Katrs priekšmets, kas ieskauj cilvēku, ir izgatavots no noteiktas izejvielas. Tas kalpo kā dažādi materiāli. Lai tos izmantotu efektīvāk, pirmkārt, rūpīgi jāizpēta to raksturīgās īpašības un īpašības.
Īpašumu veidi
Šobrīd pētnieki ir identificējuši trīs galvenos materiālu īpašību veidus:
- fizisks;
- ķīmiska;
- mehāniski.
Katrs no tiem apraksta noteiktas konkrēta materiāla īpašības. Savukārt tos var apvienot, piemēram, materiālu fizikālās un ķīmiskās īpašības tiek apvienotas fizikālās un ķīmiskās īpašības.
Fizikālās īpašības
Materiālu fizikālās īpašības raksturo to struktūru, kā arī to saistību ar jebkāda veida (fiziska rakstura) procesiem, kas nāk no ārējās vides. Šie rekvizīti var būt:
- Struktūras specifiskās īpašības un strukturālās īpašības - taisnība,vidējais un tilpuma blīvums; slēgts, atvērts vai kopējais blīvums.
- Hidrofizikālā (reakcija uz ūdeni vai salu) - ūdens uzsūkšana, mitruma zudums, mitrums, sala izturība.
- Termofizikālās (īpašības, kas rodas karstuma vai aukstuma ietekmē) - siltumvadītspēja, siltumietilpība, ugunsizturība, ugunsizturība utt.
Tie visi attiecas uz materiālu un vielu pamata fizikālajām īpašībām.
Īpašas īpašības
Patiesais blīvums ir materiālu fizikālā īpašība, ko izsaka ar vielas masas attiecību pret tās tilpumu. Šajā gadījumā pētāmajam objektam jābūt absolūtā blīvumā, tas ir, bez tukšumiem un porām. Vidējo blīvumu sauc par fizisko lielumu, ko nosaka vielas masas attiecība pret tās telpā aizņemto tilpumu. Aprēķinot šo īpašību, objekta tilpums ietver visas iekšējās un ārējās poras un tukšumus.
Bīstamām vielām ir raksturīga tāda materiālu fizikālā īpašība kā tilpuma blīvums. Šāda izpētes objekta apjoms ietver ne tikai materiāla porainību, bet arī tukšumus, kas veidojas starp vielas elementiem.
Materiāla porainība ir vērtība, kas izsaka kopējā vielas tilpuma piepildījuma pakāpi ar porām.
Hidrofizikālās īpašības
Ūdens vai sala iedarbības sekas lielā mērā ir atkarīgas no tā blīvuma un porainības pakāpes, kas ietekmē ūdens absorbcijas līmeni,ūdens caurlaidība, sala izturība, siltumvadītspēja utt.
Ūdens absorbcija ir vielas spēja absorbēt un noturēt mitrumu. Liela nozīme tajā ir augstajam porainības līmenim.
Mitruma atdeve ir īpašība, kas ir pretēja ūdens uzsūkšanai, tas ir, tā raksturo materiālu no mitruma atgriešanās tās vidē. Šai vērtībai ir liela nozīme noteiktu vielu, piemēram, būvmateriālu, apstrādē, kuriem būvniecības procesā ir augsts mitrums. Pateicoties mitruma izdalīšanai, tie izžūst, līdz to mitrums ir vienāds ar apkārtējās vides mitrumu.
Higroskopiskums ir īpašība, kas nodrošina objekta ūdens tvaiku absorbciju no ārpuses. Piemēram, koks var absorbēt daudz mitruma, izraisot tā svara palielināšanos, stiprības samazināšanos un izmēru izmaiņas.
Rukuma jeb saraušanās ir materiālu hidrofizikāla īpašība, kas saistīta ar to tilpuma un izmēra samazināšanos žūšanas laikā.
Ūdensizturība ir vielas spēja saglabāt spēku mitruma ietekmē.
Sala izturība ir ar ūdeni piesātināta materiāla spēja izturēt atkārtotu sasalšanu un atkausēšanu, nesamazinot stiprības un iznīcināšanas līmeni.
Termofizikālās īpašības
Kā minēts iepriekš, šādas īpašības raksturo siltuma vai aukstuma iedarbības ietekmi uz vielām un materiāliem.
Siltumvadītspēja ir objekta spēja pārnest siltumu no virsmas uz virsmu caur tā biezumu.
Siltuma jauda ir vielas īpašība, kas nodrošina noteikta siltuma daudzuma uzsūkšanos karsējot un tāda paša siltuma daudzuma izdalīšanos atdzesējot.
Ugunsizturība ir materiāla fiziska īpašība, kas raksturo tā spēju izturēt augstu temperatūru un šķidrumus ugunsgrēkā. Atbilstoši ugunsizturības līmenim materiāli un vielas var būt ugunsdroši, lēni degoši un degoši.
Ugunsizturība ir objekta spēja izturēt ilgstošu pakļaušanu augstām temperatūrām bez sekojošas kušanas un deformācijas. Atkarībā no ugunsizturības pakāpes vielas var būt ugunsizturīgas, ugunsizturīgas un kausējamas.
