INSTITUTO SUPERIOR DE PROFESORADO Nº 8 “ALMIRANTE G. BROWN”
Carrera: Profesorado de educación especial en ciegos y/o disminuidos visuales
Cátedra: Tecnología y su didácticaCurso: 3º año
Docente: Rosana Facciano
Trabajo Práctico: Materias Primas y Materiales
Gisela Racca
Año: 2011
} Este periodo se caracteriza porque los seres humanos crearon herramientas de piedra debido a la carencia de una tecnología mas avanzada. El silex fue uno de los principales materiales para realizar armas.
} Aplicaciones: para hacer las fachadas de las casas, encimeras y armas (flechas, cuchillos, lanzas) para defenderse de las bestias, etc.
} El hombre neolítico descubrió que el cobre natural podía ser suavizado al calentarlo, y endurecido al deformarlo mediante martilleo.
} El cobre desplazo progresivamente a la piedra y se posiciono como el material preferido por el hombre para la fabricación de herramientas.
} Sin embargo, una vez que le cobre natural escaseo, el hombre se vio obligado a poner su atención en los metales contenidos en los minerales.
} Los metales puros eran demasiado suaves para ser empleados como armas.
} Descubrieron que al mezclar mineral de estaño y de cobre, previo al proceso de fundición, el producto resultante presentaba ventajas significativas en relación con todos los metales conocidos hasta entonces.
} El nuevo material era: más fácil de fundir que le cobre, podía fluir más fácilmente dentro de los moldes, se endurecía más rápido después de ser vaciado y podía endurecerse más con el martilleo.
} El hombre primitivo descubrió, desarrolló y perfeccionó las técnicas que permiten producir metales con propiedades sustancialmente diferentes a las de sus constituyentes individuales; es decir, invento las aleaciones.
} El hierro bueno fue inventado accidentalmente por los “hititas” (Turquía).
} Se calentaba el hierro dentro de un horno de carbón, se martillaba la pieza para compactarla y se removía el oxido producido, repitiendo el procedimiento varias veces.
} El bronce fue sustituido por el hierro como material de fabricación de instrumentos y armas.
} La mano del hombre fue desplazada por las maquinas, construidas casi totalmente en hierro.
} La metalúrgica cobro nuevos horizontes.
} Se desarrollaron medios de transporte como el ferrocarril y barcos a vapor.
} El hierro y el acero se utilizaron para construir puentes.
} Se facilitaron las travesías comerciales entre las sociedades a lo largo de nuevos canales de navegación y carreteras.
} La importancia de los materiales ha sido crucial a lo largo de la historia.
} El desarrollo de nuevos materiales ha permitido un aumento en el nivel de vida del hombre y ha superado sus expectativas en gran número de áreas.
MATERIAS PRIMAS Y MATERIALES
Mediante tratamientos físicos o químicos (refinación, aleación, síntesis química, etc.) las materias primas obtenidas directamente de la naturaleza se transforman en materiales.
Plantearemos algunas formas de clasificación.
1 - Clasificación de los materiales en función de su origen
Los materiales se pueden clasificar en: de origen mineral, de origen vegetal y de origen animal. Las materias primas de origen mineral pueden considerarse como no renovables, mientras que las de origen vegetal y animal como renovables.
Son los constituyentes no vivos de la corteza terrestre, entre los cuales se incluyen elementos compuestos y mezclas que tienen rasgos definidos de composición química y propiedades. Generalmente son inorgánicos, pero a veces incluyen combustibles fósiles, por ejemplo carbón, petróleo, que son de origen vegetal o animal; los minerales son las materias primas de una amplia variedad de elementos (principalmente metales) y compuestos químicos.
Los materiales de origen mineral se suelen dividir en metálicos y no metálicos (metales y no metales).
· Materiales metálicos:
Son materiales metálicos los metales y sus aleaciones (las aleaciones son mezclas homogéneas de dos o más materiales o de un material y ciertos no metales, como el carbono el silicio, que mejoran las propiedades del metal puro, y los hace aptos para ser utilizados en diversas ramas de la industria. Se obtienen mediante diferentes operaciones metalúrgicas denominadas en conjunto siderurgia).
