خواص المواد - مقرر المواد والعمليات (جزء ١)

‫الكثافة‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬هي قياس لكتلة المادة لكل وحدة حجم‬ ‫مثال‪ :‬إذا كانت الكرة الفوالذية وكرات الورق بنفس الكتلة‪ ،‬فإن الكرة الفوالذية سيكون لها حجم أقل‪.‬‬...

‫الكثافة‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬هي قياس لكتلة المادة لكل وحدة حجم‬ ‫مثال‪ :‬إذا كانت الكرة الفوالذية وكرات الورق بنفس الكتلة‪ ،‬فإن الكرة الفوالذية سيكون لها حجم أقل‪.‬‬ ‫وإذا كانتا بنفس الحجم‪ ،‬فإن الكرة الفوالذية ستكون أثقل‪.‬‬ ‫االستنتاج‪ :‬كلما زادت الكثافة‪ ،‬زاد الوزن للمادة عند الحجم الثابت‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫معامل المرونة‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬هو قياس لمرونة المادة‪ ،‬ويقيس مقاومة المادة للتشوه غير الدائم أو المرن‬ ‫مثال‪ :‬إذا كان من الصعب شد النابض‪ ،‬فسيعتبر صلبًه‪،‬‬ ‫وإذا كان من السهل شده‪ ،‬فسيعتبر مرنًا ‪.‬‬ ‫أنواع المواد‪:‬‬ ‫المعادن والسيراميك‪ :‬صلبة‪.‬‬ ‫البوليمرات‪ :‬أقل صالبة ‪.‬‬ ‫الفوم‪ :‬أكثر مرونة‬ ‫االستنتاج‪ :‬كلما زاد معامل المرونة‪ ،‬زادت صالبة المادة‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫القوة ‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬تقيس القوة المطلوبة إلحداث تشوه دائم‪.‬‬ ‫مثال‪ :‬عندما تسحب نابضًا‪ ،‬يعود إلى شكله األصلي‪.‬لكن إذا سحبته بقوة أكبر‪ ،‬قد ال يعود إلى وضعه الطبيعي‪.‬‬ ‫أنواع المواد‪:‬‬ ‫المواد الهشة مثل الزجاج والسيراميك‪ :‬قد تنكسر عند التشوه الدائم‪.‬‬ ‫المواد القابلة للتشكل مثل المعادن والبوليمرات‪ :‬تغير شكلها بشكل دائم ‪.‬‬ ‫االستنتاج‪ :‬كلما زادت القوة الالزمة إلحداث التشوه الدائم‪ ،‬زادت قوة المادة‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬  ‫إجهاد الخضوع‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬هو الحد األقصى للتمدد قبل حدوث تشوه دائم‪.‬‬ ‫مثال‪ :‬الطول األقصى الذي يمكن للنابض أن يتمدد إليه ويعود بعده إلى طبيعته هو حد التمدد‪.‬إذا تجاوزت هذا الطول‪ ،‬فلن يعود‬ ‫النابض إلى شكله األصلي‪.‬‬ ‫االستنتاج‪ :‬كلما زاد إجهاد الخضوع‪ ،‬زادت قدرة المادة على التمدد دون حدوث تشوه دائم‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫معامل المرونة المحدد‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬هو معامل المرونة مقسو ًما على الكثافة‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫القوة المحددة‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬هي القوة مقسومة على الكثافة‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫صالبة الكسر‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬تقيس مقاومة المادة النتشار الشقوق‪.‬‬ ‫مثال‪:‬‬ ‫‪ -‬غالف السلوفان‪ :‬صعب اإلزالة ولكن يمكن تمزيقه بسهولة بعد تمزيق السطح ‪.‬‬ ‫‪ -‬ورقة النحاس‪ :‬ال تتمزق بسهولة بسبب صالبتها العالية ‪.