Nick Connor

Acerca del cloruro de polivinilo

El cloruro de polivinilo es el tercer polímero plástico sintético más producido en el mundo (después del polietileno y el polipropileno). Hay dos formas básicas de PVC: rígido y plastificado. El PVC rígido, como su nombre indica, es un polímero no modificado y presenta una gran rigidez. El PVC sin modificar es más resistente y rígido que el PE y el PP. El PVC plastificado se modifica mediante la adición de una especie de bajo peso molecular (plastificante) para flexibilizar el polímero.

Resumen

Nombre	Cloruro de polivinilo
Fase en STP	sólido
Densidad	1330 kg / m3
Resistencia a la tracción	48 MPa
Límite de elastacidad	N / A
Módulo de Young	3,4 GPa
Dureza Brinell	35 BHN
Punto de fusión	177 ° C
Conductividad térmica	0,2 W / mK
Capacidad calorífica	880 J / g K
Precio	0,9 $ / kg

Densidad del cloruro de polivinilo

Las densidades típicas de varias sustancias se encuentran a presión atmosférica. La densidad   se define como la   masa por unidad de volumen  . Es una   propiedad intensiva  , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:   ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es   kilogramos por metro cúbico   (  kg / m  ³  ). La unidad de inglés estándar es   libras de masa por pie cúbico   (  lbm / ft  ³  ).

La densidad del cloruro de polivinilo es  1330 kg / m  ³  .

Ejemplo: densidad

Calcula la altura de un cubo hecho de cloruro de polivinilo, que pesa una tonelada métrica.

Solución:

La densidad   se define como la   masa por unidad de volumen  . Se define matemáticamente como masa dividida por volumen: 

ρ = m / V

Como el volumen de un cubo es la tercera potencia de sus lados (V = a  ³  ), la altura de este cubo se puede calcular:

La altura de este cubo es entonces  a = 0,909 m  .

Propiedades mecánicas del cloruro de polivinilo

Resistencia del cloruro de polivinilo

En mecánica de materiales, la  resistencia de un material  es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales  básicamente considera la relación entre las  cargas externas  aplicadas a un material y la  deformación  resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original.

La resistencia de un material  es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas o deformaciones plásticas. Para la tensión máxima de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que prestan a alargarse se conoce como resistencia a la tracción (UTS). El  límite  elástico  o límite elástico es la propiedad del material definido como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). En caso de tensión de tensión de una barra uniforme (curva tensión-deformación), la   ley de Hooke  describe el comportamiento de una barra en la región elástica. El  módulo de elasticidad de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción.

Ver también:  Resistencia de los materiales

Máxima resistencia a la tracción del cloruro de polivinilo

La resistencia máxima a la tracción del cloruro de polivinilo es de 48 MPa.

Límite de elastacidad del cloruro de polivinilo

El límite elástico del cloruro de polivinilo   es N / A.

Módulo de Young del cloruro de polivinilo

El módulo de Young del cloruro de polivinilo es 3,4 GPa.

Dureza del cloruro de polivinilo

En la ciencia de los materiales, la   dureza   es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie   (  deformación   plástica localizada  ) y el   rayado  . La prueba de dureza Brinell   es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un  penetrador esférico  duro bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.

El   número de dureza Brinell   (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

La dureza Brinell del cloruro de polivinilo es de aproximadamente 35 BHN (convertido).

Ver también:  dureza de materiales

Ejemplo: resistencia

Suponga una varilla de plástico, que está hecha de cloruro de polivinilo. Esta varilla de plástico tiene un área de sección transversal de 1 cm  ²  . Calcule la fuerza máxima de tracción necesaria para lograr la resistencia a la tracción de este material, que es: UTS = 48 MPa.

Solución:

La tensión (σ)   se puede equiparar a la carga por unidad de área o la fuerza (F) aplicada por área de sección transversal (A) perpendicular a la fuerza como:

por lo tanto, la fuerza de tracción necesaria para lograr la máxima resistencia a la tracción es:

F  = UTS x A = 48 x 10  ⁶  x 0,0001 =  4 800 N

Propiedades térmicas del cloruro de polivinilo

Cloruro de polivinilo – Punto de fusión

Punto de cloruro de polivinilo de fusión es de 177  ° C  .

Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar. En general, la   fusión   es un   cambio   de  fase  de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El   punto   de  fusión  de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El   punto de fusión   también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio. Para varios compuestos químicos y aleaciones, es difícil definir el punto de fusión, ya que generalmente son una mezcla de varios elementos químicos.

Cloruro de polivinilo – Conductividad térmica

La conductividad térmica del cloruro de polivinilo es  0,2  W / (m · K)  .

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada   conductividad térmica  , k (o λ), medida en   W / mK  . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por   conducción  . Tenga en cuenta que   la ley de Fourier se   aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La   conductividad térmica   de la mayoría de los líquidos y variadas con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir   k = k (T)  . Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones yyz (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Cloruro de polivinilo – Calor específico

El calor Específico de cloruro de polivinilo es  880  J / g K  .

El calor específico, o capacidad calorífica específica,   es una propiedad relacionada con  la energía interna   que es muy importante en termodinámica. Las   propiedades intensivas   c  _v   y   c  _p   se definen para sustancias compresibles simples puras como derivadas parciales de la   energía interna   u (T, v)   y la   entalpía   h (T, p)  , respectivamente: 

donde los subíndices   v   y   p   denotan las variables que se mantienen fijas durante la diferenciación. Las propiedades   c  _v   y   c  _p   se conocen como   calores específicas   (o   capacidades caloríficas  ) porque bajo ciertas condiciones especiales relacionan el cambio de temperatura de un sistema con la cantidad de energía agregada por la transferencia de calor. Unidades Sus SI hijo   J / kg K   o   J / K mol  .

Ejemplo: cálculo de transferencia de calor

La conductividad térmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a través de un área cuadrada de material de un espesor determinado (en metros) debido a una diferencia de temperatura. Cuanto menor sea la conductividad térmica del material, mayor será la capacidad del material para resistir la transferencia de calor.

Calcule la tasa de  flujo  de   calor a   través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m  ²  ). La pared tiene 15 cm de espesor (L  ₁  ) y está hecha de Cloruro de Polivinilo con  una conductividad térmica   de k  ₁  = 0,2 W / mK (mal aislante térmico). Suponga que las  temperaturas  interior y exterior son 22 ° C y -8 ° C, y los   coeficientes de transferencia de calor por convección   en los lados interior y exterior son h  ₁   = 10 W / m  ²  K yh  ₂   = 30 W / m  ² K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida, especialmente, de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).

Calcule el flujo de calor (  pérdida de calor  ) a través de esta pared.

Solución:

Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de   conducción   y   convección  . Con ESTOS Sistemas Compuestos, una Menudo es conveniente Trabajar Con Un   coeficiente de transferencia de calor en general  ,   Conocido Como un   factor de U  . El factor U se define mediante una expresión análoga a   la ley de enfriamiento de Newton  :

El   coeficiente de transferencia de calor general   está relacionado con la   resistencia térmica total   y depende de la geometría del problema.

Suponiendo una transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el   coeficiente de transferencia de calor general   se puede calcular como:

El  coeficiente de transferencia de calor total   es entonces: U = 1 / (1/10 + 0,15 / 0,2 + 1/30) = 1,13 W / m  ²  K

El flujo de calor se puede calcular entonces simplemente como: q = 1,13 [W / m  ²  K] x 30 [K] = 33,96 W / m  ²

La pérdida total de calor a través de esta pared será:  q  _pérdida   = q. A = 33,96 [W / m  ²  ] x 30 [m  ²  ] =  1018,87 W

Sobre Kevlar

El kevlar tiene muchas aplicaciones, que van desde neumáticos para bicicletas y velas de carreras hasta chalecos antibalas, debido a su alta relación resistencia-peso a la tracción; en esta medida es cinco veces más resistente que el acero. Las fibras de alta tenacidad y térmicamente estables se utilizan para armaduras corporales ligeras a prueba de balas, y también debido al ahorro de peso, también pueden reemplazar los materiales más pesados ​​en los aviones, para ahorrar combustible. 