Los metales son elementos químicos que presentan, en mayor o menor grado, características como: buena conductividad eléctrica y térmica, brillo, opacidad, dureza (tarda muchísimo tiempo en deteriorarse y son resistentes a los golpes), ductibilidad (algunos metales pueden estirarse y formar hilos sin romperse), maleabilidad (pueden estirarse en forma de laminas sin quebrarse) fusibilidad, plasticidad, sólido a temperatura ambiente, etc.
Los átomos de los metales se unen por enlaces que permiten electrones libres, lo que explica su conductividad eléctrica y térmica. Los mejores conductores de la electricidad son, en orden decreciente: la plata, el cobre, el oro y el aluminio. Muchos metales se oxidan (corroen) fácilmente; algunos, como el cromo, el oro, el tántalo y el vanadio, son más resistentes a la corrosión.
La mayoría de los metales se encuentra en la naturaleza formando parte de los minerales o rocas. Para ser aprovechados en la industria hay que separarlos y purificarlos o refinarlos. El conjunto de operaciones y transformaciones químicas para obtener materiales puros se denomina metalurgia.
Los materiales metálicos se pueden subdividir en dos grandes grupos: los ferrosos y los no ferrosos.
El primer grupo comprende el hierro y los materiales de él derivados: el acero y la fundición. El segundo grupo comprende todos los otros metales y sus aleaciones. A su vez, en función del peso, los metales se pueden subdividir en dos grupos: metales ligeros y metales pesados. Los metales ligeros son aquéllos cuyo peso específico es inferior a 5 kg/dm3 (aluminio, magnesio, titanio, berilio, litio, bario, sodio, potasio, calcio, estroncio, rubidio, cesio, radio, etc.). Los metales pesados son aquéllos cuyo peso específico supera los 5 km/dm3 (plomo, hierro, cobre, estaño, cromo, manganeso, cobalto, zinc, molibdeno, mercurio, plata, oro, platino, etc.).
· Materiales no metálicos:
El término no metal incluye dos grupos de elementos: un grupo consta de elementos que tienen poca o ninguna similitud con los metales, generalmente no poseen sus características, y el otro grupo consta de elementos que son más parecidos a metales, especialmente en cuanto a sus propiedades eléctricas; los elementos de este grupo son semiconductores. El primer grupo consta de gases (gases nobles, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, cloro, flúor), un líquido (bromo) y varios sólidos (carbono, fósforo, azufre, iodo). Los elementos de este grupo son malos conductores del calor y de la electricidad (excepto el carbón puro cuando se encuentra bajo la forma de grafito); no tienen brillo metálico, ni la dureza de los metales (excepto el carbón puro cuando tiene la forma de diamante). El segundo grupo incluye boro, silicio, arsénico, germanio, selenio, teluro, antimonio, polonio, etc., todos los cuales son sólidos que poseen, en cierto grado, propiedades semiconductoras, al respecto merece destacarse el germanio y el silicio.
El término no metal también se suele usar en un sentido amplio para referirse, en general a los materiales sólidos que no son metales (plásticos, textiles, etc.).
Están presentes en una gran cantidad de productos de la vida cotidiana. Su variedad y heterogeneidad es muy grande, y las propiedades y características varían mucho de unos a otros. Entre los mismos podemos mencionar: la madera, la celulosa, el algodón, el cáñamo, la goma, etc.
Materiales de origen animal
Su variedad y heterogeneidad es muy grande, y las propiedades y características varían mucho de unos a otros. Entre los mismos podemos mencionar: el cuero, la lana, la seda, etc.
2 - Clasificación de los materiales en función de su naturaleza
En función de su naturaleza los materiales se pueden clasificar en: naturales y artificiales.
Son los que, en estado bruto, o sujetos a un proceso de purificación, existen en la naturaleza. Por ejemplo: hierro, madera, cobre, petróleo, agua, mármol, arena, etc.
Son los producidos por el hombre, partiendo de materiales naturales (por ejemplo: el papel, el bronce, el latón, el vidrio, la cerámica, etc.). Entre los artificiales podemos señalar a los sintéticos.
