כל חפץ שמקיף אדם עשוי מחומר גלם מסוים. הוא משמש כמגוון חומרים. כדי להשתמש בהם בצורה יעילה יותר, קודם כל, עליך לבחון היטב את המאפיינים והמאפיינים הטבועים שלהם.
סוגי נכסים
כיום, חוקרים זיהו שלושה סוגים עיקריים של תכונות חומר:
- physical;
- chemical;
- מכני.
כל אחד מהם מתאר מאפיינים מסוימים של חומר מסוים. בתורו, ניתן לשלב אותם, לדוגמה, התכונות הפיזיקליות והכימיות של חומרים משולבות לתכונות פיזיקליות וכימיות.
נכסים פיזיים
תכונות פיזיות של חומרים מאפיינות את המבנה שלהם, כמו גם את הקשר שלהם לכל סוג של תהליכים (בעלי אופי פיזיקלי) המגיעים מהסביבה החיצונית. נכסים אלה יכולים להיות:
- מאפיינים ספציפיים של המבנה ומאפיינים מבניים - נכון,צפיפות ממוצעת וצפיפות; צפיפות סגורה, פתוחה או כוללת.
- הידרופיזית (תגובה למים או לכפור) - ספיגת מים, אובדן לחות, לחות, עמידות לכפור.
- תרמופיזי (מאפיינים הנובעים בהשפעת חום או קור) - מוליכות תרמית, קיבולת חום, עמידות באש, עמידות בפני אש וכו'.
כולם מתייחסים לתכונות הפיזיקליות הבסיסיות של חומרים וחומרים.
מאפיינים ספציפיים
צפיפות אמיתית היא תכונה פיזיקלית של חומרים, המתבטאת ביחס בין המסה של חומר לנפח שלו. במקרה זה, האובייקט הנחקר חייב להיות בצפיפות מוחלטת, כלומר ללא חללים ונקבוביות. הצפיפות הממוצעת נקראת כמות פיזיקלית, אשר נקבעת על פי היחס בין המסה של חומר לנפח התפוס אותו בחלל. בעת חישוב תכונה זו, נפח האובייקט כולל את כל הנקבוביות והחללים הפנימיים והחיצוניים.
חומרים רופפים מאופיינים בתכונה פיזית כזו של חומרים כמו צפיפות בצובר. נפחו של אובייקט מחקר כזה כולל לא רק את נקבוביות החומר, אלא גם את החללים הנוצרים בין יסודות החומר.
הנקבוביות של חומר היא ערך המבטא את מידת המילוי של הנפח הכולל של חומר בנקבוביות.
מאפיינים הידרופיזיים
ההשלכות של חשיפה למים או לכפור תלויות במידה רבה במידת הצפיפות והנקבוביות שלהן, המשפיעות על רמת ספיגת המים,חדירות מים, עמידות לכפור, מוליכות תרמית וכו'.
ספיגת מים היא היכולת של חומר לספוג ולשמור על לחות. רמת הנקבוביות הגבוהה משחקת תפקיד חשוב בכך.
החזרת הלחות היא תכונה הפוכה לספיגת מים, כלומר היא מאפיינת את החומר מהצד של החזרת הלחות לסביבתו. ערך זה ממלא תפקיד חשוב בעיבוד של חומרים מסוימים, למשל חומרי בניין, בעלי לחות גבוהה במהלך תהליך הבנייה. הודות לשחרור לחות, הם מתייבשים עד שהלחות שלהם שווה לסביבה.
היגרוסקופיות היא תכונה המספקת ספיגת אדי מים על ידי חפץ מבחוץ. לדוגמה, עץ יכול לספוג לחות רבה, ולגרום לו לעלות במשקל, להקטין חוזק ולשנות את גודלו.
התכווצות או התכווצות היא תכונה הידרופיזית של חומרים, הכרוכה בירידה בנפחם ובגודלם במהלך הייבוש.
עמידות למים היא היכולת של חומר לשמור על חוזקו כתוצאה מלחות.
התנגדות לכפור היא היכולת של חומר רווי מים לעמוד בהקפאה והפשרה חוזרות ונשנות מבלי להפחית את רמת החוזק וההרס.
מאפיינים תרמופיזיים
כפי שהוזכר לעיל, מאפיינים כאלה מתארים את ההשפעות של חשיפה לחום או קור על חומרים וחומרים.
מוליכות תרמית היא היכולת של חפץ להעביר חום ממשטח למשטח בעובי שלו.
קיבולת חום היא תכונה של חומר המספקת ספיגה של כמות מסוימת של חום בחימום ושחרור אותה כמות חום בקירור.
עמידות באש היא תכונה פיזיקלית של חומר המתארת את יכולתו לעמוד בטמפרטורות גבוהות ובנוזלים בשריפה. בהתאם לרמת העמידות לאש, חומרים וחומרים יכולים להיות חסיני אש, בעירה איטית ודליקים.
עקשנות היא היכולת של חפץ לעמוד בחשיפה ממושכת לטמפרטורות גבוהות ללא התכה ועיוות לאחר מכן. בהתאם לרמת העמידות, חומרים יכולים להיות עקשן, עקשן וניתנים להתיך.
חדירות אדים וגזים היא התכונה הפיזית של חומרים להעביר גזי אוויר או אדי מים דרך עצמם בלחץ.