‬‬ ‫تطبيق عملي‪:‬‬ ‫إذا وقفت على صندوقين‪ ،‬واحد من الفوالذ وآخر من البالستيك‪ ،‬قد ال ينكسر أي منهما‬ ‫لكن إذا كان هناك شق في كال الصندوقين‪ ،‬فإن الصندوق البالستيكي سينكسر أوالً ألنه أقل صالبة‬ ‫‪.‬االستنتاج‪ :‬المواد ذات صالبة الكسر العالية تتحمل الشقوق‪ ،‬مما يسمح لها بتحمل األحمال بأمان حتى عندما تكون مشقوقة ‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫المتانة‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬تقيس قدرة المادة على امتصاص الطاقة ومقاومة الصدمات حتى الكسر‬ ‫الخصائص‪ :‬المادة ذات القوة العالية والليونة العالية ستكون أكثر متانة من المادة ذات القوة المنخفضة والليونة المنخفضة‬ ‫مثال‪ :‬إذا رميتنا طبق خزفي‪ ،‬كرة مطاطية‪ ،‬قضيب فوالذي‪ ،‬ولعبة بالستيكية على الحائط‪ ،‬فإن المواد التي لم تنكسر لديها متانة‬ ‫أعلى‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫المرونة‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬هي القدرة على تحمل انحراف كبير دون حدوث ضرر‪.‬‬ ‫الخصائص‪ :‬االنحراف محدود إما من خالل الخضوع (تشوه دائم) أو من خالل الكسر‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫الموصلية الحرارية‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬هي قياس قدرة المادة على نقل أو توصيل الحرارة‪.‬‬ ‫الخصائص‪:‬‬ ‫‪ -‬المعادن وبعض السيراميك‪ :‬موصلية عالية‪.‬‬ ‫‪ -‬البوليمرات‪ :‬موصلية أقل بـ ‪ 1000‬مرة ‪.‬‬ ‫التطبيقات‪:‬‬ ‫‪ -‬الموصلية العالية‪ :‬قيمة في مبادالت الحرارة والمبردات ‪.‬‬ ‫‪ -‬الموصلية المنخفضة‪ :‬قيمة للعزل ضد الحرارة‪ ،‬مثل مقابض أواني الطهي‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫االنتشار الحراري ‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬يصف مدى قدرة المادة على نشر الحرارة‪.‬‬ ‫العوامل‪ :‬يعتمد على سرعة توصيل الحرارة (الموصلية الحرارية)‬ ‫وسرعة تغير درجة حرارتها عند التسخين (سعة الحرارة)‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫الدفء عند اللمس‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬تشعر المواد بالبرودة عند لمسها إذا كانت توصل الحرارة بعيدًا عن يدك بسرعة‪.‬‬ ‫االرتباط‪ :‬هذا مرتبط بالموصلية الحرارية واالنتشار‪.‬‬ ‫إذا كانت كالهما مرتفعة‪ ،‬ستبدو المادة أبرد عند اللمس في درجة حرارة الغرفة‪.‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬  ‫معامل التمدد الحراري‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬يشير إلى ميل المادة لتغيير شكلها‪ ،‬ومساحتها‪ ،‬وحجمها‪ ،‬وكثافتها بسبب تغير درجة الحرارة‪.‬‬ ‫األهمية‪ :‬مطابقة معامالت التمدد عند دمج مواد مختلفة مهمة لتجنب الضغوط الحرارية‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫الضغوط الحرارية‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬تشير إلى الضغوط التي تتولد في المواد نتيجة لتغيرات درجة الحرارة‪.