3 - Clasificación de los materiales en función de su estructura
Se pueden clasificar en cuatro grandes grupos: metales, cerámicas (y vidrios), polímeros y semiconductores, a éstos se les pueden agregar los compuestos. Los materiales compuestos son mezclas no homogéneas de los tres primeros. Los tres primeros y los compuestos pueden considerarse materiales estructurales, mientras que los semiconductores, que se caracterizan por su conductividad eléctrica particular, e intermedia entre la de los conductores y la de los no conductores, pertenecen a un campo particular, el de la electrónica. Esta clasificación se fundamenta en el hecho de que las propiedades, es decir las características observables de los materiales técnicos, dependen de su estructura a escala atómica y/o microscópica,
Pueden dividirse en dos grupos: ferrosos y no ferrosos.
Los metales ferrosos se basan en el hierro. Podemos decir que más del 90% de los materiales metálicos que utiliza el hombre son aleaciones ferrosas, las que incluyen los aceros.
El acero es el más importante dentro del grupo de metales ferrosos debido, entre otras cosas, a su buena resistencia mecánica, a su relativo bajo costo entre los metales y a su facilidad de procesado en los procesos de manufactura. Con el agregado de cromo se obtienen aceros inoxidables resistentes a la corrosión. Las adiciones de tungsteno producen aceros muy duros usados en la fabricación de herramientas.
Los metales no ferrosos comprenden los otros elementos no metálicos y sus aleaciones. Las aleaciones son más importantes que los metales puros. Las aleaciones no ferrosas abarcan un amplio campo en el que podemos nombrar: las aleaciones de aluminio, magnesio y titanio, que tienen un amplio uso como materiales estructurales ligeros. Las aleaciones de aluminio se caracterizan por su baja densidad y su resistencia a la corrosión; las aleaciones de magnesio, si bien más caras, tienen densidades más bajas que las de aluminio y se emplean en estructuras aerospaciales; las aleaciones de titanio también se caracterizan por su alta resistencia. Las aleaciones de cobre tienen excelente conductividad tanto térmica como eléctrica, lo que señala su uso en electricidad, como en radiadores e intercambiadores de calor. Otras aleaciones son las de níquel, de cinc, de plomo, etc.
Teniendo en cuenta el predominante papel de los metales como materiales estructurantes es interesante tener en cuenta sus propiedades mecánicas.
Los materiales cerámicos abarcan una gran variedad de materiales, tradicionales y modernos. Entre los tradicionales podemos mencionar el barro y las arcillas en general cuyo uso se remonta a las primeras civilizaciones.
El barro es la base de productos estructurales como los ladrillos. El término cerámica está asociado con materiales predominantemente cristalinos. El óxido de aluminio (Al2O3) es característico de las cerámicas tradicionales, entre las cuales podemos mencionar también el óxido de magnesio (MgO) y el óxido de silicio (SiO2) o sílice.
Existe una gran variedad de cerámicas de silicatos debido a la diversidad de minerales de silicatos. Los óxidos sin silicatos como el MgO, se emplean a menudo en áreas como la de los refractarios, materiales de electrónica, etc.
Los materiales cerámicos son poco dúctiles, pero resistentes a la abrasión y a la corrosión.
Los vidrios son materiales cerámicos no cristalinos cuya composición química es similar a la de las cerámicas cristalinas. La mayor parte de los vidrios comunes son silicatos, el vidrio llamado vidrio de ventana está compuesto, aproximadamente, de un 72% de su peso de sílice (SiO2), y el resto de óxido de sodio (Na20) y óxido de calcio (CaO). Los vidrios y las cerámicas se caracterizan por su fragilidad.
Los materiales cerámicos cristalinos se obtienen a partir de una mezcla que se sintetiza calentándola a una temperatura por debajo del punto de fusión del material, Los materiales vítreos pueden derretirse, vaciarse y también conformarse mediante procesos como el tradicional soplado del vidrio.
Los polímeros posiblemente sean los materiales más característicos del mundo actual. El término polímero significa "muchos meros", donde mero es el bloque básico de la molécula de cadena larga o de red.