Resumen

Nombre	Kevlar
Fase en STP	sólido
Densidad	1440 kg / m3
Resistencia a la tracción	3600 MPa
Límite de elastacidad	N / A
Módulo de Young	130 GPa
Dureza Brinell	N / A
Punto de fusion	477 ° C
Conductividad térmica	0,04 W / mK
Capacidad calorífica	1420 J / g K
Precio	50 $ / kg

Densidad de Kevlar

Las densidades típicas de varias sustancias se encuentran a presión atmosférica. La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Es una  propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:  ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es  kilogramos por metro cúbico  ( kg / m ³ ). La unidad de inglés estándar es  libras de masa por pie cúbico  ( lbm / ft ³ ).

La densidad del kevlar es de 1440 kg / m ³ .

Ejemplo: densidad

Calcula la altura de un cubo hecho de Kevlar, que pesa una tonelada métrica.

Solución:

La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

Como el volumen de un cubo es la tercera potencia de sus lados (V = a ³ ), la altura de este cubo se puede calcular:

La altura de este cubo es entonces a = 0,886 m .

Propiedades mecánicas del kevlar

Resistencia de Kevlar

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original.

La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas o deformaciones plásticas. Para la tensión de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS). El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). En caso de tensión de tensión de una barra uniforme (curva tensión-deformación), la  ley de Hooke describe el comportamiento de una barra en la región elástica. El módulo de elasticidad de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción.

Ver también: Resistencia de los materiales

Máxima resistencia a la tracción de Kevlar

La resistencia máxima a la tracción del Kevlar es de 3600 MPa.

Límite de elastacidad de Kevlar

El límite elástico de Kevlar  es N / A.

Módulo de Young de Kevlar

El módulo de Young de Kevlar es 130 GPa.

Dureza del Kevlar

En la ciencia de los materiales, la  dureza  es la capacidad de resistir  la hendidura de la superficie  ( deformación plástica localizada ) y el  rayado . La prueba de dureza Brinell  es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico duro  bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.

El  número de dureza Brinell  (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

La dureza Brinell del Kevlar es aproximadamente N / A.

Ver también: dureza de materiales

Ejemplo: resistencia

Suponga una varilla de plástico, que está hecha de Kevlar. Esta varilla de plástico tiene un área de sección transversal de 1 cm ² . Calcule la fuerza de tracción necesaria para lograr la resistencia máxima a la tracción de este material, que es: UTS = 3600 MPa.

Solución:

La tensión (σ)  se puede equiparar a la carga por unidad de área o la fuerza (F) aplicada por área de sección transversal (A) perpendicular a la fuerza como:

por lo tanto, la fuerza de tracción necesaria para lograr la máxima resistencia a la tracción es:

F = UTS x A = 3600 x 10 ⁶ x 0,0001 = 360 000 N

Propiedades térmicas del kevlar

Kevlar – Punto de fusión

Punto de Kevlar de fusión es de 477 ° C .

Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar. En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio. Para varios compuestos químicos y aleaciones, es difícil definir el punto de fusión, ya que generalmente son una mezcla de varios elementos químicos.

Kevlar – Conductividad térmica

La conductividad térmica del Kevlar es 0,04 W / (m · K) .

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T) . Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Kevlar – Calor específico

Calor específico del Kevlar es 1420 J / g K .

El calor específico, o capacidad calorífica específica,  es una propiedad relacionada con la energía interna  que es muy importante en termodinámica. Las  propiedades intensivas  c _v  y  c _p  se definen para sustancias compresibles simples puras como derivadas parciales de la  energía interna  u (T, v)  y la  entalpía  h (T, p) , respectivamente: 

donde los subíndices  v  y  p  denotan las variables que se mantienen fijas durante la diferenciación. Las propiedades  c _v  y  c _p  se conocen como  calores específicos  (o  capacidades caloríficas ) porque bajo ciertas condiciones especiales relacionan el cambio de temperatura de un sistema con la cantidad de energía agregada por la transferencia de calor. Sus unidades SI son  J / kg K  o  J / mol K .

Ejemplo: cálculo de transferencia de calor

La conductividad térmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a través de un área cuadrada de material de un espesor determinado (en metros) debido a una diferencia de temperatura. Cuanto menor sea la conductividad térmica del material, mayor será la capacidad del material para resistir la transferencia de calor.

Calcule la tasa de flujo de  calor a  través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). La pared tiene 15 cm de espesor (L ₁ ) y está hecha de Kevlar con una conductividad térmica  de k ₁ = 0,04 W / mK (mal aislante térmico). Suponga que las temperaturas interior y exterior  son 22 ° C y -8 ° C, y los  coeficientes de transferencia de calor por convección  en los lados interior y exterior son h ₁  = 10 W / m ² K y h ₂  = 30 W / m ² K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida, especialmente, de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).

Calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared.

Solución:

Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de  conducción  y  convección . Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un  coeficiente de transferencia de calor en general ,  conocido como un  factor U . El factor U se define mediante una expresión análoga a  la ley de enfriamiento de Newton :

El  coeficiente de transferencia de calor general  está relacionado con la  resistencia térmica total  y depende de la geometría del problema.

Suponiendo una transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el  coeficiente de transferencia de calor general  se puede calcular como:

El coeficiente de transferencia de calor total  es entonces: U = 1 / (1/10 + 0,15 / 0,04 + 1/30) = 0,258 W / m ² K

El flujo de calor se puede calcular entonces simplemente como: q = 0,258 [W / m ² K] x 30 [K] = 7,73 W / m ²

La pérdida total de calor a través de esta pared será: q _pérdida  = q. A = 7,73 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 231,76 W

Acerca de poliamida-nylon

Una poliamida es un polímero con unidades repetidas unidas por enlaces amida. Las poliamidas fabricadas artificialmente se pueden fabricar mediante polimerización de crecimiento por etapas o síntesis en fase sólida para producir materiales tales como nailon, aramidas y poli sódico. El nailon es un polímero cristalino con alto módulo, resistencia y propiedades de impacto, y bajo coeficiente de fricción y resistencia a la abrasión. Hay una variedad de nailon comerciales disponibles, que incluyen nailon 6, nailon 11, nailon 12, nailon 6,6, nailon 6,10 y nailon 6,12. Las fibras de nailon por lo que a menudo se agregan agentes antiestáticos para alfombras y otras aplicaciones.

Densidad de poliamida-nylon

Las densidades típicas de varias sustancias se encuentran a presión atmosférica. La densidad   se define como la   masa por unidad de volumen  . Es una   propiedad intensiva  , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:   ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es   kilogramos por metro cúbico   (  kg / m  ³  ). La unidad de inglés estándar es   libras de masa por pie cúbico   (  lbm / ft  ³  ).

La densidad de la poliamida-nylon es de  1140 kg / m  ³  .

Ejemplo: densidad

Calcula la altura de un cubo hecho de poliamida-nylon, que pesa una tonelada métrica.

Solución:

La densidad   se define como la   masa por unidad de volumen  . Se define matemáticamente como masa dividida por volumen: 

ρ = m / V

Como el volumen de un cubo es la tercera potencia de sus lados (V = a  ³  ), la altura de este cubo se puede calcular:

La altura de este cubo es entonces  a = 0,957 m  .