‬‬ ‫الخصائص‪ :‬عندما تتغير درجة الحرارة‪ ،‬تتمدد أو تنكمش المواد‪ ،‬مما يمكن أن يؤدي إلى ظهور ضغوط داخلية إذا كانت المادة‬ ‫مقيدة أو ملتصقة بمواد أخرى‪.‬‬ ‫المخاطر‪ :‬إذا لم يتم التعامل مع هذه الضغوط بشكل صحيح‪ ،‬قد تؤدي إلى تشققات أو فشل في المواد‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫مقاومة الكهرباء‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬تقيس مدى قدرة المادة على مقاومة التيار الكهربائي‪.‬‬ ‫الخصائص‪ :‬كلما كانت المقاومة أقل‪ ،‬كانت الموصلية أعلى‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫أقصى درجة حرارة للخدمة‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬هي درجة الحرارة التي يصبح عندها استخدام المادة غير ممكن‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫معامل االحتكاك‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬يتعلق بقياس االحتكاك الذي يمكن أن يحدث عند االنزالق على سطح المادة‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫الصالبة‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬هي خاصية سطحية تتعلق بالخدوش‪ ،‬واالنطباعات‪ ،‬والتآكل‪.‬‬ ‫الخصائص‪ :‬كلما زادت الصالبة‪ ،‬قلت المخاوف المتعلقة بهذه المشكالت‪.‬‬ ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫معدل التآكل‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬هو الحجم المفقود من المادة لكل وحدة مسافة نتيجة لالحتكاك المتكرر‪.‬‬  ‫مقاومة التآكل‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬تشير إلى قدرة المادة على مقاومة الخدوش والتآكل الناتج عن االحتكاك‪.‬‬ ‫العوامل المؤثرة‪:‬‬ ‫‪-١‬الصالبة‪ :‬المواد األكثر صالبة تكون أقل عرضة للخدوش‪.‬‬ ‫‪ -٢‬معامل االحتكاك‪ :‬يؤثر على كمية االحتكاك الناتج عند تالمس المواد‪.‬المواد ذات معامل االحتكاك المنخفض قد تكون أقل‬ ‫عرضة للتآكل‪.‬‬ ‫‪ -٣‬التركيب الكيميائي‪ :‬نوع المادة وخصائصها الكيميائية تؤثر على مقاومتها‪.‬‬ ‫‪ -٤‬البيئة المحيطة‪ :‬الظروف مثل الرطوبة ودرجة الحرارة يمكن أن تؤثر على المقاومة‪.‬‬ ‫أهمية مقاومة التآكل‪:‬‬ ‫تعتبر مقاومة التآكل مهمة في التطبيقات الصناعية واإلنشائية‪ ،‬حيث تؤثر على عمر المادة وأدائها‪.‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫النعومة عند اللمس‬ ‫التعريف‪ :‬النعومة ترتبط بغياب الصالبة‪ ،‬والتي ترتبط بمعامل المرونة‪.‬‬ ‫المعادلة‬ ‫‪S=F/A‬‬ ‫مقياس النعومة أو الصالبة ‪S‬‬ ‫إذا كانت ‪ S‬صغيرة ستشعر المادة بالنعومة‪ ،‬مع زيادة ‪ S‬ستشعر المادة بالصالبة‪.‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫معامل الفقد‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬يقيس فقدان الطاقة في المادة‪.‬‬ ‫المثال‪ :‬عند إسقاط كرة فوالذية على سطح مادة‪ ،‬يُعتبر ارتفاع االرتداد مقياسًا لفقدان الطاقة‬ ‫الخصائص‪:‬‬ ‫‪ -‬المواد ذات معامل الفقد المنخفض تعيد تقريبًا كل الطاقة‪.‬‬ ‫‪ -‬المواد ذات الفقد العالي توقف الكرة تقريبًا على الفور‪.‬‬ ‫التطبيقات‪:‬‬ ‫‪-‬اختر المواد ذات الفقد المنخفض للنوابض‪.