Los polímeros pueden ser naturales, (por ejemplo, las proteínas), u obtenidos artificialmente, por síntesis, en este caso, mediante la unión química de monómeros (polímeros de adición), o por reacciones de condensación entre dos o más productos químicos (polímeros de condensación). Los polímeros artificiales son materiales sintéticos, duplicación de productos naturales, o nuevos compuestos.
Se obtienen en la industria a partir de productos químicos derivados del petróleo.
Algunas propiedades de estos son: livianos, buenos aislantes, resistentes, elásticos, insolubles, blandos y económicos.
Un nombre alternativo para estos materiales es el de plásticos, si bien generalmente el término plástico se utiliza para indicar polímeros (resinas), a los que se les han añadido aditivos (materias modificantes) para cambiar sus características de calidad, dureza, color, etc. Los plásticos se usan en la elaboración de innumerables productos industriales, así como substitutos de muchos productos naturales: madera, caucho, cuero, etc. El nombre proviene de una característica común a todos: la plasticidad que presentan durante el proceso de elaboración del producto. Las resinas sintéticas son la base de la mayoría de los plásticos, pero algunos se fabrican con celulosas modificadas, proteínas, caucho, etc. Los tipos más importantes se obtienen del petróleo.
Los plásticos tienen un amplio campo de aplicaciones: pueden substituir a la madera en la construcción de muebles; al cuero en los zapatos; a la goma natural como aislante en instalaciones eléctricas; a muchos metales en partes del automóvil, de electrodomésticos y de muchos objetos de uso cotidiano; al vidrio en paneles transparentes o en contenedores de alimentos o medicinas; etc.
Los polímeros o plásticos se clasifican en termoplásticos y termoendurecidos o termoestables. A estas dos categorías podemos agregarle una tercera los elastómeros.
Éstos presentan gran resistencia y un comportamiento elástico importante, de aquí el nombre de elastómeros. A esta categoría pertenecen el neopreno, los cauchos de silicona, los poliuretanos, el poliisopreno, etc. El caucho (isopreno), es un polímero natural.
· Termoendurecidos o termoestables:
Los plásticos termoendurecidos o termoestables son materiales que se llevan a la condición plástica por calentamiento, y al enfriarse se endurecen en forma permanente (mantienen su dureza aún si se los vuelve a calentar). Entre las resinas termoestables podemos señalar las: fenólicas (baquelita), melamínicas, ureicas, poliester, epóxicas, poliurctánicas, etc.
· Termoplástico:
Se vuelven deformables cuando se calientan. Los termoplásticos no se solidifican de modo irreversible. Se pueden someter a múltiples ciclos de calentamiento y enfriamiento sin que altere substancialmente su estructura molecular. Esta es una característica muy importante pues permite el reciclado del material y la recuperación de los residuos de la producción. Entre las resinas termoplásticas podemos señalar: el acetato de celulosa, el polietileno, el poliestireno, el nylon, el cloruro de polivinilo (PVC), el polipropileno, el polimetalicrato de metileno, el policarbonato, las acrílicas, las poliamídicas, etc..
Se caracterizan por no ser ni buenos conductores ni buenos aisladores, sino que su capacidad de conducción eléctrica es intermedia.
Entre los semiconductores merece destacarse el silicio y el germanio.
Compuestos
Los materiales compuestos no constituyen una categoría independiente, sino que son materiales formados por una combinación de componentes individuales que pueden ser metales, cerámicas (y vidrios), polímeros, fibras, etc. Tres ejemplos típicos de estructuras compuestas son: el plástico reforzado con fibras de vidrio; la madera, un material natural compuesto, reforzado con fibras; el hormigón, un material compuesto de una matriz de cemento y agregados pétreos.
Los materiales de construcción pueden clasificarse en: naturales y artificiales.
Entre los materiales naturales podemos mencionar: mármoles, granitos, arena grava, maderas, etc.
Entre los materiales artificiales podemos mencionar: piedras artificiales, productos cerámicos, ladrillos, tejas, vidrios, plásticos, etc. En la construcción los plásticos tienen un gran campo de aplicaciones, cañerías de agua y de luz, desagües, barnices, revestimientos protectores, paneles, etc.
