Каждый предмет, окружающий человека, изготовлен из определенного сырья. В его качестве выступают различные материалы. Для того чтобы эффективнее их использовать, прежде всего следует тщательно исследовать присущие им свойства и характеристики.
Виды свойств
В настоящее время исследователи определили три основных вида свойств материалов:
- физические;
- химические;
- механические.
Каждое из них описывает определенные характеристики того или иного материала. В свою очередь они могут комбинироваться, например, физические и химические свойства материалов объединяются в физико-химические.
Физические свойства
Физические свойства материалов дают характеристику их строения, а также отношения к любого рода процессам (физического характера), которые исходят из внешней среды. Эти свойства могут быть:
- Удельными характеристиками строения и структурными характеристиками - истинная, средняя и насыпная плотности; закрытая, открытая или общая плотности.
- Гидрофизическими (ответная реакция на воздействие воды либо мороза) – водопоглощением, влагоотдачей, влажностью, морозостойкостью.
- Теплофизическими (свойства возникающие под воздействием тепла либо холода) – теплопроводностью, теплоемкостью, огнеупорностью, огнестойкостью и др.
Все они относятся к основным физическим свойствам материалов и веществ.
Удельные характеристики
Истинной плотностью называется физическое свойство материалов, которое выражается отношением массы вещества к его объему. При этом исследуемый объект должен пребывать в абсолютной плотности, то есть без пустот и пор. Средней плотностью называют физическую величину, которая определяется отношением массы вещества к объему, занимаемому им в пространстве. При расчете этого свойства объем объекта включает в себя все внутренние и внешние поры и пустоты.
Сыпучим веществам характерно такое физическое свойство материалов, как насыпная плотность. Объем такого объекта исследования включает в себя не только пористость материала, но и образовавшиеся между элементами вещества пустоты.
Пористость материала – это величина, которая выражает степень заполненности общего объема вещества порами.
Гидрофизические свойства
Последствия воздействия на материал воды или морозов во многом зависят от степени его плотности и пористости, которые влияют на уровень водопоглощения, водопроницаемости, морозостойкости, теплопроводности и др.
Водопоглощением называется способность вещества впитывать и удерживать в себе влагу. Высокий уровень пористости при этом играет важную роль.
Влагоотдача является свойством, противоположным водопоглощению, то есть характеризует материал со стороны отдачи влаги в окружающую его среду. Эта величина играет важную роль в обработке некоторых веществ, например, строительных, которые в процессе возведения имеют высокую влажность. Благодаря влагоотдаче они высыхают до тех пор, пока их влажность не сравняется с окружающей средой.
Гигроскопичность – это свойство предусматривающее поглощение объектом водяных паров извне. Например, древесина способна поглощать много влаги, в результате чего растет ее масса, снижается уровень прочности и меняется размер.
Усушка или усадка – это гидрофизическое свойство материалов, которое предусматривает уменьшение его объемов и размера в процессе высыхания.
Водостойкостью называется способность вещества сохранять свою прочность в результате увлажнения.
Морозостойкостью является способность материала, насыщенного водой, многократно выдерживать заморозку и оттаивание без снижения уровня прочности и разрушения.
Теплофизические свойства
Как упомянуто выше, такие свойства описывают последствия воздействий тепла или холода на вещества и материалы.
Теплопроводностью называется способность объекта передавать тепло от поверхности к поверхности через свою толщу.
Теплоемкость – свойство вещества, предусматривающее поглощение определенного количества тепла при нагревании и выделение того же количества тепла при охлаждении.
Огнестойкостью называется физическое свойство материала, которое описывает его способность противостоять действию высокой температуры и жидкости при пожаре. В соответствии с уровнем огнестойкости материалы и вещества могут быть несгораемыми, трудносгораемыми и сгораемыми.
Огнеупорность – это способность объекта выдерживать длительные воздействия высокими температурами без последующего расплавления и деформации. В зависимости от уровня огнеупорности вещества могут быть огнеупорными, тугоплавкими и легкоплавкими.
