Lineaarinen lämpölaajenemiskerroin
Objektin pituuden muutos lämpötilan muuttuessa liittyy "lineaariseen lämpölaajenemiskerroin". Sitä merkitään symbolilla “αL”
Missä, ‘l’ on objektin alkuperäinen pituus, ‘Δl’ on pituuden muutos, ‘Δt’ on lämpötilan muutos. Yksikkönä αL on per °C.
Alueen lämpölaajenemiskerroin
Objektin alueen muutos lämpötilan muuttuessa liittyy "aluelämpölaajenemiskerroin". Sitä merkitään symbolilla “αA”.
Missä, ‘l’ on objektin alkuperäinen pituus, ‘ΔA’ on pituuden muutos, ‘Δt’ on lämpötilan muutos. Yksikkönä αA on per °C.
Tilavuuden lämpölaajenemiskerroin
Objektin tilavuuden muutos lämpötilan muuttuessa liittyy "tilavuuden lämpölaajenemiskerroin". Sitä merkitään symbolilla “αV”
Missä, ‘l’ on objektin alkuperäinen pituus, ‘ΔV’ on pituuden muutos, ‘Δt’ on lämpötilan muutos. Yksikkönä αA on per °C.
Materiaalien ominalainen lämpökapasiteetti
Materiaalin ominalainen lämpökapasiteetti määritellään lämpöenergian määränä, joka vaaditaan yhden yksikön massaisen materiaalin lämpötilan nostamiseksi 1°C. Sitä merkitään symbolilla ‘S’.
Missä, m on materiaalin massa kiloissa. Q on materiaalille annettu lämpöenergia jouleina. Δt on lämpötilan nousu. Ominalaisen lämpökapasiteetin yksikkö SI-järjestelmässä on Joule/Kg °C.
Materiaalien latenttilämpö
Materiaalin latenttilämpö määritellään lämpöenergian määränä, jota vaaditaan/vapautetaan yhden yksikön massan muuttumiseksi yhdestä tilasta toiseen (vaiheenvaihto). Sitä merkitään symbolilla ‘L’. Latenttilämpö on annettu,
Missä, ‘Q’ on materiaalille tarvittava/vapautettu lämpöenergia (jouleina), ‘m’ on materiaalin massa (kiloina). Latenttilämmön yksikkö SI-järjestelmässä on Joule/Kg.
