. תכונות חומרים2

מכניות•כימיות•פיזיקליות•

תכונות מכניות

תכונות המתארות את תכונת )התנהגות( החומר בעקבות פעולת כוחות חיצוניים

עליו.

חוזק היא תכונה המתארת את היכולת של

החומר לעמוד בעומסי מתיחה או לחיצה

) כוחות חיצוניים הפועלים על גוף(סוגי עומסים

)שכיבה עומס לחיצה... כוח חיצוני מקטין ממדי גוף על מזרון, אריזות(

עומס מתיחה...כוח חיצוני מגדיל ממדי גוף

עומס כפיפה ... מכופף גוף)יוצר עקמומיות(

קשיות

יכולת החומר לעמוד בפני נעיצה, שריטה ושנוי צורה

בדיקה עצמית

החומרחזק/חלשקשה/ רך

זכוכית

גומי

יהלום

אלסטיות

לחזור למצבו הקודםתכונת החומר •

לאחר שפסקה פעולתו של אחד מהעומסים או שילובם

פלסטיות

יכולתו של החומר לשנות את צורתו כתוצאה מהפעלת עומסי )כוחות( כפיפה או קריסה.

איננו כאשר עומסים אלה פוסקים לפעול עליו הוא הקודמתלצורתו חוזר

פלדה לאחר כיפוף:דוגמאות מטבע שהוטבעה בה צורה

חלקי פלדה במעטפת החיצונית של מכונית

החומר-בשלושת מצבי צבירה

מוצנוזלגזק

למצב אחד צבירה ממצב לעבור כדי לעשות יש מה? שני צבירה

תכונות פיזיקליות

תכונות הנובעות מהמבנה הפנימי של החומר •אשר אינן משתנות בהשפעת גורמים חיצוניים.

הן מתארות את התנהגותו בתנאים שונים

מגנטיות

, חשמלית מוליכות היתוך טמפרטורת ערכי

• ) אלקטרומגנטית) לקרינה החומר תגובת אופטיות

בחדרים) • וצלילים קולות קליטת שפור אקוסטיות)' וכו אולמות

צפיפות

משקל סגולי- משקל החומר ליחידת נפח

ניוטון למטר מעוקב

) ( נפח- ליחידת גרם חומר כמות צפיפותק" בסמ

, דוגמאות צף: שמן המים על צף גלשןמים על

קר אוויר מעל חם אוויר

קרים מים מעל חמים מים

' א 'חומר ב חומר

תכונות תרמיות

מוליכות חום•

. דוגמא: עליית הכספית במד- התפשטות תרמית•טמפרטורה

טמפרטורת היתוך ואידוי•

מוליכות חום

אחת הדרכים להולכת חום בגוף. היא היא מתארת את יכולת המתכות

להעביר חום ממקום בעל טמפרטורה גבוהה למקום בעל טמפרטורה נמוכה

יותר

כיצד עובר חום לאורך גוף מתכתי?

- אנרגיית התנועה של בחימום מתכת גדלה מאוד והם אלקטרונים חופשיים

מתרחקים יותר מהחלקיק ונעים הלאה כך שהם נושאים את אנרגיית התנועה

במהירות לאורך הגוף.

מוליכים לא מתכתייםמוליכי חום גרועים

בהעדר אלקטרונים חופשיים אין מי שיעביר את אנרגיית התנועה מחלקיק לחלקיק במהירות רבה לכן אנרגיית החום מתפשטת באיטיות

רבה.

רק החלקיקים שקרובים ללהבה מגבירים את תנודותיהם.

מבודדי חוםמוליכי-חוםעץכסף

זכוכיתנחושת

צמרזהב

קלקרברזל

כיצד עובר חום בגז? קרובים ללהבה תנועתם של חלקיקים-בחימום גז•

מתגברת בגז והם מתנגשים בחלקיקים שכנים ומעבירים אליהם את אנרגיית התנועה שלהם.