Propiedades mecánicas de poliamida-nylon

Resistencia de poliamida-nylon

En mecánica de materiales, la  resistencia de un material  es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales  básicamente considera la relación entre las  cargas externas  aplicadas a un material y la  deformación  resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original.

La resistencia de un material  es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas o deformaciones plásticas. Para la tensión máxima de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que prestan a alargarse se conoce como resistencia a la tracción (UTS). El  límite  elástico  o límite elástico es la propiedad del material definido como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). En caso de tensión de tensión de una barra uniforme (curva tensión-deformación), la   ley de Hooke  describe el comportamiento de una barra en la región elástica. El  módulo de elasticidad de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción.

Ver también:  Resistencia de los materiales

Máxima resistencia a la tracción de poliamida-nylon

La máxima resistencia a la tracción de la poliamida-nylon es de 40 MPa.

Límite de elastacidad de poliamida-nylon

El límite elástico de poliamida-nylon es N / A.

Módulo de Young de poliamida-nylon

El módulo de Young de poliamida-nylon es de 2,9 GPa.

Dureza de poliamida-nylon

En la ciencia de los materiales, la   dureza   es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie   (  deformación   plástica localizada  ) y el   rayado  . La prueba de dureza Brinell   es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un  penetrador esférico  duro bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.

El   número de dureza Brinell   (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

La dureza Brinell de la poliamida-nylon es de aproximadamente 100 BHN (convertido).

Ver también:  dureza de materiales

Ejemplo: resistencia

Suponga una varilla de plástico, que está hecha de poliamida-nylon. Esta varilla de plástico tiene un área de sección transversal de 1 cm  ²  . Calcule la fuerza de tracción necesaria para lograr la resistencia a la tracción máxima de este material, que es: UTS = 40 MPa.

Solución:

La tensión (σ)   se puede equiparar a la carga por unidad de área o la fuerza (F) aplicada por área de sección transversal (A) perpendicular a la fuerza como:

por lo tanto, la fuerza de tracción necesaria para lograr la máxima resistencia a la tracción es:

F  = UTS x A = 40 x 10  ⁶  x 0,0001 =  4 000 N

Propiedades térmicas de poliamida-nylon

Poliamida-Nylon – Punto de fusión

Punto de fusión de la poliamida-nylon ca 257  ° C  .

Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar. En general, la   fusión   es un   cambio   de  fase  de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El   punto   de  fusión  de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El   punto de fusión   también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio. Para varios compuestos químicos y aleaciones, es difícil definir el punto de fusión, ya que generalmente son una mezcla de varios elementos químicos.

Poliamida-Nylon – Conductividad térmica

La conductividad térmica de la poliamida-nylon es de  0,2  W / (m · K)  .

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada   conductividad térmica  , k (o λ), medida en   W / mK  . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por   conducción  . Tenga en cuenta que   la ley de Fourier se   aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La   conductividad térmica   de la mayoría de los líquidos y variadas con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir   k = k (T)  . Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones yyz (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Poliamida-Nylon – Calor específico

El Calor Específico de poliamida-nylon ca  1500  J / g K  .

El calor específico, o capacidad calorífica específica,   es una propiedad relacionada con  la energía interna   que es muy importante en termodinámica. Las   propiedades intensivas   c  _v   y   c  _p   se definen para sustancias compresibles simples puras como derivadas parciales de la   energía interna   u (T, v)   y la   entalpía   h (T, p)  , respectivamente: 

donde los subíndices   v   y   p   denotan las variables que se mantienen fijas durante la diferenciación. Las propiedades   c  _v   y   c  _p   se conocen como   calores específicas   (o   capacidades caloríficas  ) porque bajo ciertas condiciones especiales relacionan el cambio de temperatura de un sistema con la cantidad de energía agregada por la transferencia de calor. Unidades Sus SI hijo   J / kg K   o   J / K mol  .

Ejemplo: cálculo de transferencia de calor

La conductividad térmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a través de un área cuadrada de material de un espesor determinado (en metros) debido a una diferencia de temperatura. Cuanto menor sea la conductividad térmica del material, mayor será la capacidad del material para resistir la transferencia de calor.

Calcule la tasa de  flujo  de   calor a   través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m  ²  ). La pared tiene 15 cm de espesor (L  ₁  ) y está fabricada en Poliamida-Nylon con  conductividad térmica   k  ₁  = 0,2 W / mK (mal aislante térmico). Suponga que las  temperaturas  interior y exterior son 22 ° C y -8 ° C, y los   coeficientes de transferencia de calor por convección   en los lados interior y exterior son h  ₁   = 10 W / m  ²  K yh  ₂   = 30 W / m  ² K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida, especialmente, de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).

Calcule el flujo de calor (  pérdida de calor  ) a través de esta pared.

Solución:

Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de   conducción   y   convección  . Con ESTOS Sistemas Compuestos, una Menudo es conveniente Trabajar Con Un   coeficiente de transferencia de calor en general  ,   Conocido Como un   factor de U  . El factor U se define mediante una expresión análoga a   la ley de enfriamiento de Newton  :

El   coeficiente de transferencia de calor general   está relacionado con la   resistencia térmica total   y depende de la geometría del problema.

Suponiendo una transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el   coeficiente de transferencia de calor general   se puede calcular como:

El  coeficiente de transferencia de calor total   es entonces: U = 1 / (1/10 + 0,15 / 0,2 + 1/30) = 1,13 W / m  ²  K

El flujo de calor se puede calcular entonces simplemente como: q = 1,13 [W / m  ²  K] x 30 [K] = 33,96 W / m  ²

La pérdida total de calor a través de esta pared será:  q  _pérdida   = q. A = 33,96 [W / m  ²  ] x 30 [m  ²  ] =  1018,87 W

Acerca del caucho

El caucho es un material que se puede estirar y encoger. Es un polímero. Puede producirse a partir de fuentes naturales (por ejemplo, caucho natural) o puede sintetizarse a escala industrial. Por ejemplo, los neumáticos de los automóviles suelen estar hechos de caucho de estireno-butadieno o estireno-butadieno (SBR). Estos materiales tienen buena resistencia a la abrasión y buena estabilidad al envejecimiento cuando están protegidos por aditivos. En 2012, se procesaron más de 5,4 millones de toneladas de SBR en todo el mundo. Muchas otras cosas están hechas de caucho, como guantes, neumáticos, tapones y máscaras. El caucho natural, también llamado caucho o caucho, como se produce primero, consiste en polímeros del compuesto orgánico isopreno, con impurezas menores de otros compuestos orgánicos, más agua.

Resumen

Nombre	Caucho
Fase en STP	sólido
Densidad	1100 kg / m3
Resistencia a la tracción	5 MPa
Límite de elastacidad	15 MPa
Módulo de Young	0,05 GPa
Dureza Brinell	N / A
Punto de fusión	177 ° C
Conductividad térmica	0,5 W / mK
Capacidad calorífica	1300 J / g K
Precio	2,2 $ / kg

Densidad del caucho

Las densidades típicas de varias sustancias se encuentran a presión atmosférica. La densidad   se define como la   masa por unidad de volumen  . Es una   propiedad intensiva  , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:   ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es  kilogramos por metro cúbico  ( kg / m ³ ). La unidad de inglés estándar es  libras de masa por pie cúbico  ( lbm / ft ³ ).

La densidad del caucho es de 1100 kg / m ³ .

Ejemplo: densidad

Calcula la altura de un cubo hecho de caucho, que pesa una tonelada métrica.

Solución:

La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

Como el volumen de un cubo es la tercera potencia de sus lados (V = a ³ ), la altura de este cubo se puede calcular:

La altura de este cubo es entonces a = 0,969 m .

Propiedades mecánicas del caucho

Resistencia del caucho

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original.

