Propiedades mecanicas de los materales
Páginas: 11 (2610 palabras)
Publicado: 14 de enero de 2012
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE SAN JUAN DEL RÍO QUÍMICA INDUSTRIAL RESISTENCIA DE MATERIALES “PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES” QI03SM10 ARCE SALINAS JORGE EDUARDO GARCÍA MATEOS GRISELDA OROZCO LARA ANDREA PAOLA PÉREZ FRANCO ERIK ADOLFO ROSAS LUNA LEONARDO SANABRIA CELESTINO KENNEDI
M.C. Raúl García García
DIFUSIÓN EN ESTADO SÓLIDO
Difusión en estado sólido
Sabemos que losmateriales están formados por átomos. Se ha modelado el agrupamiento de los átomos como un conjunto de esferas sólidas ordenadas siguiendo un patrón definido. A nuestro modelo de la estructura cristalina solamente le falta añadir el hecho que los átomos que forman al material no están estáticos, sino que vibran y pueden desplazarse en la estructura del material.
En la figura de arriba se muestran 6átomos ordenados en una estructura cristalina hipotética en un material. Cada átomo ocupa un punto de red definido por la celda unitaria correspondiente.
Los átomos están unidos por enlaces químicos, y la distancia entre los átomos es la necesaria para que la energía total de los mismos sea la menor posible. Las posiciones de equilibrio de estos átomos pueden ilustrarse de la siguiente manera:Esquema que ilustra las posiciones de equilibrio de los átomos
Los puntos de red serían equivalentes a depósitos donde se colocan los átomos (esferas). El átomo está en equilibrio cuando se ubica en el fondo del depósito, ya que en este punto su energía potencial gravitatoria es la menor posible.
En un material, los átomos vibran alrededor de su posición de equilibrio. En nuestra analogía delos depósitos, esto es equivalente a agitar el depósito con los átomos. Estos comenzarán a oscilar hacia arriba y abajo en su respectivo depósito, desplazándose una distancia prácticamente igual en ambas direcciones de su posición de equilibrio.
. Para poder oscilar, los átomos necesitan tener energía. En los materiales la energía requerida para causar la oscilación es proporcional a latemperatura absoluta del material. Cuando la temperatura es 0K, no existe ninguna vibración y por tanto los átomos están en reposo en su posición de equilibrio. A medida la temperatura aumenta, la vibración de los átomos aumenta. La temperatura de un material es entonces un reflejo de la energía vibratoria promedio que poseen sus átomos. Algunos átomos pueden llegar a vibrar más violentamente queotros, dando lugar a temperaturas no uniformes en partes localizadas del material.
Cuando en un material existen vacancias y además ocurre que alguno de los átomos en las cercanías de la vacancia vibra más que el resto, puede suceder que el átomo se mueva al punto de red vacante.
Un átomo en las cercanías de una vacancia puede “saltar” hacia la vacancia
En nuestro modelo de depósitos yesferas, esto es equivalente a que una de las esferas del depósito se mueva bruscamente y se pase al depósito contiguo. A este movimiento de los átomos en la estructura del material se le llama difusión. La difusión depende de la vibración de los átomos alrededor de su posición de equilibrio. Como esa vibración depende de la temperatura del material, se concluye que la difusión es controlada por latemperatura.
El movimiento (salto) de los átomos en un material puede describirse por medio de la ecuación de Arhenius: Razón de movimiento (saltos/seg) = C0 exp( Q) RT
donde: C0 = Constante que depende de la naturaleza de los átomos que se mueven. R = Constante universal de los gases. (1.987 cal/mol K) Q = Energía de activación (cal/mol). Los átomos tienen guardada cierta cantidad de energía,la cual los mantiene oscilando alrededor de su posición de equilibrio. T = Temperatura absoluta (K).
Cuando los átomos intentan moverse, se topan con una barrera energética que intenta obligarlos a quedarse en su posición de equilibrio. La energía de activación es la energía que el átomo necesita recibir para vencer esa barrera y dejar su posición inicial para llegar hasta la posición final,...
M.C. Raúl García García
DIFUSIÓN EN ESTADO SÓLIDO
Difusión en estado sólido
Sabemos que losmateriales están formados por átomos. Se ha modelado el agrupamiento de los átomos como un conjunto de esferas sólidas ordenadas siguiendo un patrón definido. A nuestro modelo de la estructura cristalina solamente le falta añadir el hecho que los átomos que forman al material no están estáticos, sino que vibran y pueden desplazarse en la estructura del material.
En la figura de arriba se muestran 6átomos ordenados en una estructura cristalina hipotética en un material. Cada átomo ocupa un punto de red definido por la celda unitaria correspondiente.
Los átomos están unidos por enlaces químicos, y la distancia entre los átomos es la necesaria para que la energía total de los mismos sea la menor posible. Las posiciones de equilibrio de estos átomos pueden ilustrarse de la siguiente manera:Esquema que ilustra las posiciones de equilibrio de los átomos
Los puntos de red serían equivalentes a depósitos donde se colocan los átomos (esferas). El átomo está en equilibrio cuando se ubica en el fondo del depósito, ya que en este punto su energía potencial gravitatoria es la menor posible.
En un material, los átomos vibran alrededor de su posición de equilibrio. En nuestra analogía delos depósitos, esto es equivalente a agitar el depósito con los átomos. Estos comenzarán a oscilar hacia arriba y abajo en su respectivo depósito, desplazándose una distancia prácticamente igual en ambas direcciones de su posición de equilibrio.
. Para poder oscilar, los átomos necesitan tener energía. En los materiales la energía requerida para causar la oscilación es proporcional a latemperatura absoluta del material. Cuando la temperatura es 0K, no existe ninguna vibración y por tanto los átomos están en reposo en su posición de equilibrio. A medida la temperatura aumenta, la vibración de los átomos aumenta. La temperatura de un material es entonces un reflejo de la energía vibratoria promedio que poseen sus átomos. Algunos átomos pueden llegar a vibrar más violentamente queotros, dando lugar a temperaturas no uniformes en partes localizadas del material.
Cuando en un material existen vacancias y además ocurre que alguno de los átomos en las cercanías de la vacancia vibra más que el resto, puede suceder que el átomo se mueva al punto de red vacante.
Un átomo en las cercanías de una vacancia puede “saltar” hacia la vacancia
En nuestro modelo de depósitos yesferas, esto es equivalente a que una de las esferas del depósito se mueva bruscamente y se pase al depósito contiguo. A este movimiento de los átomos en la estructura del material se le llama difusión. La difusión depende de la vibración de los átomos alrededor de su posición de equilibrio. Como esa vibración depende de la temperatura del material, se concluye que la difusión es controlada por latemperatura.
El movimiento (salto) de los átomos en un material puede describirse por medio de la ecuación de Arhenius: Razón de movimiento (saltos/seg) = C0 exp( Q) RT
donde: C0 = Constante que depende de la naturaleza de los átomos que se mueven. R = Constante universal de los gases. (1.987 cal/mol K) Q = Energía de activación (cal/mol). Los átomos tienen guardada cierta cantidad de energía,la cual los mantiene oscilando alrededor de su posición de equilibrio. T = Temperatura absoluta (K).
Cuando los átomos intentan moverse, se topan con una barrera energética que intenta obligarlos a quedarse en su posición de equilibrio. La energía de activación es la energía que el átomo necesita recibir para vencer esa barrera y dejar su posición inicial para llegar hasta la posición final,...
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