Una categoría especial de los materiales de construcción son los materiales ligantes, entre los que podemos mencionar, la cal, el cemento, etc., estos materiales mezclados con arena y agua forman morteros (argamasas), que son pastas fluidas que se modifican químicamente en el tiempo, endureciéndose y uniendo sólidamente los materiales en contacto con los mismos.
Propiedades de los materiales
Son las que definen sus características particulares y las que inciden en la elección de uno u otro, según sea la función que deban cumplir. Estas propiedades se las agrupa en físico-químicas, mecánicas y tecnológicas.
Las propiedades físico-químicas están vinculadas a las características estructurales de los materiales.
Las propiedades mecánicas al comportamiento de los mismos frente a fuerzas externamente aplicadas (solicitaciones estáticas y/o dinámicas);
Las propiedades tecnológicas a la aptitud del material para ser trabajado, tanto en frío como en caliente.
· Calor específico: Cantidad de calor necesario para hacer aumentar 1° C la temperatura de
· Color: Propiedad que caracteriza a los materiales y permite, en muchos casos, su rápido reconocimiento.
· Conductancia eléctrica: Permisividad de un material al paso de la corriente eléctrica. Su inversa es la resistencia.
· Conductividad o conductibilidad eléctrica: Capacidad de los materiales de permitir el paso de la corriente eléctrica. Conductancia, a una temperatura determinada, entre las caras opuestas de un cubo (del material) cuyos lados tienen la unidad de longitud. Su inversa es la resistividad. (Los metales y sus aleaciones son buenos conductores de la electricidad)
· Conductividad o conductibilidad térmica: Capacidad de los materiales para transmitir el calor (los metales y sus aleaciones son buenos conductores del calor).
· Dilatación: Índice del aumento de volumen de un cuerpo como consecuencia del aumento de temperatura.
· Peso específico: Peso de la unidad de volumen.
· Porosidad: Porcentaje de poros (huecos) en un material. Relación, generalmente expresada en porcentaje, del volumen de huecos con respecto al volumen total del material, incluyendo los huecos.
· Resistencia a la corrosión y/o a la degradación: Resistencia a la acción corrosiva o degradante de los agentes atmosféricos y químicos (por ejemplo: la oxidación, la degradación de los colores, etc.).
· Resistencia eléctrica: Oposición que ofrece un conductor al paso de la corriente eléctrica. Su inversa es la conductancia.
· Resistividad eléctrica: Término que indica la resistencia eléctrica de la unidad de volumen de un material. También se la conoce como resistencia específica.
· Temperatura de fusión: Temperatura a la cual se produce la transformación de estado del material, pasando del estado sólido al estado líquido.
Propiedades mecánicas
Todo cuerpo, sometido a la acción de fuerzas externas (que no producen movimiento), tiende a deformarse, y reacciona interiormente con una resistencia que depende de la naturaleza del material, de la forma del cuerpo y de la fuerza aplicada.
La aptitud a resistir a las fuerzas exteriormente aplicadas, es lo que genéricamente se llama resistencia.
Cuando la fuerza aplicada supera un determinado valor se produce la deformación del cuerpo, que depende de la intensidad de la fuerza, del modo cómo se aplica y de las características mecánicas del cuerpo. La deformación puede ser: elástica, cuando el cuerpo vuelve a su forma primitiva al dejar de actuar la fuerza que lo deforma (por ejemplo los resortes) o permanente o plástica, cuando el cuerpo no recupera su forma y dimensiones primitivas (por ejemplo: piezas forjadas, embutidas, estampadas, laminadas, etc.).
Normalmente, y bajo la acción de una fuerza creciente, los materiales en proceso de deformación comienzan deformándose elásticamente, continúan con una deformación permanente o plástica y finalmente, cuando se supera un determinado valor de deformación, se rompen.
· Dureza: indica la resistencia que tiene un material a las rayaduras o a ser penetrado por otro material. Conocer esta propiedad nos brinda información sobre la resistencia al desgaste.
· Elasticidad: Es la cualidad que presenta un material para recuperar su forma original al cesar el esfuerzo que deformó.