La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas o deformaciones plásticas. Para la tensión de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS). El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). En caso de tensión de tensión de una barra uniforme (curva tensión-deformación), la  ley de Hooke describe el comportamiento de una barra en la región elástica. El módulo de elasticidad de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción.

Ver también: Resistencia de los materiales

Máxima resistencia a la tracción del caucho

La máxima resistencia a la tracción del caucho es de 5 MPa.

Límite de elastacidad del caucho

El límite elástico del caucho  es de 15 MPa.

Módulo de Young del caucho

El módulo de Young del caucho es de 0,05 GPa.

Dureza del caucho

En la ciencia de los materiales, la  dureza  es la capacidad de resistir  la hendidura de la superficie  ( deformación plástica localizada ) y el  rayado . La prueba de dureza Brinell  es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico duro  bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.

El  número de dureza Brinell  (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

La dureza Brinell del caucho es aproximadamente N / A.

Ver también: dureza de materiales

Ejemplo: resistencia

Suponga una varilla de plástico, que está hecha de caucho. Esta varilla de plástico tiene un área de sección transversal de 1 cm ² . Calcule la fuerza de tracción necesaria para lograr la resistencia máxima a la tracción de este material, que es: UTS = 5 MPa.

Solución:

La tensión (σ)  se puede equiparar a la carga por unidad de área o la fuerza (F) aplicada por área de sección transversal (A) perpendicular a la fuerza como:

por lo tanto, la fuerza de tracción necesaria para lograr la máxima resistencia a la tracción es:

F = UTS x A = 5 x 10 ⁶ x 0,0001 = 500 N

Propiedades térmicas del caucho

Caucho – Punto de fusión

Punto de goma de fusión es de 177 ° C .

Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar. En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio. Para varios compuestos químicos y aleaciones, es difícil definir el punto de fusión, ya que generalmente son una mezcla de varios elementos químicos.

Caucho – Conductividad térmica

La conductividad térmica del caucho es de 0,5 W / (m · K) .

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T) . Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Caucho – Calor específico

El calor específico del caucho es 1300 J / g K .

El calor específico, o capacidad calorífica específica,  es una propiedad relacionada con la energía interna  que es muy importante en termodinámica. Las  propiedades intensivas  c _v  y  c _p  se definen para sustancias compresibles simples puras como derivadas parciales de la  energía interna  u (T, v)  y la  entalpía  h (T, p) , respectivamente: 

donde los subíndices  v  y  p  denotan las variables que se mantienen fijas durante la diferenciación. Las propiedades  c _v  y  c _p  se conocen como  calores específicos  (o  capacidades caloríficas ) porque bajo ciertas condiciones especiales relacionan el cambio de temperatura de un sistema con la cantidad de energía agregada por la transferencia de calor. Sus unidades SI son  J / kg K  o  J / mol K .

Ejemplo: cálculo de transferencia de calor

La conductividad térmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a través de un área cuadrada de material de un espesor determinado (en metros) debido a una diferencia de temperatura. Cuanto menor sea la conductividad térmica del material, mayor será la capacidad del material para resistir la transferencia de calor.

Calcule la tasa de flujo de  calor a  través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). La pared tiene 15 cm de espesor (L ₁ ) y está hecha de Caucho con una conductividad térmica  de k ₁ = 0,5 W / mK (mal aislante térmico). Suponga que las temperaturas interior y exterior  son 22 ° C y -8 ° C, y los  coeficientes de transferencia de calor por convección  en los lados interior y exterior son h ₁  = 10 W / m ² K y h ₂  = 30 W / m ² K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida, especialmente, de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).

Calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared.

Solución:

Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de  conducción  y  convección . Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un  coeficiente de transferencia de calor en general ,  conocido como un  factor U . El factor U se define mediante una expresión análoga a  la ley de enfriamiento de Newton :

El  coeficiente de transferencia de calor general  está relacionado con la  resistencia térmica total  y depende de la geometría del problema.

Suponiendo una transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el  coeficiente de transferencia de calor general  se puede calcular como:

El coeficiente de transferencia de calor total  es entonces: U = 1 / (1/10 + 0,15 / 0,5 + 1/30) = 2,31 W / m ² K

El flujo de calor se puede calcular entonces simplemente como: q = 2,31 [W / m ² K] x 30 [K] = 69,23 W / m ²

La pérdida total de calor a través de esta pared será:  q  _pérdida   = q. A = 69,23 [W / m  ²  ] x 30 [m  ²  ] =  2076,92 W

Sobre el hielo

El hielo es simplemente agua congelada en un estado sólido. Dependiendo de la presencia de impurezas como partículas de tierra o burbujas de aire, puede aparecer transparente o con un color blanco azulado más o menos opaco. 

Resumen

Nombre	Hielo
Fase en STP	sólido
Densidad	920 kg / m 3
Resistencia a la tracción	2 MPa
Límite de elastacidad	N / A
Módulo de Young	9,1 GPa
Dureza Brinell	10 BHN
Punto de fusion	0 ° C
Conductividad térmica	2,22 W / mK
Capacidad calorífica	2040 J / g K
Precio	1 $ / kg

Densidad del hielo

Las densidades típicas de varias sustancias se encuentran a presión atmosférica. La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Es una  propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:  ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es  kilogramos por metro cúbico  ( kg / m ³ ). La unidad de inglés estándar es  libras de masa por pie cúbico  ( lbm / ft ³ ).

La densidad del hielo es de 920 kg / m ³ .

Ejemplo: densidad

Calcula la altura de un cubo hecho de hielo, que pesa una tonelada métrica.

Solución:

La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

Como el volumen de un cubo es la tercera potencia de sus lados (V = a ³ ), la altura de este cubo se puede calcular:

La altura de este cubo es entonces a = 1,028 m .

Propiedades mecánicas del hielo

Resistencia del hielo

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original.

La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas o deformaciones plásticas. Para la tensión de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS). El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). En caso de tensión de tensión de una barra uniforme (curva tensión-deformación), la  ley de Hooke describe el comportamiento de una barra en la región elástica. El módulo de elasticidad de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción.

Ver también: Resistencia de los materiales

Máxima resistencia a la tracción del hielo

La resistencia máxima a la tracción del hielo es de 2 MPa.

Límite de elastacidad del hielo

El límite elástico del hielo  es N / A.

Módulo de Young del hielo

El módulo de elasticidad del hielo de Young es de 9,1 MPa.

Dureza del hielo

En la ciencia de los materiales, la  dureza  es la capacidad de resistir  la hendidura de la superficie  ( deformación plástica localizada ) y el  rayado . La prueba de dureza Brinell  es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico duro  bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.

El  número de dureza Brinell  (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

La dureza Brinell del hielo es de aproximadamente 10 BHN (convertido).

Ver también: dureza de materiales

Ejemplo: resistencia

Suponga una varilla de plástico, que está hecha de hielo. Esta varilla de plástico tiene un área de sección transversal de 1 cm ² . Calcule la fuerza de tracción necesaria para lograr la resistencia a la tracción máxima de este material, que es: UTS = 2 MPa.

Solución:

La tensión (σ)  se puede equiparar a la carga por unidad de área o la fuerza (F) aplicada por área de sección transversal (A) perpendicular a la fuerza como:

por lo tanto, la fuerza de tracción necesaria para lograr la máxima resistencia a la tracción es:

F = UTS x A = 2 x 10 ⁶ x 0,0001 = 200 N

Propiedades térmicas del hielo

Hielo – Punto de fusión

Punto de fusión del hielo es de 0 ° C .

Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar. En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio. Para varios compuestos químicos y aleaciones, es difícil definir el punto de fusión, ya que generalmente son una mezcla de varios elementos químicos.