Tvaiku un gāzu caurlaidība ir materiālu fiziskā īpašība zem spiediena izlaist cauri gaisa gāzes vai ūdens tvaikus.
Ķīmiskās īpašības
Ķīmiskās īpašības sauc par īpašībām, kas raksturo materiālu spēju reaģēt uz vides ietekmi, kas izraisa izmaiņas to ķīmiskajā struktūrā. Turklāt šīs īpašības ietver arī raksturojošas vielas pēc to ietekmes uz citu objektu struktūrām. No ķīmisko īpašību viedokļa materiālus raksturo šķīdības līmenis, izturība pret skābēm un sārmiem, gāzes izturība un pretkorozijas līmenis.
Šīdība attiecas uz vielas spēju šķīst ūdenī, benzīnā, eļļā, terpentīnā un citos šķīdinātājos.
Skābes izturība norāda materiāla izturības līmeni pretminerālskābes un organiskās skābes.
Sārmu izturība tiek ņemta vērā vielu tehnoloģiskajā apstrādē, jo palīdz atpazīt to būtību.
Gāzes pretestība raksturo objekta spēju pretoties mijiedarbībai ar gāzēm, kas ir atmosfēras sastāvdaļa.
Izmantojot pretkorozijas indeksu, varat uzzināt, cik daudz vielu var iznīcināt korozija, ko izraisa ārējās vides iedarbība.
Mehāniskās īpašības
Mehāniskās īpašības ir materiālu reakcija uz tiem pielikto mehānisko slodzi.
Materiālu fizikālās un mehāniskās īpašības bieži pārklājas, taču ir vairākas tīri mehāniskas īpašības. No mehānikas puses vielas raksturo elastība, izturība, cietība, plastiskums, nogurums, trauslums utt.
Elastība ir ķermeņu (cieto) spēja pretoties ietekmei, kuras mērķis ir mainīt to apjomu vai formu. Objekts ar augstu elastības vērtību ir izturīgs pret mehānisko spriegumu un spēj pats salabot, atgriežoties sākotnējā stāvoklī pēc iedarbības pārtraukšanas.
Stiprums norāda, cik izturīgs ir materiāls pret plīsumiem. Tā maksimālo vērtību konkrētam objektam sauc par stiepes izturību. Plastiskums attiecas arī uz stiprības rādītājiem. Tā ir (cietām vielām raksturīga) īpašība neatgriezeniski mainīt savu izskatu (deformēties) no ārpuses izplūstošu spēku ietekmē.
Nogurums ir kumulatīvs process, kurā atkārtotas mehāniskas iedarbības rezultātā palielinās materiāla iekšējās spriedzes līmenis. Šis līmenis palielināsies, līdz pārsniegs elastības robežu, izraisot materiāla sadalīšanos.
Viena no visizplatītākajām īpašībām ir cietība. Tas atspoguļo objekta pretestības līmeni pret ievilkšanu.
Fizikālo īpašību noteikšanas metode
Lai noskaidrotu noteiktas materiāla fizikālās īpašības, tiek izmantotas dažādas metodes, no kurām katra ir vērsta uz noteikta rādītāja izpēti.
Materiāla parauga blīvuma noteikšanai bieži izmanto hidrostatisko svēršanas metodi. Tas ietver vielas tilpuma mērīšanu pēc šķidruma masas, ko tā izspiež. Patieso blīvumu aprēķina matemātiski, dalot objekta masu ar tā absolūto tilpumu.
Eksperiments ūdens absorbcijas daudzuma noteikšanai tiek veikts vairākos posmos. Vispirms tiek nosvērts materiāla paraugs, izmērīti tā izmēri un aprēķināts tilpums. Pēc tam to iegremdē ūdenī uz 48 stundām, lai piesātinātu ar šķidrumu. Pēc 2 dienām paraugu izņem no ūdens un nekavējoties nosver, pēc tam matemātiski aprēķina materiāla ūdens uzsūkšanos.
Lielākā daļa materiālu fizikālo īpašību noteikšanas metožu praksē ir saistītas ar īpašu formulu izmantošanu.
Ķīmisko īpašību noteikšana
Visas vielu ķīmiskās pamatīpašības nosaka, radot apstākļus pētāmā objekta mijiedarbībai ar dažādiem reaģentiem. Šķīdības noteikšanai izmanto ūdeni, eļļu, benzīnu un citus šķīdinātājus. Oksidācijas līmeni un uzņēmību pret koroziju nosaka, izmantojot dažādus oksidētājus, kas veicina vispārējas, glāsnošanas un starpgranulāras reakcijas.
Mehānisko raksturlielumu noteikšana
Vielu mehāniskās īpašības lielā mērā ir atkarīgas no to struktūras, uz tām pieliktajiem spēkiem, temperatūras un ārējā spiediena. Gandrīz visi materiālu mehāniskie raksturlielumi tiek noteikti laboratorisko pārbaužu laikā. Vienkāršākie no tiem ir spriedze, saspiešana, vērpe, slogošana un locīšana. Tā, piemēram, materiāla stiepes izturību liecē un spiedē nosaka, izmantojot hidraulisko presi.
Turklāt, nosakot mehāniskās īpašības, tiek izmantotas arī īpašas formulas, kuru pamatā bieži ir objekta masa un tilpums.