· Fatiga: Es la resistencia contra esfuerzos fluctuantes y que pueden hacer que el material se rompa sin haber alcanzado el umbral de la resistencia de tracción.
· Resistencia a la tracción: Indica la fuerza a la cual un material se rompe.
· Resistencia a la compresión: Capacidad de un material para resistir a una fuerza que tiende a comprimirlo
· Resistencia a la flexión: capacidad de un material para resistir a la fuerza que tiende a comprimir.
· Resistencia a la torsión: Señala la capacidad de un material para soportar las fuerzas de torsión, fuerzas actuando en planos paralelos y en direcciones opuestas.
· Resistencia al corte: Capacidad de un material para resistir una fuerza que tiende a cortarlo desplazando planos vecinos y paralelos
· Resiliencia: Resistencia de un material a impactos, en otras palabras a esfuerzos repentinos e improvistos.
· Fragilidad: Se refiere a la facilidad que tiene un material de romperse sin sufrir deformación elástica.
Propiedades tecnológicas
· Deformabilidad: Capacidad de los materiales de responder ante las solicitaciones mecánicas. Cuando la deformación es reversible, es decir cuando el material readquiere su forma primitiva al cesar la solicitación, la deformación se llama elástica; cuando la deformación es permanente, es decir el material no readquiere más su forma original, se dice plástica.
· Ductilidad: Capacidad de un material de deformarse en forma plástica. De poder ser estirados en hilos finos. La ductilidad permite el alargamiento mediante tracción.
· Fusibilidad: Calidad de fusible. Propiedad de algunos materiales de pasar del estado sólido al líquido sin que varíen sus características al volver al estado primitivo.
· Maleabilidad: Es la capacidad de un material de ser conformado mediante deformación. Los materiales pueden adquirir la forma de finas láminas sin romperse.
· Plasticidad: Se trata de la capacidad de un material para mantener la forma que adquiere al ser sometido a un esfuerzo que lo ha deformado. Es una capacidad contraria a la elasticidad.
· Soldabilidad: Propiedad que tienen algunos metales de permitir su soldadura, es decir su unión con otro metal, mediante una fusión superficial seguida de solidificación.
· Templabilidad: Propiedad de ciertos metales de aumentar su dureza mediante determinados tratamientos térmicos.
Fernández, Alfredo C. – Franco, Ricardo;(2001) Tecnología (7 EGB), Primera edición; Buenos Aires; Editorial Santillana
http://132.248.12.175/mbizarro/1-Historia%20de%20los%20materiales.pdf http://www.slideshare.net/colometa/historia-de-los-materiales-1d1
http://profecarolinaquinodoz.com/principal/?page_id=347
Completar la siguiente grilla:
| 1 | | | | | | M | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ |
| 2 | | | | __ | __ | A | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ | | | | |
| 3 | | | | | | T | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ | | | | |
| 4 | | | | | | E | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ | |
| 5 | | | | __ | __ | R | __ | __ | __ | | | | | | | | |
| 6 | | | __ | __ | __ | I | __ | __ | | | | | | | | | |
| 7 | | | | __ | __ | A | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ | __ | | | |
| 8 | __ | __ | __ | __ | __ | L | __ | __ | __ | __ | | | | | | | |
1) Capacidad de un material para ser conformado mediante la deformación.
2) Facilidad de un material para romperse sin sufrir deformación elástica.
3) Fuerza a la que se somete un material antes de que se rompa.
4) Cualidad que presenta un material para recuperar su forma original al cesar el esfuerzo que lo deformó.
5) Resistencia de un material a ser rayado o penetrado por otro.
6) Esfuerzos fluctuantes que varían entre un máximo y un mínimo y que pueden hacer que el material se rompa sin haber alcanzado el umbral de la resistencia a la tracción.
7) Capacidad de un material para mantener la forma que adquiere al ser sometido a un esfuerzo que lo ha deformado.
8) Capacidad de un material para poder ser estirado en hilos finos.
UNIR CON FLECHAS:
Materiales Origen
Madera Vegetal
Cuero
Plata Animal
Seda
Oro Mineral
Algodón
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