‬‬ ‫‪-‬اختر المواد ذات الفقد العالي لتخفيف االهتزاز‪.‬‬  ‫سطوع الصوت‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬يختلف تخفيض الصوت في مادة بنا ًء على معامل الفقد‪.‬‬ ‫العالقة‪:‬‬ ‫‪ -‬إذا كانت ‪ L‬صغيرة سيكون الصوت مكتو ًما‪ ،‬ومع زيادة ‪ L‬سيصبح الصوت أكثر وضوحًا‪.‬‬ ‫مثال‪ :‬عند ضرب كرة مطاطية يكون الصوت مكتو ًما‪ ،‬بينما عند ضرب باب فوالذي يكون الصوت أعلى‪.‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫سرعة الصوت‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬تشير إلى مدى سهولة انتقال موجات الصوت عبر المادة‪.‬‬ ‫ح‬ ‫العالقة‪ :‬كلما كانت السرعة أعلى‪ ،‬كان الصوت أكثر وضو ً‬ ‫‪ V‬االرتباط ‪ :‬السرعة مرتبطة بمعامل المرونة والكثافة ‪ ،‬إذا كانت (‬ ‫) عالية فإن الصوت ينتقل بسرعة‪ ،‬مما يعني نغمة عالية ‪.‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫الضبابية‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬تتعلق بمعامل االنكسار للمادة وتستخدم لوصف المواد الشفافة وشبه الشفافة‪.‬‬ ‫كلما كانت الضبابية أقل‪ ،‬كانت الرؤية من خالل المادة أوضح‪.‬‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫اللمعان‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬قدرة سطح المادة على عكس الضوء في اتجاه معين‪.‬‬ ‫يتم قياس اللمعان من زوايا مختلفة‪.‬كلما زادت قيمة اللمعان‪ ،‬زادت اللمعان المرئي‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫جداول خصائص المواد‪:‬‬ ‫التعريف‪ :‬تُستخدم لتلخيص المعلومات األساسية حول المواد المختلفة‪.‬‬ ‫الخصائص المشمولة‪:‬‬ ‫‪ -١‬الكثافة‪ :‬قياس الكتلة لكل وحدة حجم‪.‬‬ ‫‪ -٢‬صالبة‪ :‬مقياس لمقاومة المادة للخدش أو االنضغاط‪.‬‬ ‫‪ -٣‬معامل المرونة‪ :‬مقياس لصالبة المادة وقدرتها على العودة إلى شكلها األصلي بعد التشوه‪.‬‬  ‫‪ -٤‬معامل التمدد الحراري‪ :‬يشير إلى كيفية تغير حجم المادة مع تغير درجة الحرارة‪.‬‬ ‫‪-٥‬الموصلية الحرارية‪ :‬قدرة المادة على توصيل الحرارة‪.‬‬ ‫‪ -٦‬المقاومة الكهربائية‪ :‬قدرة المادة على مقاومة تدفق التيار الكهربائي‪.‬‬ ‫‪ -٧‬معدل التآكل‪ :‬مقدار المادة المفقود بسبب التآكل عند االحتكاك المتكرر‪.‬‬ ‫‪-٨‬معامل الفقد‪ :‬مقياس لفقدان الطاقة داخل المادة‪.‬‬ ‫‪-٩‬الضبابية‪ :‬مقياس لمدى وضوح الرؤية من خالل المادة‪.‬‬ ‫‪-١٠‬اللمعان‪ :‬قدرة المادة على عكس الضوء‪.‬‬ ‫االستخدامات‪:‬‬ ‫الهندسة‪ :‬اختيار المواد لبناء الهياكل أو األنظمة‬ ‫التصميم‪ :‬اختيار المواد المناسبة للمنتجات االستهالكية‬ ‫البحث العلمي‪ :‬دراسة خصائص المواد الجديدة أو المحسنة‬ ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬ ‫الرسومات البيانية‪:‬‬ ‫تساعد الرسومات البيانية لخصائص المواد في اتخاذ قرارات مستنيرة بنا ًء على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد‪.‬هذه الرسومات‬ ‫تلخص الخصائص األساسية للمواد المختلفة‪ ،‬مما يسهل اختيار المواد المناسبة لتطبيقات محددة‪.‬‬