Hielo – Conductividad térmica

La conductividad térmica del hielo  es  2,22 W / (m · K) .

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T) . Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Hielo – Calor específico

El calor específico del hielo es 2,040 J / g K .

El calor específico, o capacidad calorífica específica,  es una propiedad relacionada con la energía interna  que es muy importante en termodinámica. Las  propiedades intensivas  c _v  y  c _p  se definen para sustancias compresibles simples puras como derivadas parciales de la  energía interna  u (T, v)  y la  entalpía  h (T, p) , respectivamente: 

donde los subíndices  v  y  p  denotan las variables que se mantienen fijas durante la diferenciación. Las propiedades  c _v  y  c _p  se conocen como  calores específicos  (o  capacidades caloríficas ) porque bajo ciertas condiciones especiales relacionan el cambio de temperatura de un sistema con la cantidad de energía agregada por la transferencia de calor. Sus unidades SI son  J / kg K  o  J / mol K .

Ejemplo: cálculo de transferencia de calor

La conductividad térmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a través de un área cuadrada de material de un espesor determinado (en metros) debido a una diferencia de temperatura. Cuanto menor sea la conductividad térmica del material, mayor será la capacidad del material para resistir la transferencia de calor.

Calcule la tasa de flujo de  calor a  través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). La pared tiene 15 cm de espesor (L ₁ ) y está hecha de Hielo con una conductividad térmica  de k ₁ = 2,22 W / mK (mal aislante térmico). Suponga que las temperaturas interior y exterior  son 22 ° C y -8 ° C, y los  coeficientes de transferencia de calor por convección  en los lados interior y exterior son h ₁  = 10 W / m ² K y h ₂  = 30 W / m ² K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida, especialmente, de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).

Calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared.

Solución:

Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de  conducción  y  convección . Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un  coeficiente de transferencia de calor en general ,  conocido como un  factor U . El factor U se define mediante una expresión análoga a  la ley de enfriamiento de Newton :

El  coeficiente de transferencia de calor general  está relacionado con la  resistencia térmica total  y depende de la geometría del problema.

Suponiendo una transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el  coeficiente de transferencia de calor general  se puede calcular como:

El coeficiente de transferencia de calor general  es entonces: U = 1 / (1/10 + 0,15 / 2,22 + 1/30) = 4,98 W / m ² K

El flujo de calor se puede calcular entonces simplemente como: q = 4,98 [W / m ² K] x 30 [K] = 149,33 W / m ²

La pérdida total de calor a través de esta pared será: q _pérdida  = q. A = 149,33 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 4479,82 W

Acerca del agua

El agua  es una sustancia transparente y casi incolora compuesta por los elementos químicos  hidrógeno  y  oxígeno , que están conectados por  enlaces covalentes . En la Tierra, el agua existe en estado gaseoso ( vapor  o  vapor de agua ),  líquido y  sólido  (hielo). Es uno de los compuestos más abundantes y esenciales y es el componente principal de los arroyos, lagos y océanos de la Tierra, y de los fluidos de la mayoría de los organismos vivos. Es vital para todas las formas de vida conocidas.

Resumen

Nombre	Agua
Fase en STP	líquido
Densidad	997 g / cm3
Resistencia a la tracción	N / A
Límite de elastacidad	N / A
Módulo de Young	N / A
Dureza Brinell	N / A
Punto de fusion	0 ° C
Conductividad térmica	0,598 W / mK
Capacidad calorífica	4200 J / g K
Precio	N / A

Densidad del agua

Las densidades típicas de varias sustancias se encuentran a presión atmosférica. La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Es una  propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:  ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es  kilogramos por metro cúbico  ( kg / m ³ ). La unidad de inglés estándar es  libras de masa por pie cúbico  ( lbm / ft ³ ).

La densidad del agua es de 997 kg / m ³ .

Ejemplo: densidad

Calcula la altura de un cubo hecho de agua, que pesa una tonelada métrica.

Solución:

La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

Como el volumen de un cubo es la tercera potencia de sus lados (V = a ³ ), la altura de este cubo se puede calcular:

La altura de este cubo es entonces a = 1,001 m .

Propiedades termales del agua

Agua – Punto de fusión

Punto de fusión del agua es de 0 ° C .

Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar. En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio. Para varios compuestos químicos y aleaciones, es difícil definir el punto de fusión, ya que generalmente son una mezcla de varios elementos químicos.

Agua – Conductividad térmica

La conductividad térmica del agua  es  0,598 W / (m · K) .

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T) . Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Agua – Calor específico

Calor específico del agua es 4200 J / g K .

El calor específico, o capacidad calorífica específica,  es una propiedad relacionada con la energía interna  que es muy importante en termodinámica. Las  propiedades intensivas  c _v  y  c _p  se definen para sustancias compresibles simples puras como derivadas parciales de la  energía interna  u (T, v)  y la  entalpía  h (T, p) , respectivamente: 

donde los subíndices  v  y  p  denotan las variables que se mantienen fijas durante la diferenciación. Las propiedades  c _v  y  c _p  se conocen como  calores específicos  (o  capacidades caloríficas ) porque bajo ciertas condiciones especiales relacionan el cambio de temperatura de un sistema con la cantidad de energía agregada por la transferencia de calor. Sus unidades SI son  J / kg K  o  J / mol K .

Ejemplo: cálculo de transferencia de calor

La conductividad térmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a través de un área cuadrada de material de un espesor determinado (en metros) debido a una diferencia de temperatura. Cuanto menor sea la conductividad térmica del material, mayor será la capacidad del material para resistir la transferencia de calor.

Calcule la tasa de flujo de  calor a  través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). La pared tiene 15 cm de espesor (L ₁ ) y está hecha de Agua con una conductividad térmica  de k ₁ = 0.598 W / mK (mal aislante térmico). Suponga que las temperaturas interior y exterior  son 22 ° C y -8 ° C, y los  coeficientes de transferencia de calor por convección  en los lados interior y exterior son h ₁  = 10 W / m ² K y h ₂  = 30 W / m ² K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida, especialmente, de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).

Calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared.

Solución:

Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de  conducción  y  convección . Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un  coeficiente de transferencia de calor en general ,  conocido como un  factor U . El factor U se define mediante una expresión análoga a  la ley de enfriamiento de Newton :

El  coeficiente de transferencia de calor general  está relacionado con la  resistencia térmica total  y depende de la geometría del problema.

Suponiendo una transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el  coeficiente de transferencia de calor general  se puede calcular como:

El coeficiente de transferencia de calor general  es entonces: U = 1 / (1/10 + 0,15 / 0,598 + 1/30) = 2,603 W / m ² K

El flujo de calor se puede calcular entonces simplemente como: q = 2,603 [W / m ² K] x 30 [K] = 78,09 W / m ²

La pérdida total de calor a través de esta pared será: q _pérdida  = q. A = 78,09 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 2342,72 W

Acerca del oro rosa

El oro puro es un metal brillante, amarillo ligeramente rojizo, denso, blando, maleable y dúctil. Es uno de los elementos químicos menos reactivos y es sólido en condiciones estándar. Se cree que el oro se produjo en la nucleosíntesis de supernovas, a partir de la colisión de estrellas de neutrones. El oro rosa es una aleación de oro y cobre muy utilizada para joyería especializada. 

Resumen

Nombre	Oro rosa
Fase en STP	sólido
Densidad	12900 kg / m3
Resistencia a la tracción	550 MPa
Límite de elastacidad	N / A
Módulo de Young	77 GPa
Dureza Brinell	150 BHN
Punto de fusion	897 ° C
Conductividad térmica	300 W / mK
Capacidad calorífica	230 J / g K
Precio	30000 $ / kg

Densidad del oro rosa

Las densidades típicas de varias sustancias se encuentran a presión atmosférica. La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Es una  propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:  ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es  kilogramos por metro cúbico  ( kg / m ³ ). La unidad de inglés estándar es  libras de masa por pie cúbico  ( lbm / ft ³ ).