מאפיינים כימיים
תכונות כימיות נקראות תכונות המתארות את יכולתם של חומרים להגיב להשפעות סביבתיות המובילות לשינויים במבנה הכימי שלהם. בנוסף, תכונות אלו כוללות גם אפיון חומרים מבחינת השפעתם על מבנים של עצמים אחרים. מנקודת מבט של תכונות כימיות, חומרים מתוארים לפי רמת המסיסות, עמידות לחומצות ולאלקליות, עמידות לגזים ואנטי קורוזיה.
מסיסות מתייחסת ליכולת של חומר להתמוסס במים, בנזין, שמן, טרפנטין וממיסים אחרים.
התנגדות לחומצה מציינת את רמת העמידות של חומר בפניחומצות מינרליות ואורגניות.
תנגודת אלקלי נלקחת בחשבון בעיבוד טכנולוגי של חומרים, מכיוון שהיא עוזרת לזהות את טבעם.
התנגדות לגזים מאפיינת את היכולת של אובייקט להתנגד לאינטראקציה עם גזים שהם חלק מהאטמוספרה.
באמצעות אינדקס נגד קורוזיה, ניתן לגלות כמה חומר יכול להיהרס על ידי קורוזיה הנובעת מחשיפה לסביבה החיצונית.
נכסים מכניים
מאפיינים מכניים הם התגובות של חומרים לעומסים מכניים המופעלים עליהם.
התכונות הפיזיקליות והמכניות של חומרים חופפות לעתים קרובות, אך ישנן מספר תכונות מכניות בלבד. מהצד של המכניקה, חומרים מתאפיינים בגמישות, חוזק, קשיות, פלסטיות, עייפות, שבירות וכו'.
אלסטיות היא היכולת של גופים (מוצקים) להתנגד להשפעות שמטרתן לשנות את נפחם או צורתם. חפץ בעל ערך גמישות גבוה עמיד בפני מתח מכני ומסוגל לתקן את עצמו, לחזור למצבו המקורי לאחר הפסקת החשיפה.
חוזק מציין עד כמה חומר עמיד בפני שבירה. הערך המרבי שלו עבור חפץ מסוים נקרא חוזק המתיחה. פלסטיות מתייחסת גם למדדי חוזק. זוהי תכונה (האופיינית למוצקים) לשנות באופן בלתי הפיך את מראהו (הדפורמציה) בהשפעת כוחות היוצאים מבחוץ.
עייפות היא תהליך מצטבר שבו, כתוצאה מפגיעות מכניות חוזרות, רמת הלחץ הפנימי של החומר עולה. רמה זו תגדל עד שתחצה את הגבול האלסטי, מה שיגרום לחומר להתחיל להתפרק.
אחד המאפיינים הנפוצים ביותר הוא קשיות. הוא מייצג את רמת ההתנגדות של אובייקט בפני הזחה.
שיטה לקביעת מאפיינים פיזיקליים
כדי לברר תכונות פיזיקליות מסוימות של חומר, נעשה שימוש בשיטות שונות, שכל אחת מהן מכוונת ללימוד אינדיקטור מסוים.
כדי לקבוע את הצפיפות של דגימת חומר, נעשה שימוש לעתים קרובות בשיטת השקילה ההידרוסטטית. זה כולל מדידת נפח של חומר לפי מסת הנוזל שהוא עוקר. צפיפות אמיתית מחושבת מתמטית על ידי חלוקת המסה של עצם בנפח המוחלט שלו.
הניסוי לקביעת כמות ספיגת המים מתבצע במספר שלבים. קודם כל שוקלים דגימת חומר, מודדים את מידותיה ומחושבים את הנפח. לאחר מכן, הוא טובל במים למשך 48 שעות לרוויה בנוזל. לאחר יומיים מוציאים את הדגימה מהמים ומשקללים מיד, ולאחר מכן מחשבים את ספיגת המים של החומר בצורה מתמטית.
רוב השיטות לקביעת התכונות הפיזיקליות של חומרים בפועל מסתכמות בשימוש בנוסחאות מיוחדות.
קביעת תכונות כימיות
כל התכונות הכימיות הבסיסיות של חומרים נקבעות על ידי יצירת תנאים לאינטראקציה של מושא המחקר עם ריאגנטים שונים. כדי לקבוע את המסיסות, משתמשים במים, שמן, בנזין וממיסים אחרים. רמת החמצון והרגישות לקורוזיה נקבעת באמצעות חומרי חמצון שונים המעודדים תגובות כלליות, ליטוף ותגובות בין-גרגיריות.
קביעת מאפיינים מכניים
התכונות המכניות של חומרים תלויות במידה רבה במבנה שלהם, בכוחות המופעלים עליהם, בטמפרטורה ובלחץ החיצוני. כמעט כל המאפיינים המכניים של חומרים נקבעים במהלך בדיקות מעבדה. הפשוטים שבהם הם מתח, דחיסה, פיתול, העמסה וכיפוף. כך, למשל, חוזק המתיחה של החומר בכיפוף ובדחיסה נקבע באמצעות מכבש הידראולי.
בנוסף, בעת קביעת תכונות מכניות, נעשה שימוש גם בנוסחאות מיוחדות, המבוססות לרוב על המסה של עצם ונפחו.