Паро- и газопроницаемостью называется физическое свойство материалов пропускать через себя под давлением воздушные газы либо водяной пар.
Химические свойства
Химическим называются свойства, которые описывают способность материалов реагировать на воздействия окружающей среды, ведущие к изменениям в их химической структуре. Кроме того, к таким свойствам относятся и характеризующие вещества со стороны их влияния на структуры других объектов. С точки зрения химических свойств материалы описываются уровнем растворимости, кислото- и щелочестойкостью, газоустойчивостью и антикоррозийностью.
Растворимостью обозначается способность вещества к растворению в воде, бензине, масле, скипидаре и других растворителях.
Кислотостойкость показывает уровень стойкости материала к воздействию минеральных и органических кислот.
Щелочестойкость учитывается при технологических обработках веществ, так как помогает распознать их природу.
Газостойкостью характеризуют способность объекта противостоять взаимодействию с газами, которые входят в состав атмосферы.
С помощью показателя антикоррозийности можно узнать, насколько вещество поддается разрушению коррозией, возникающей в результате воздействия на него внешней среды.
Механические свойства
Механическими свойствами называются реакции материалов на приложенные к ним механические нагрузки.
Физические и механические свойства материалов часто пересекаются, однако существует ряд исключительно механических показателей. Со стороны механики вещества характеризуются упругостью, прочностью, твердостью, пластичностью, усталостью, хрупкостью и др.
Упругостью является способность тел (твердых) к сопротивлению воздействиям, направленным на изменение их объема либо формы. Объект с высокой величиной упругости устойчив к механическим напряжениям и способен самостоятельно восстанавливаться, возвращаясь в исходное состояние после прекращения воздействия.
Прочность показывает, насколько материал устойчив к разрушению. Его максимальный показатель для определенного объекта называется пределом прочности. Пластичность также относится к прочностным показателям. Она является свойством (характерным для твердых тел) бесповоротно изменять свой внешний вид (деформироваться) под влиянием сил, исходящих извне.
Усталостью называется накопительные процесс, при котором в результате повторяющихся механических воздействий растет уровень внутреннего напряжения материала. Этот уровень будет увеличиваться до тех пор, пока не пересечет предел упругости, в результате чего материал начнет разрушаться.
Одним из самых распространенных свойств является твердость. Она представляет собой уровень сопротивления объекта вдавливанию.
Методика определения физических свойств
Для того чтобы узнать определенные физические свойства материала, используются различные способы, каждый из которых направлен на исследование какого-то определенного показателя.
Для того чтобы определить плотность образца материала, зачастую пользуются методом гидростатического взвешивания. Он предусматривает измерение объема вещества по массе вытесняемой им жидкости. Истинную плотность рассчитывают математическим путем, разделив массу объекта на его абсолютный объем.
Эксперимент по определению величины водопоглощения производится в несколько этапов. Прежде всего образец материала взвешивается, производится измерение его размеров и вычисляется объем. После этого он погружается в воду на 48 часов для насыщения жидкостью. Спустя 2 дня образец достают из воды и немедленно взвешивают, после чего математическим путем вычисляется водопоглощение материала.
Большинство методов определения физических свойств материалов на практике сводятся к использованию специальных формул.
Определение химических свойств
Все основные химические свойства веществ определяются путем создания условий для взаимодействия объекта исследования с различными реагентами. Для определения растворимости используется вода, масло, бензин и другие растворители. Уровень окисления и подверженности образованию коррозии определяется с помощью различных окислителей, которые способствуют общим, петтинговым и межкристаллитным реакциям.
Определение механических характеристик
Механические свойства веществ в значительной степени зависят от их структуры, сил, которые к ним прикладываются, температуры и внешнего давления. Практически все механические характеристики материалов устанавливаются в процессе лабораторных испытаний. Самыми простыми из них являются растяжение, сжатие, кручение, нагружение и изгиб. Так, например, предел прочности материала при изгибе и сжатии определяется при помощи гидравлического пресса.
Кроме того, при определении механических свойств также используют специальные формулы, которые зачастую основываются на массе объекта и его объеме.