La densidad del oro rosa es de 12900 kg / m ³ .

Ejemplo: densidad

Calcula la altura de un cubo hecho de oro rosa, que pesa una tonelada métrica.

Solución:

La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

Como el volumen de un cubo es la tercera potencia de sus lados (V = a ³ ), la altura de este cubo se puede calcular:

La altura de este cubo es entonces a = 0,426 m .

Propiedades mecánicas del oro rosa

Resistencia del oro rosa

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original.

La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas o deformaciones plásticas. Para la tensión de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS). El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). En caso de tensión de tensión de una barra uniforme (curva tensión-deformación), la  ley de Hooke describe el comportamiento de una barra en la región elástica. El módulo de elasticidad de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción.

Ver también: Resistencia de los materiales

Máxima resistencia a la tracción del oro rosa

La resistencia máxima a la tracción del oro rosa es de 550 MPa.

Límite de elastacidad del oro rosa

El límite elástico del oro rosa  es N / A.

Módulo de Young del oro rosa

El módulo de Young del oro rosa es 77 GPa.

Dureza del oro rosa

En la ciencia de los materiales, la  dureza  es la capacidad de resistir  la hendidura de la superficie  ( deformación plástica localizada ) y el  rayado . La prueba de dureza Brinell  es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico duro  bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.

El  número de dureza Brinell  (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

La dureza Brinell del oro rosa es de aproximadamente 150 BHN (convertidos).

Ver también: dureza de materiales

Ejemplo: resistencia

Suponga una varilla de plástico, que está hecha de oro rosa. Esta varilla de plástico tiene un área de sección transversal de 1 cm ² . Calcule la fuerza de tracción necesaria para lograr la máxima resistencia a la tracción de este material, que es: UTS = 550 MPa.

Solución:

La tensión (σ)  se puede equiparar a la carga por unidad de área o la fuerza (F) aplicada por área de sección transversal (A) perpendicular a la fuerza como:

por lo tanto, la fuerza de tracción necesaria para lograr la máxima resistencia a la tracción es:

F = UTS x A = 550 x 10 ⁶ x 0,0001 = 55 000 N

Propiedades térmicas del oro rosa

Oro rosa – Punto de fusión

Punto de fusión es de oro rosa 897 ° C .

Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar. En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio. Para varios compuestos químicos y aleaciones, es difícil definir el punto de fusión, ya que generalmente son una mezcla de varios elementos químicos.

Oro rosa – Conductividad térmica

La conductividad térmica del oro rosa es de 300 W / (m · K) .

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T) . Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Oro rosa – Calor específico

El calor específico de Rose El oro es 230  J / g K .

El calor específico, o capacidad calorífica específica,  es una propiedad relacionada con la energía interna  que es muy importante en termodinámica. Las  propiedades intensivas  c _v  y  c _p  se definen para sustancias compresibles simples puras como derivadas parciales de la  energía interna  u (T, v)  y la  entalpía  h (T, p) , respectivamente: 

donde los subíndices  v  y  p  denotan las variables que se mantienen fijas durante la diferenciación. Las propiedades  c _v  y  c _p  se conocen como  calores específicos  (o  capacidades caloríficas ) porque bajo ciertas condiciones especiales relacionan el cambio de temperatura de un sistema con la cantidad de energía agregada por la transferencia de calor. Sus unidades SI son  J / kg K  o  J / mol K .

Ejemplo: cálculo de transferencia de calor

La conductividad térmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a través de un área cuadrada de material de un espesor determinado (en metros) debido a una diferencia de temperatura. Cuanto menor sea la conductividad térmica del material, mayor será la capacidad del material para resistir la transferencia de calor.

Calcule la tasa de flujo de  calor a  través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). La pared tiene 15 cm de espesor (L ₁ ) y está hecha de Oro Rosa con una conductividad térmica  de k ₁ = 300 W / mK (mal aislante térmico). Suponga que las temperaturas interior y exterior  son 22 ° C y -8 ° C, y los  coeficientes de transferencia de calor por convección  en los lados interior y exterior son h ₁  = 10 W / m ² K y h ₂  = 30 W / m ² K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida, especialmente, de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).

Calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared.

Solución:

Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de  conducción  y  convección . Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un  coeficiente de transferencia de calor en general ,  conocido como un  factor U . El factor U se define mediante una expresión análoga a  la ley de enfriamiento de Newton :

El  coeficiente de transferencia de calor general  está relacionado con la  resistencia térmica total  y depende de la geometría del problema.

Suponiendo una transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el  coeficiente de transferencia de calor general  se puede calcular como:

El coeficiente de transferencia de calor total  es entonces: U = 1 / (1/10 + 0,15 / 300 + 1/30) = 7,47 W / m ² K

El flujo de calor se puede calcular entonces simplemente como: q = 7,47 [W / m ² K] x 30 [K] = 224,16 W / m ²

La pérdida total de calor a través de esta pared será: q _pérdida  = q. A = 224,16 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 6724,78 W

Acerca del oro amarillo

El oro puro es un metal brillante, amarillo ligeramente rojizo, denso, blando, maleable y dúctil. Es uno de los elementos químicos menos reactivos y es sólido en condiciones estándar. Se cree que el oro se produjo en la nucleosíntesis de supernovas, a partir de la colisión de estrellas de neutrones. El oro amarillo suele ser oro puro, pero en la joyería las aleaciones de oro se utilizan ampliamente para aumentar la resistencia del metal puro. 

Resumen

Nombre	Oro amarillo
Fase en STP	sólido
Densidad	15500 kg / m3
Resistencia a la tracción	300 MPa
Límite de elastacidad	N / A
Módulo de Young	75 GPa
Dureza Brinell	80 BHN
Punto de fusion	912 ° C
Conductividad térmica	320 W / mK
Capacidad calorífica	200 J / g K
Precio	44000 $ / kg

Densidad del oro amarillo

Las densidades típicas de varias sustancias se encuentran a presión atmosférica. La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Es una  propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:  ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es  kilogramos por metro cúbico  ( kg / m ³ ). La unidad de inglés estándar es  libras de masa por pie cúbico  ( lbm / ft ³ ).

La densidad del oro amarillo es de 15500 kg / m ³ .

Ejemplo: densidad

Calcula la altura de un cubo hecho de oro amarillo, que pesa una tonelada métrica.

Solución:

La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

Como el volumen de un cubo es la tercera potencia de sus lados (V = a ³ ), la altura de este cubo se puede calcular:

La altura de este cubo es entonces a = 0,401 m .

Propiedades mecánicas del oro amarillo

Resistencia del oro amarillo

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original.

La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas o deformaciones plásticas. Para la tensión de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS). El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). En caso de tensión de tensión de una barra uniforme (curva tensión-deformación), la  ley de Hooke describe el comportamiento de una barra en la región elástica. El módulo de elasticidad de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción.

Ver también: Resistencia de los materiales

Máxima resistencia a la tracción del oro amarillo

La resistencia máxima a la tracción del oro amarillo es de 300 MPa.

Límite de elastacidad del oro amarillo

El límite elástico del oro amarillo  es N / A.

Módulo de Young del oro amarillo

El módulo de Young del oro amarillo es de 75 GPa.

Dureza del oro amarillo

En la ciencia de los materiales, la  dureza  es la capacidad de resistir  la hendidura de la superficie  ( deformación plástica localizada ) y el  rayado . La prueba de dureza Brinell  es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico duro  bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.

