Premessa: il testo prevede una trattazione generica dell'argomento; noi ci concentreremo sulle parti che riguardano direttamente il campo dell'elettronica.
Fin dall'antichità l'uomo ha utilizzato i materiali disponibili in natura per farne utensìli, vestiti, abitazioni.
Il progresso ha permesso di:
Questo processo si è svolto in maniera sempre più rapida (nuovi materiali permettono nuove lavorazioni e, insieme con l'impiego di energia, la produzione di nuovi materiali). La tabella 1 mette in evidenza il proliferare di nuovi materiali col passare del tempo. Le tabelle seguenti mostrano in dettaglio l'evoluzione di:
Nel periodo in cui viviamo si fa un largo uso di materiali di sintesi - cioè non esistenti in natura - realizzati per avere caratteristiche adatte ad un determinato impiego (leghe leggere, materiali compositi, fibre sintetiche, ecc.). Questi materiali presentano grandi vantaggi ma contemporaneamente pongono il problema di come riciclare e riutilizzare i materiali di scarto.
Quando si parla di materiali si può far riferimento:
La scheda di pagina 7 richiama alcune importanti definizioni dalla chimica. E' importante ricordare quelle di:
Nel campo dell'elettronica i metalli vengono impiegati sfruttando principalmente le loro proprietà elettriche. In particolare nei conduttori l'orbitale più esterno possiede pochi elettroni, che possono spostarsi più facilmente.
Allo stato solido i materiali possono presentarsi:
I metalli presentano struttura cristallina.
Per migliorare le caratteristiche dei metalli è possibile formare delle leghe, unendo il materiale metallico con un'altra sostanza. Alcuni esempi sono:
La tabella 6 contiene uno schema riassuntivo delle caratteristiche e proprietà che è possibile migliorare. Quelle più interessanti in ambito elettronico sono le caratteristiche elettriche, magnetiche e ottiche.
La corrosione è un fenomeno per cui un materiale tende a consumarsi o a peggiorare le proprie caratteristiche a causa di fenomeni chimici (ricomposizione) o elettrici (ossidoriduzione) solitamente dovuti alle condizioni ambientali.
Per proteggere un materiale dalla corrosione si può ricorrere:
Il testo elenca alcune proprietà fisiche (non elettriche).
La densità o massa volumica è il rapporto tra massa e volume di una sostanza:
`rho = m/V [(kg)/m^3]`
La tabella 8 elenca i valori di densità per alcune sostanze.
La capacità termica è il rapporto tra la quantità di calore fornita e la corrispondente differenza di temperatura:
`c_T = Q/(Delta T) [J/K]`
Il calore specifico è la quantità di calore che fa aumentare di un grado la temperatura di un corpo di un chilogrammo:
`c=c_T/m [J/(kg K)]`
La tabella 9 elenca i valori del calore specifico per alcune sostanze.
La conducibilità termica indica la capacità di una sostanza di trasmettere calore.
La temperatura di fusione è la temperatura alla quale avviene il passaggio dallo stato solido a quello liquido. La figura 8 mostra che per i metalli questo passaggio avviene a temperatura costante.
La dilatazione termica indica la capacità di una sostanza di deformarsi con l'aumentare della temperatura.
Le proprietà meccaniche indicano la capacità di un materiale di resistere a sollecitazioni prodotte da forze esterne. Le più importanti sono:
Queste proprietà sono in contrapposizione tra loro: un materiale con buone caratteristiche di durezza e resistenza meccanica avrà scarsa resilienza e resistenza alla fatica. Si tratta quindi di trovare un compromesso, anche perché spesso i corpi sono sottoposti contemporaneamente a sollecitazioni di tipo diverso.
In tabella 13 sono elencati i principali tipi di sollecitazione meccanica.
Le proprietà tecnologiche indicano la capacità di un materiale di subire un certo tipo di lavorazione. Le più importanti sono:
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