- אינו מתנהג כמבודדאוויר נע במרחק מסוים מעל להבה האוויר חם. דוגמאות:

אוויר מעל חול המדבר מעביר חום אל שכבות אוויר עליונות.

- מתנהג כמבודד אוויר שאינו נע פוליאוריתן- חומר מוקצף הכלוא בתוך דוגמאות:פולימר.

שמיכת פוך- אוויר כלוא בין הנוצות

כיצד עובר חום בנוזל?

החום במים עובר מלמטה למעלה•

דוד חימום חשמלי)בוילר(דוגמאות:

כיצד משפיע שנוי הטמפרטורה על גוף?

.התפשטות תרמית- אורכיתדוגמא: עליית הכספית במד- טמפרטורה •

, ולעוביו הגוף לאורך החומר התפשטות

' מס מחימום כתוצאה המוט בנפח הגידול הוא האדום הרקענשמר החלקיקים

גדלו הרווחים חימום אחרי

התפשטות תרמית

אלומיניום

אבץ

פליז

נחושת

זהב

בטון,ברזל

תרמית זכוכית התפשטותנמוכה

תרמית התפשטותגבוהה

צבירה- מצבי בשלושת החומר

מוצנוזלגזק

חימום

קירור

טמפרטורת היתוך ואידוי

) רתיחה ) אידוי מים נקודת של- ב המים 100היא צלסיוס מעלות

לגז והופכים מתאדים

היתוך היא נקודת קרח שלהקרח אפסב צלסיוס מעלות

לנוזל והופך ניתך המוצק

הן ואידוי היתוך נקודותאת משנה החומר בהן הטמפרטורות

. שלו הצבירה מצב

אופטיות)תגובת החומר לקרינה אלקטרומגנטית(

אור בליעת חלק החזרתהאור מקרני

צבע המקנות

קרני החזרתאור

תכונות כימיות

תכונות המתארות את תגובת החומר לסביבה

תוך שינויים בהרכבו כימית בתגובה אקטיביות

) = (, קורוזיה שיתוך חמצון כושר

ובתמיסות במים מסיסות

כימית עמידות

+

החלדה ) שיתוך(תגובה כימית לא רצויה

תכונת המתכות הברזליות להיהרס על ידי •שיתוך.

כלומר: החלדה לעומק.דוגמאות: סורגים, מעקות, גדרות מברזל•

+חמצן

) לחות ) בנוכחות

חמצני ברזל

) חלודה)

דרכים למניעת שיתוך

- התנגדות פני המתכת לשנוי כימי או ציפוי. 1אלקטרוכימי.

דוגמאות: צבעים, ציפויים )בחומר פלסטי לדוגמא(

שימון וגרוז. 2

)הקטנת סיכוי להיווצרות חלודה והקטנת חיכוך בין רכיבים (

– ציפוי חלקי פלדה במתכת אבץ.גילוון . 3

) לדוגמא: גוף מכונית(

תנו דוגמא לשימוש וניצול יום יומי של של מוצרים ממתכות שעברו

תהליך למניעת חלודה?

בחום כימית מסוימות - חסינות מתכות כושר . חמצון בפני גבוהה בטמפרטורה לעמוד

עברו () שהן הטיפול בזכות או המתכות הרכב בשל

. דוגמאות תנו

מסיסות

ממס

+

מומס תמיסה

: המסיסות על המשפיעים הגורמים

החלקיקים 1. סוג

החלקיקים 2. הערכות

החלקיקים 3. בין הפועלים הכוחות

סיכום-חומרים ותכונותיהם

התייחסנו לשלב חקירת החומרים בתהליך •התיכון.