El  número de dureza Brinell  (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

La dureza Brinell del oro amarillo es de aproximadamente 80 BHN (convertido).

Ver también: dureza de materiales

Ejemplo: resistencia

Suponga una varilla de plástico, que está hecha de oro amarillo. Esta varilla de plástico tiene un área de sección transversal de 1 cm ² . Calcule la fuerza de tracción necesaria para lograr la máxima resistencia a la tracción de este material, que es: UTS = 300 MPa.

Solución:

La tensión (σ)  se puede equiparar a la carga por unidad de área o la fuerza (F) aplicada por área de sección transversal (A) perpendicular a la fuerza como:

por lo tanto, la fuerza de tracción necesaria para lograr la máxima resistencia a la tracción es:

F = UTS x A = 300 x 10 ⁶ x 0,0001 = 30 000 N

Propiedades térmicas del oro amarillo

Oro amarillo – Punto de fusión

Punto de oro amarillo de fusión es 912 ° C .

Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar. En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio. Para varios compuestos químicos y aleaciones, es difícil definir el punto de fusión, ya que generalmente son una mezcla de varios elementos químicos.

Oro amarillo – Conductividad térmica

La conductividad térmica del oro amarillo es de 320 W / (m · K) .

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T) . Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Oro amarillo – Calor específico

El calor específico de oro amarillo es 200  J / g K .

El calor específico, o capacidad calorífica específica,  es una propiedad relacionada con la energía interna  que es muy importante en termodinámica. Las  propiedades intensivas  c _v  y  c _p  se definen para sustancias compresibles simples puras como derivadas parciales de la  energía interna  u (T, v)  y la  entalpía  h (T, p) , respectivamente: 

donde los subíndices  v  y  p  denotan las variables que se mantienen fijas durante la diferenciación. Las propiedades  c _v  y  c _p  se conocen como  calores específicos  (o  capacidades caloríficas ) porque bajo ciertas condiciones especiales relacionan el cambio de temperatura de un sistema con la cantidad de energía agregada por la transferencia de calor. Sus unidades SI son  J / kg K  o  J / mol K .

Ejemplo: cálculo de transferencia de calor

La conductividad térmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a través de un área cuadrada de material de un espesor determinado (en metros) debido a una diferencia de temperatura. Cuanto menor sea la conductividad térmica del material, mayor será la capacidad del material para resistir la transferencia de calor.

Calcule la tasa de flujo de  calor a  través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). La pared tiene 15 cm de espesor (L ₁ ) y está hecha de Oro Amarillo con una conductividad térmica  de k ₁ = 320 W / mK (mal aislante térmico). Suponga que las temperaturas interior y exterior  son 22 ° C y -8 ° C, y los  coeficientes de transferencia de calor por convección  en los lados interior y exterior son h ₁  = 10 W / m ² K y h ₂  = 30 W / m ² K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida, especialmente, de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).

Calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared.

Solución:

Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de  conducción  y  convección . Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un  coeficiente de transferencia de calor en general ,  conocido como un  factor U . El factor U se define mediante una expresión análoga a  la ley de enfriamiento de Newton :

El  coeficiente de transferencia de calor general  está relacionado con la  resistencia térmica total  y depende de la geometría del problema.

Suponiendo una transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el  coeficiente de transferencia de calor general  se puede calcular como:

El coeficiente de transferencia de calor total  es entonces: U = 1 / (1/10 + 0,15 / 320 + 1/30) = 7,47 W / m ² K

El flujo de calor se puede calcular entonces simplemente como: q = 7,47 [W / m ² K] x 30 [K] = 224,21 W / m ²

La pérdida total de calor a través de esta pared será: q _pérdida  = q. A = 224,21 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 6726,35 W

Acerca del oro blanco

El oro puro es un metal brillante, amarillo ligeramente rojizo, denso, blando, maleable y dúctil. Es uno de los elementos químicos menos reactivos y es sólido en condiciones estándar. Se cree que el oro se produjo en la nucleosíntesis de supernovas, a partir de la colisión de estrellas de neutrones. El oro blanco es una aleación de oro y plata (o níquel o paladio) muy utilizada para joyería especializada. 

Resumen

Nombre	Oro blanco
Fase en STP	sólido
Densidad	15900 kg / m3
Resistencia a la tracción	350 MPa
Límite de elastacidad	N / A
Módulo de Young	75 GPa
Dureza Brinell	100 BHN
Punto de fusion	937 ° C
Conductividad térmica	250 W / mK
Capacidad calorífica	220 J / g K
Precio	45000 $ / kg

Densidad del oro blanco

Las densidades típicas de varias sustancias se encuentran a presión atmosférica. La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Es una  propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:  ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es  kilogramos por metro cúbico  ( kg / m ³ ). La unidad de inglés estándar es  libras de masa por pie cúbico  ( lbm / ft ³ ).

La densidad del oro blanco es de 15900 kg / m ³ .

Ejemplo: densidad

Calcula la altura de un cubo de oro blanco, que pesa una tonelada métrica.

Solución:

La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

Como el volumen de un cubo es la tercera potencia de sus lados (V = a ³ ), la altura de este cubo se puede calcular:

La altura de este cubo es entonces a = 0,398 m .

Propiedades mecánicas del oro blanco

Resistencia del oro blanco

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original.

La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas o deformaciones plásticas. Para la tensión de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS). El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). En caso de tensión de tensión de una barra uniforme (curva tensión-deformación), la  ley de Hooke describe el comportamiento de una barra en la región elástica. El módulo de elasticidad de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción.

Ver también: Resistencia de los materiales

Máxima resistencia a la tracción del oro blanco

La resistencia máxima a la tracción del oro blanco es de 350 MPa.

Límite de elastacidad del oro blanco

El límite elástico del oro blanco  es N / A.

Módulo de Young del oro blanco

El módulo de Young del oro blanco es 75 GPa.

Dureza del oro blanco

En la ciencia de los materiales, la  dureza  es la capacidad de resistir  la hendidura de la superficie  ( deformación plástica localizada ) y el  rayado . La prueba de dureza Brinell  es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico duro  bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.

El  número de dureza Brinell  (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

La dureza Brinell del oro blanco es de aproximadamente 100 BHN (convertido).

Ver también: dureza de materiales

Ejemplo: resistencia

Suponga una varilla de plástico, que está hecha de oro blanco. Esta varilla de plástico tiene un área de sección transversal de 1 cm ² . Calcule la fuerza de tracción necesaria para lograr la resistencia a la tracción máxima de este material, que es: UTS = 350 MPa.

Solución:

La tensión (σ)  se puede equiparar a la carga por unidad de área o la fuerza (F) aplicada por área de sección transversal (A) perpendicular a la fuerza como:

por lo tanto, la fuerza de tracción necesaria para lograr la máxima resistencia a la tracción es:

F = UTS x A = 350 x 10 ⁶ x 0,0001 = 35 000 N

Propiedades térmicas del oro blanco

Oro blanco – Punto de fusión

Punto de oro blanco de fusión es 937 ° C .

Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar. En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio. Para varios compuestos químicos y aleaciones, es difícil definir el punto de fusión, ya que generalmente son una mezcla de varios elementos químicos.

Oro blanco – Conductividad térmica

La conductividad térmica del oro blanco es 250 W / (m · K) .

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T) . Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Oro blanco – Calor específico

El calor específico de oro blanco es 220  J / g K .

El calor específico, o capacidad calorífica específica,  es una propiedad relacionada con la energía interna  que es muy importante en termodinámica. Las  propiedades intensivas  c _v  y  c _p  se definen para sustancias compresibles simples puras como derivadas parciales de la  energía interna  u (T, v)  y la  entalpía  h (T, p) , respectivamente: 

donde los subíndices  v  y  p  denotan las variables que se mantienen fijas durante la diferenciación. Las propiedades  c _v  y  c _p  se conocen como  calores específicos  (o  capacidades caloríficas ) porque bajo ciertas condiciones especiales relacionan el cambio de temperatura de un sistema con la cantidad de energía agregada por la transferencia de calor. Sus unidades SI son  J / kg K  o  J / mol K .

