Les matériaux sont les substances qui composent un objet. Les objets sont donc composés de matériaux. Les matériaux peuvent être purs, c'est-à-dire constitués d'un seul élément, ou ils peuvent être constitués d'un mélange de plusieurs éléments (on parle aussi de composés).
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Les matériaux peuvent être très complexes et consister en un mélange de substances, chaque substance étant à son tour composée de plusieurs éléments. Chaque matériau possède des propriétés physiques différentes.
Les propriétés du matériau varient en fonction des éléments ou des substances qui le composent. Les propriétés peuvent déterminer le comportement du matériau. Vois ces exemples d'un matériau solide et d'un matériau liquide :
Les diamants sont composés d'atomes de carbone emballés ensemble à haute pression et à haute température, ce qui les transforme en cristal et les rend très durs. La force qui maintient les atomes ensemble est si forte que les diamants sont les objets naturels les plus durs que l'on connaisse sur terre.
L'eau pure est composée de molécules d'eau. Les forces qui maintiennent ces molécules ensemble sont plus faibles que celles qui agissent dans un solide. C'est la faiblesse de ces forces qui donne à l'eau la capacité de couler.
Les propriétés d'un matériau dépendent de la structure de ses atomes et des forces qui maintiennent le matériau ensemble. Cela affecte également son état d'agrégation ou état de la matière : les liquides ont de petites forces qui les lient entre eux, les solides ont de grandes forces et les gaz n'ont presque pas de forces qui les lient entre eux.
Les propriétés des matériaux solides sont définies par la force des atomes ou des molécules qui les maintiennent ensemble. Dans le cas des solides, on peut faire la distinction entre les propriétés chimiques et les propriétés physiques. Certaines des propriétés physiques sont également connues sous le nom de propriétés de masse (voir ci-dessous).
Les propriétés physiques des matériaux solides peuvent être intensives ou extensives, et leur classification dépend de la façon dont la propriété réagit à une augmentation de la masse.
Si une augmentation de la masse modifie la propriété, il s'agit d'une propriété extensive. Si une augmentation de la masse n'affecte pas la propriété physique, il s'agit d'une propriété intensive. Voir la liste suivante des propriétés extensives et intensives :
Propriétés ext ensives :
Propriétés intensives:
Une propriété extraordinaire des matériaux est leur couleur, qui est causée par la réflexion de la lumière lorsque les ondes électromagnétiques du spectre visible (la lumière telle que tu la connais) touchent un objet. La façon dontlesatomes ou les molécules d'un objet sont disposés influe également surlacouleur d'un matériau.
La propriété de la couleur des matériaux est utilisée par les domaines scientifiques qui étudient la lumière réfléchie par les objets pour comprendre quels éléments sont responsables de la composition des objets.
Les solides présentent des propriétés, telles que la densité, l'élasticité, la conductivité, etc., qui déterminent la façon dont les atomes du solide fonctionnent ensemble en tant que "masse". Les propriétés de masse sont directement liées àlacomposition du solide et à la façon dont ses atomes sont liés entre eux. Ces propriétés de masse sont importantes dans les applications d'ingénierie, car elles peuvent nous indiquer comment le solide fonctionne et quelles forces il peut supporter. Voici une liste de certaines de ces propriétés :
La densité est décrite commelamasse d'un matériau par unité de volume. Le volume des solides dépend de l'étroitesse des particules qui les composent. Les éléments qui composent le solide peuvent influer sur ce point, comme dans les deux exemples suivants :
Le diamant est plus dense que le graphite, mais tous deux sont composés de carbone. Les atomes d'un diamant sont si proches et si serrés qu'ils occupent moins d'espace, c'est pourquoi il y a plus d'atomes dans un morceau de diamant que dans un morceau de graphite de taille similaire. La densité d'un diamant est d'environ 3,5 g/cm^3, celle du graphite d'environ 2,7 g/cm^3.
Un morceau d'uranium est plus dense qu'un morceau de diamant et pèse plus lourd, même si les deux ont la même taille. La raison pour laquelle l'uranium est plus dense que le diamant est qu'un atome d'uranium est plus lourd qu'un atome de carbone. L'uranium possède plus de particules (neutrons et protons) qui constituentlamajeure partie de la masse de l'atome. La densité d'un diamant est d'environ \(3,5 g / cm ^ 3\), celle de l'uranium d'environ \(19 g / cm ^ 3\).
La conductivité définit la facilité avec laquelle un matériau conduit l'électricité. Elle décrit la façon dontlesélectrons de l'atome et sa structure travaillent ensemble pour déplacer les charges électriques d'un endroit à un autre.
L'élasticité est la propriété qui nous indique à quel point il est facile de déformer un objet. Les objets élastiques se déforment lorsqu'on leur applique très peu de force. Le caoutchouc et les métaux sont des exemples de matériaux élastiques. Tout objet ou matériau qui ne se déforme pas facilement est appelé "inélastique".
La dureté est la propriété qui définit la force avec laquelle un matériau résiste à la déformation sur une petite surface, comme, par exemple, lorsque tu enfonces la mine d'un crayon dans un objet et que l'objet offre une résistance contre la mine.Ladureté d'un matériau est liée à la façon dont les atomes ou les substances qui le composent sont liés entre eux. Par exemple,lesatomes d'un diamant sont fortement liés entre eux, ce qui en fait un matériau dur.
Lespropriétés globales d'un matériau sont mesurées à l'aide de tests mécaniques. Au cours de chaque test, les matériaux sont exposés à des forces qui cherchent à les déformer, à les pénétrer ou à les comprimer. Les expériences mesurent les valeurs de la force par rapport aux déformations effectuées dans l'objet.
Chaque propriété en vrac peut être mesurée à l'aide d'essais mécaniques. Certaines d'entre elles sont énumérées ci-dessous :
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