tema 3. Comportamiento termico, electrico y optico

La temperatura de un material…

Está relacionada con la energía del movimiento interno de los átomos del material

Temperatura: gases

La temperatura en los gases se relaciona con la energía cinética de los átomos de gas

Temperatura: líquidos

La temperatura en los líquidos se relaciona con la energía cinética y de rotación de las meleculas

Temperatura: sólidos

La temperatura en los sólidos se relaciona con la vibración de los átomos en torno a su posición de equilibrio

Propiedades importantes en la utilización de materiales

• Capacidad calorífica

• Dilatación térmica

• Conductividad térmica

Capacidad calorífica

Capacidad de un material de absorber calor de su entorno. Esta representa la cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura del material en una unidad (1°C)

• No depende significativamente de la estructura del material

Calor específico

Unidad calorífica por unidad de masa. Cantidad de calor que hay que comunicar a la unidad de masa con el fin de elevar un grado su temperatura

• No depende significativamente de la estructura del material

• La VIBRACIÓN DE LA RED → afecta al calor específico

Dilatación térmica: Dilatación Lineal

El material aumenta su dimensión longitudinal, su longitud

Dilatación térmica: Dilatación superficial

El material experimenta un cambio en las dimensiones de su área superficial, aumenta el tamaño en dos dimensiones

Dilatación térmica: Dilatación volumétrica

El material se expande en las tres dimensiones: aumenta su altura, ancho y espesor

Mecanismos de trasferencia de calor: CONDUCCIÓN

Mediante vibraciones atómicas y conducción de electrones libres

Mecanismos de transferencia de calor: CONVECCIÓN

Transferencia de energía térmica de un punto a otro de un fluido (líquido o gas) mediante transporte de materia

Mecanismos de transferencia de calor: RADIACIÓN

transmisión de energía que puede propagarse en el vacío

Corriente eléctrica

Es el flujo neto de carga eléctrica que circula de forma ordenada por un medio material conductor (sólido, líquido o gaseoso). Las cargas son transportadas por el movimiento de electrones o iones

• En los sólidos se mueven los electrones

• En los líquidos los iones

• En los gases, los iones electrones

Resistencia eléctrica

Es la oposición al paso de la corriente eléctrica. Unidad es el ohmio. Dependiendo de dicha oposición el material puede ser, conductor, aislante o semiconductor.

Dependencia de la conductividad con la temperatura

• Un aumento de temperatura de un material supone un aumento de la energía de vibraciones de los átomos de la red cristalina. Los átomos dificultan el movimiento de los electrones, a causando una disminución de la conductividad eléctrica

• La resistividad eléctrica aumenta con la temperatura

Materiales conductores

Cuentan con una alta conductividad eléctrica

• Ejemplo: metales → aluminio, cobre, oro. Aplicaciones→ hilo de cobre

Materiales aislantes

Cuanta con una conductividad eléctrica muy baja

• Ejemplo: Cerámicos o polímeros → vidrio, metacrilato

Semiconductor

Elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores como, por ejemplo, el campo eléctrico, la presión, la radiación que le incide o la temperatura ambiental

• Elemento: Silicio / Germanio

Superconductor

Material que por debajo de cierta temperatura crítica exhibe una resistencia nula al paso de la corriente eléctrica.

El comportamiento óptico

Es el comportamiento de los materiales frente a la luz.

Entre las aplicaciones ópticas de los materiales encontramos: el uso de espejos, prismas, la decoración, los láseres o los filtros

La luz

es una onda electromagnética en la que simultáneamente coexisten un campo eléctrico y un campo magnético que varían con el tiempo y con la posición

Espectro electro magnético

• Este permite clasificar todos los tipos de radiaciones electromagnética, incluyendo rayos X, ondas de radio y microondas

• La radiación visible representa una pequeña parte del espectro electromagnético

ABSORBANCIA

Es la fracción de radiación incidente que se absorbe, es la parte de luz que se pierde en el interior del material

Reflexión en medios materiales

Cuando la luz incide sobre la superficie, se produce el fenómeno llamado reflexión. En este parte de la luz no atraviesa la superficie y permanece en el medio donde se propagaba inicialmente

Reflexión especular

Se da cuando la superficie de un material es completamente lisa y plana, como la de un espejo, metal o vidrio. La luz reflejada crea el mismo ángulo con una normal a la superficie de reflexión. La imagen se verá nítida y definida

• Corresponde al reflejo del espejo

Reflexión difusa

Se da cuando la superficie del material es rugosa y no microscópicamente lisa, como el hielo o el agua en movimiento. Cada rayo de luz que incida en la superficie seguirá la ley básica de reflexión, pero, al estar las partículas orientadas aleatoriamente, las reflexiones se distribuirán de manera aleatoria. La imagen será distorsionada y con los bordes poco definidos

Refracción en medios materiales

Es el fenómeno por el que la dirección de propagación de la luz se modifica al pasar de un medio material a otro distinto.

Por ej: cuando cambia de aire a agua

Transmitancia

Es la fracción de la radiación que se transmite directamente a través de un material. Es la parte de la luz que queda tras la reflexión y absorción

Refracción en medios naturales - luz blanca

La refracción es el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz al pasar de un medio transparente a otro. Cuando se trata de luz blanca, este fenómeno provoca su dispersión: la luz se separa en los colores básicos del espectro visible (el arcoíris) porque cada color viaja a una velocidad distinta

El color

• La luz blanca es la suma de todos los colores de espectro luminoso

• Un objeto absorbe todos los colores del espectro luminoso y refleja aquel que percibimos con nuestros ojos. Ejemplo: un pimiento verde: este absorbe todos los colores del espectro y refleja el color verde, siendo nuestros ojos capaz de percibirlo

IRIDISCENCIA

Fenómeno óptico categorizado como la propiedad de ciertas superficies de variar el tono de la luz según el ángulo desde el que se observa la superficie