El documento trata sobre las propiedades térmicas y eléctricas de los materiales. Explica conceptos como la densidad, el punto de fusión, el calor específico, la conductividad térmica y la dilatación térmica. También describe el comportamiento eléctrico de los materiales a nivel de bandas de energía y cómo esto determina si son conductores, semiconductores u aislantes. Incluye varias figuras para ilustrar estos conceptos.

1. |

3.  Densidad
La densidad de un material es la masa por unidad de
volumen.
La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y
el volumen que ocupa. Y se expresa kg/m^3
m; se define como la masa
V; unidad de volumen.
La densidad juega un papel significativo en la resistencia
específica (relación de resistencia a peso) y en rigidez
especifico (relación de rigidez a peso) de materiales y
estructuras.

4. Figura 1. aparece el rango de densidad para una variable de material a
temperatura ambiente, además de otras propiedades.
figura 1

5. Punto de función
El punto de función de un metal depende de la energía
requerida para separar sus átomos. La temperatura de
función de una aleación puede tener una amplia gama, a
diferencia de un metal puro, que tiene un punto de fusión
definido. Los puntos de fusión de las aleaciones
dependen de su composición particular.
El punto de fusión tiene también influencia importante en
la selección del equipo y de la práctica de fusión en las
operaciones de fundición. Mientras más elevado sea el
punto de fusión del material, es más difícil esta
operación.

6. FIGURA.2

7. Calor específico
El calor específico de un material es la energía requerida para elevar
la temperatura de una unidad de masa en un grado. Los elementos
de aleación tienen un efecto relativamente menor en el calor
especifico de los materiales.
El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por
unidad de masa para elevar la temperatura un grado Celsio. La
relación entre calor y cambio de temperatura, se expresa
normalmente en la fórmula que se muestra abajo, donde c es el
calor específico. Esta fórmula no se aplica si se produce un cambio
de fase, porque el calor añadido o sustraido durante el cambio de
fase no cambia la temperatura.
Ce= Q/mΔT
donde:
 Ce= Calor Especifico (sus unidades son j / kg ºk)
 Q= capacidad calorifica (se mide en julios)
 m= masa del objeto (se mide en kg)
 ΔT= cambio en la temperatura (se mide en ºk)

8.  Conductividad térmica
La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales
que mide la capacidad de conducción de calor. La conductividad
térmica indica la tasa a la cual el calor fluye dentro y a través del
material.
En el Sistema Internacional de Unidades la conductividad térmica se
mide en W/(K•m) ( equivalente a J/(s•°C•m) )La conductividad
térmica es una magnitud intensiva. Su magnitud inversa es la
resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para
oponerse al paso del calor. Para un material isótropo la
conductividad térmica es un escalar k definido como:
donde:
 q; es el flujo de calor (por unidad de tiempo y unidad de área).
 ; es el gradiente de temperatura.

9. figura 3. Resistencia especifica (resistencia a la tensión/densidad) para una variedad de materiales en
función a la temperatura. Obsérvese el rango útil de temperatura para estos materiales y los
valores altos correspondientes a los materiales compositor.

10. Figura 4. Resistencia especifica (resistencia a la tensión/densidad) y rigidez especifico
(modulo elástico/densidad) para varios materiales a temperatura ambiente.

11. Dilatación térmica
La estructura de los materiales puede modificarse
cuando cambia la temperatura. Este cambio
microscópico a veces es visible, las chapas de los
techos y las vías del ferrocarril se dilatan cuando se
calientan al sol.
Algunos metales, como el bronce y el aluminio se
dilatan más que otros, como el hierro y el platino.
Aprovechando estas diferencias, se construyen
cintas bimetálicas.