הכרנו סוגי חומרים.•הכרנו תכונות מכניות, כימיות ופיזיקליות.•למדנו לאפיין חומר בתכונותיו.•

חומרים הנדסיים ותכונותיהם

עמידות אלסטיותתרמית

מוליכות חום וחשמל

קבוצה

טובה בדרך כלל

מתכות טובהטובהוסגסוגותיהם

בחלק גבוהה מאוד ובחלק

אפסית

פולימריםגרועהגרועה

חומרים גרועהטובהאפסיתקרמים

תלוי בחומרים

תלוי בחומרים

תלוי בחומרים

חומרים מרוכבים

מאפיינים עיקריים המשפיעים על התיכון של מוצר

אלסטיות, קשיחות, קושי, התנגדות לשחיקה

תכונות מכניות

צפיפות, ערכי טמפרטורת היתוך, מוליכות חשמלית ותרמית, תכונות מגנטיות, יציבות תרמית קיבול חום

סגולי, התפשטות תרמית

אופטיות, אקוסטיות.

תכונות פיזיקליות

אינרטיות/אקטיביות בתגובה כימית, כושר חימצון, מסיסות במים

ובתמיסות, יציבות כימית

תכונות כימיות

עמידות בפני קורוזיה)שיתוך(, עמידות בפני שינויי מזג אוויר,שיקולי

שימור אנרגיה

השפעות של הסביבה והשפעות על הסביבה

יציקה, עיבוד בחום, עיבוד בקור, ריתוך, טיפול תרמי.

תהליכי ייצור אפשריים

עלות החומר, עלות הייצור, זמינות חומרים, יציבות מחירים

עלות וזמינות

אסתטיותהמראה החיצוני של החומר, המוצר

לחומרים הופכים גלם חומרי שבו שלבהנדסיים- תעשייתיים

מכני תרמי עיבוד עיבוד כימי עיבודואלקטרוליטי

על נעשה החומרפי

הנבחר באמצעות

עיבוד פלסטי של מתכות

ערגול

חישול

חסום

היתוך

יציקה

ערגול. ערגול- עיבוד פלסטי המבוצע בקר או בחם על 1

ידי העברתו בין גלילים.לוח המתכת נלחץ בין שני גלילים כבדים של מתכת בעלת חוזק

וקשיות גדולים יותר. בגלל הלחץ הלוח נמעך ונעשה דק יותר בהתאם למרחק בין הגלילים.

דוגמא: רדיד אלומיניום מיוצר בערגול קר.

הדגמה בכיתה: ע"י רידוד גוש פלסטלינה בעזרת מערוך.

רצועת מתכת

פרופילי מתכת

חישול

-עיבוד פלסטי בחום במכבש או בהקשה חישולבפטיש.

דחוס פלסטלינה לתוך כלי קטן הדגמה בכיתה:מפלסטיק בעל גאומטריה פשוטה. השאר

חומר עודף בפתח המכל.לחץ בחוזקה על החומר העודף באמצעות לוח

שטוח עד שהלוח יגע בשפתו של המכל. . החומר נדחס היטב1מרחשות שתי פעולות:

. החומר העודף נפלט2

חיסום

תהליך תרמי הכולל חימום הפלדה •לטמפרטורה הנדרשת ולאחר מכן קירורה המהיר לצורך שינוי במבנה הפנימי שלה.

התהליך מקנה לפלדה את הקשיות הגבוהה שלה ואת הפריכות.

יציקה

ייצור מוצר באמצעות יציקת מתכת נוזלית •לדפוס

) התקן המכיל את חלל היציקה( במידות הרצויות והסופיות של המוצר

כרסום

כרסום בוחן אם אפשר לעבד חומר מסוים על ידי הסרת חומר מיותר בצורת שבבים

)חריטה, כרסום, קידוח(

מה ניתן לעיבוד בכירסום?