Ejemplo: cálculo de transferencia de calor

La conductividad térmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a través de un área cuadrada de material de un espesor determinado (en metros) debido a una diferencia de temperatura. Cuanto menor sea la conductividad térmica del material, mayor será la capacidad del material para resistir la transferencia de calor.

Calcule la tasa de flujo de  calor a  través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). La pared tiene 15 cm de espesor (L ₁ ) y está realizada en Oro Blanco con una conductividad térmica  de k ₁ = 250 W / mK (mal aislante térmico). Suponga que las temperaturas interior y exterior  son 22 ° C y -8 ° C, y los  coeficientes de transferencia de calor por convección  en los lados interior y exterior son h ₁  = 10 W / m ² K y h ₂  = 30 W / m ² K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida, especialmente, de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).

Calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared.

Solución:

Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de  conducción  y  convección . Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un  coeficiente de transferencia de calor en general ,  conocido como un  factor U . El factor U se define mediante una expresión análoga a  la ley de enfriamiento de Newton :

El  coeficiente de transferencia de calor general  está relacionado con la  resistencia térmica total  y depende de la geometría del problema.

Suponiendo una transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el  coeficiente de transferencia de calor general  se puede calcular como:

El coeficiente de transferencia de calor general  es entonces: U = 1 / (1/10 + 0,15 / 250 + 1/30) = 7,47 W / m ² K

El flujo de calor se puede calcular simplemente como: q = 7,47 [W / m ² K] x 30 [K] = 223,99 W / m ²

La pérdida total de calor a través de esta pared será: q _pérdida  = q. A = 223,99 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 6719,76 W

Acerca de Diamante

El diamante es una forma de carbono que se cristaliza en una estructura cúbica con cada átomo de carbono unido por un enlace químico fuerte y rígido a otros cuatro átomos. El diamante es el material natural más duro que se conoce. Sin embargo, debido a importantes debilidades estructurales, la dureza del diamante es de regular a buena. Se desconoce la resistencia a la tracción precisa del diamante, sin embargo, se ha observado una resistencia de hasta 60 GPa y, teóricamente, podría ser tan alta como 90-225 GPa dependiendo del volumen / tamaño de la muestra, la perfección del enrejado del diamante y su orientación. El diamante tiene un índice de refracción alto (2.417) y propiedades de dispersión moderada (0,044) que le dan brillo a los diamantes tallados.

Resumen

Nombre	Diamante
Fase en STP	sólido
Densidad	3500 kg / m3
Resistencia a la tracción	N / A
Límite de elastacidad	140000 MPa
Módulo de Young	1050 GPa
Dureza Brinell	45000 BHN
Punto de fusion	4027 ° C
Conductividad térmica	1000 W / mK
Capacidad calorífica	1509 J / g K
Precio	20000000 $ / kg

Densidad del Diamante

Las densidades típicas de varias sustancias se encuentran a presión atmosférica. La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Es una  propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:  ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es  kilogramos por metro cúbico  ( kg / m ³ ). La unidad de inglés estándar es  libras de masa por pie cúbico  ( lbm / ft ³ ).

La densidad del diamante es de 3500 kg / m ³ .

Ejemplo: densidad

Calcula la altura de un cubo hecho de diamante, que pesa una tonelada métrica.

Solución:

La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen . Se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

Como el volumen de un cubo es la tercera potencia de sus lados (V = a ³ ), la altura de este cubo se puede calcular:

La altura de este cubo es entonces a = 0,659 m .

Propiedades mecánicas del Diamante

Resistencia del Diamante

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original.

La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas o deformaciones plásticas. Para la tensión de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS). El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). En caso de tensión de tensión de una barra uniforme (curva tensión-deformación), la  ley de Hooke describe el comportamiento de una barra en la región elástica. El módulo de elasticidad de Young es el módulo de elasticidad para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción.

Ver también: Resistencia de los materiales

Resistencia máxima a la tracción del Diamante

La resistencia máxima a la tracción del Diamante es N / A.

Límite de elastacidad del Diamante

El límite elástico del Diamante  es 140000 MPa (compresivo).

Módulo de Young del Diamante

El módulo de Young de Diamante es 1050 GPa.

Dureza del Diamante

En la ciencia de los materiales, la  dureza  es la capacidad de resistir  la hendidura de la superficie  ( deformación plástica localizada ) y el  rayado . La prueba de dureza Brinell  es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico duro  bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.

El  número de dureza Brinell  (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

La dureza Brinell del diamante es de aproximadamente 45000 BHN (convertidos).

Ver también: dureza de materiales

Propiedades térmicas del Diamante

Diamante – Punto de fusión

Punto de diamante de fusión es de 4027 ° C .

Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar. En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio. Para varios compuestos químicos y aleaciones, es difícil definir el punto de fusión, ya que generalmente son una mezcla de varios elementos químicos.

Diamante – Conductividad térmica

La conductividad térmica del diamante es de 1000 W / (m · K) .

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica , k (o λ), medida en  W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T) . Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Diamante – Calor específico

El calor específico de diamante es 509 J / g K .

El calor específico, o capacidad calorífica específica,  es una propiedad relacionada con la energía interna  que es muy importante en termodinámica. Las  propiedades intensivas  c _v  y  c _p  se definen para sustancias compresibles simples puras como derivadas parciales de la  energía interna  u (T, v)  y la  entalpía  h (T, p) , respectivamente: 

donde los subíndices  v  y  p  denotan las variables que se mantienen fijas durante la diferenciación. Las propiedades  c _v  y  c _p  se conocen como  calores específicos  (o  capacidades caloríficas ) porque bajo ciertas condiciones especiales relacionan el cambio de temperatura de un sistema con la cantidad de energía agregada por la transferencia de calor. Sus unidades SI son  J / kg K  o  J / mol K .

Ejemplo: cálculo de transferencia de calor

La conductividad térmica se define como la cantidad de calor (en vatios) transferida a través de un área cuadrada de material de un espesor determinado (en metros) debido a una diferencia de temperatura. Cuanto menor sea la conductividad térmica del material, mayor será la capacidad del material para resistir la transferencia de calor.

Calcule la tasa de flujo de  calor a  través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). La pared tiene 15 cm de espesor (L ₁ ) y está hecha de Diamante con una conductividad térmica  de k ₁ = 1000 W / mK (mal aislante térmico). Suponga que las temperaturas interior y exterior  son 22 ° C y -8 ° C, y los  coeficientes de transferencia de calor por convección  en los lados interior y exterior son h ₁  = 10 W / m ² K y h ₂  = 30 W / m ² K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida, especialmente, de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).

Calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared.

Solución:

Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de  conducción  y  convección . Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un  coeficiente de transferencia de calor en general ,  conocido como un  factor U . El factor U se define mediante una expresión análoga a  la ley de enfriamiento de Newton :

El  coeficiente de transferencia de calor general  está relacionado con la  resistencia térmica total  y depende de la geometría del problema.

Suponiendo una transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el  coeficiente de transferencia de calor general  se puede calcular como:

El coeficiente de transferencia de calor total  es entonces: U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1000 + 1/30) = 7,49 W / m ² K

El flujo de calor se puede calcular entonces simplemente como: q = 7,49 [W / m ² K] x 30 [K] = 224,75 W / m ²

La pérdida total de calor a través de esta pared será: q _pérdida  = q. A = 224,75 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 6742,42 W