12. Figura 5.

14. Las propiedades térmicas, incluyendo la llamada capacidad
térmica (o calorífica), la conductividad térmica y la dilatación
térmica, reciben influencia de la vibración automática y en el
caso de la conductividad térmica, de la transferencia de
energía a través de los electrones. La vibración puede
manifestarse como una energía o como la característica
ondulatoria de la energía que puede utilizarse.
En el cero absoluto, los átomos ganan energía térmica y vibran
con amplitud y frecuencia especiales. Esta vibración produce
una onda elástica llamada fonon. La capacidad
térmica molar es una energía requerida para hacer varias en
un grado la temperatura de un mol de una materia. A
temperatura elevada, la capacidad térmica molar para un
material se aproxima a
• Cp. =3R= 6 Cal/mol. K
Donde R es una constante de gas ideal (1.987 cal/mol. k). Sin
embargo la capacidad térmica molar no es una
constátate, como se muestra en la figura 1

15. FIGURA 1

16. El calor específico es la energía requerida para hacer varia en un grado
la temperatura de la unidad de la masa de una materia. La relación
entre el calor especifico y la capacidad térmica molar es
Calor especifico= C= capacidad térmica molar / masa molar (o masa
atómica)
En la mayoría de los cálculos en ingeniera, el calor específico es de
mayor utilidad. El calor específico de algunos materiales típicos se
presenta en la FIGURA 2.

17. Dilatación térmica
Un átomo que gana energía térmica y empieza a vibrar se comporta como si
tuviera un mayor radio atómico. La distancia promedio entre los átomos y las
dimensiones generales del material se incrementan. El cambio en las
dimensiones del material, / por unidad de longitud, esta dado por el
coeficiente de dilatación térmica lineal a.
A= T/ | |
Donde T es el incremento en la temperatura y | es la longitud inicial.
El coeficiente de dilatación térmica lineal decrece cuando se incrementa la
resistencia de los enlaces atómicos.
 FIGURA 3 FIGURA 4

18. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA
la conductividad térmica K es una medida de la intensidad de la que el calor
se transmite a través de un material. La conductividad relaciona el calor Q
transmitido atreves de una determinada sección A por segundo cuando existe
un gradiente de temperaturas T/ x
Q/A=K ( T/ x)
Nótese que la conductividad térmica K desempeña cual función en la
transferencia de calor que el coeficiente de difusión D en la transferencia de
masa. La conductividad térmica para varios materiales se muestra en la
figura5
figura5

19. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA EN LOS MATERIALES
 Pero la conductividad térmica depende también de los defectos de la red, la micro
estructura y el procesamiento del metal. De aquí que los metales trabajados en frío, los
endurecidos por solución y las aleaciones de dos fases pueden mostrar conductividad
mas baja en comparación con sus contrapartes libres de defectos. Las temperaturas
mayores incrementan también la energía de los electrones y permiten que el calor sea
transferido por vibración de red. En los metales, la conductividad térmica a menudo
decrece inicialmente con la temperatura, se vuelve casi constante y después se
incrementa ligeramente (figura 6)

21.  Las propiedades eléctricas de un material
describen su comportamiento eléctrico -que en
muchas ocasiones es más crítico que su
comportamiento mecánico- y describen también su
comportamiento dieléctrico, que es propio de los
materiales que impiden el flujo de corriente
eléctrica y no solo aquellos que proporcionan
aislamiento. Los electrones son aquellos que
portan la carga eléctrica (por deficiencia o exceso
de los mismos) e intervienen en todo tipo de
material sea este conductor, semiconductor o
aislante.

22. Figura 1

23. COMPORTAMIENTO ELECTRONICO DEBIDO A NIVELES DE ENERGÍA
 Los electrones en los metales se hallan en una disposición cuántica en la que los niveles
de baja energía disponibles para los electrones se hallan casi completamente
ocupados, a este conceptos se le conoce como "teoría de banda". En esta teoría se dice
que los grupos de electrones residen en bandas, que constituyen conjuntos de orbitales.
dicha banda se conforma de bandas menores: banda de valencia y banda de
conducción. La banda de valencia es un nivel de energía en el que se realizan las
combinaciones químicas. Los electrones situados en ella, pueden transferirse de
un átomo a otro, formando iones que se atraerán debido a su diferente carga, o serán
compartidos por varios átomos, formando moléculas. La banda de conducción es un
nivel de energía en el cual los electrones están aún más desligados del núcleo, de tal
forma que, en cierto modo, todos los electrones (pertenecientes a esa banda) están
compartidos por todos los átomos del sólido, y pueden desplazarse por este formando
una nube electrónica.
 Figura 2