ריתוך

רתיכות היא יכולתו של חומר להתחבר •באמצעות תליך חימום והוספת חומר

עיבוד החומרים הפלסטיים

דפיסה בהזרקה•דפיסה בשחול•דפיסה בניפוח•עיצוב בחום•כבישת לחץ•

השפעות על הסביבה

מחליפים חומרים שאינם ידידותיים לסביבה

חומר מסוכןתחליףשימושמתכת רעילה

ששימשה כאלקטרוליט בסוללה יבשה

קדמיוםתרכובות ליתום

חומר הורס אוזון ששימש כחומר הודף לתרסיסים

תערובת פרופן ואיזובוטן

CFC

תהליך ייצורכל סדרת הפעולות אשר הופכות את הקלט

לפלט

הייצור כולל שני שלבים

א. חומרי גלם הופכים לחומרים תעשייתיים- הנדסיים

ב. חומרים הנדסיים הופכים לחומרים תעשייתיים- מוצרים

עיבוד ראשוניחומר גלם טבעי- חומרים הנמצאים בטבע

ומשמשים כקלט במערכות ייצור

חומר הנדסי- חומר שעבר עיבוד ראשוני

וניתן ליצור מהם מוצרים

)לוחות עץ, בטון, ברזל(

גלם חומרטבעי

הנדסי חומר

גלמי גומינפט

, חול, מיםמלט

בטון

משני עיבוד

למוצר הנדסי חומר של הפיכתו תהליך

בחירת חומרים למוצר תוך הפעלת שיקולי תיכון

וטכנולוגיית ייצור

בחירת החומר

תכונות החומר

צריכת אנרגיה

תפעול דרישותושירות

השפעות סביבתיות

עלות

תיכון מוצר

תהליך בחירתהייצור חברתיים מקורות גורמים זימון

תהליך תיכון ובחירת חומר לייצור אופניים

. לאיזה צורך עונה המוצר?1

. לאיזו אוכלוסיית יעד הוא מיוצר?2

. באילו תנאי שירות ישמש המוצר? 3

אילו תכונות כימיות פיזיקליות מכניות וכו' 4צריכות להיות לחומרים אלו?

תהליך בחירת חומר לייצור אופניים

כלי תחבורה לחברים המוצר עונה לצורך:. 1 ולבי"ס

נועראוכלוסיית יעד עבורה הוא מיוצר:. 2 תנאי שירות בהם ישמש המוצר:. 3

כביש, מדרכה לעיתים רטובים, טמפרטורה ק"ג, 70 מעלות צלסיוס, משקל רוכב, כ- 5-40

אחסון במחסן או בחוץ חשוף לשמש ולגשם. לחומרים צריכות להיות התכונות הבאות:. 4

חוזק, קשיות, עמיד לטמפ' קיצוניות.

התכונות הנדרשות מהחומר לצורך בניית שילדת האופניים עפ"י מאפייני

המוצרתכונות

הנדרשות מהחומר

מאפייני המוצר

) שילדת אופניים(

שיקולים

ניתן לעיבוד לתצורת מוט או צינור

ממדיםמתכוונן לבני נוער

הגנה מפני חלקפציעת המשתמש

בטיחות

נושא משקל של כ- קשה, קל, חזק, חלק ק"ג,70

נוחיות

האחסון מצריך אדיש מבחינה כימיתעמידות בתנאי קור או

חום

טמפרטורה ואנרגיה

המשך...

תכונות הנדרשות

מהחומר

מאפייני המוצר

) שילדת אופניים(

שיקולים

אסתטיקה

השלכות סביבתיות

עלויות

אילו חומרים לדעתך . מתאימים לייצור האופניים?

תכונות החומר המתאימות למאפייני המוצר

החומרים האפשריים

סיבי פחמן

מתכת: מבריקה, חזקה מאוד כמו פלדה, קל מפלדה

טיטניום

מתכת:קלה, חזקה, לא רעילה, לא מגנטית, לא מתחממת, עמידה ולא

מגיבה עם הסביבה, ידידותית, ניתנת למחזור

אלומיניום

פלדה

... הוא המועדף והחומר

סיכוםהכרנו את שני שלבי הייצור של מוצר.•ראינו את הקשר בין תיכון מוצר לבחירת •

המוצר ולאמצעי הייצור של המוצר.תרגלנו את שיקולי התיכון וטכנולוגיית הייצור •

של אופניים.