المواد الهندسية
المواد الهندسية مواد تُصمم بمقاييس علمية، وتُفيد المواد الهندسية بزيادة قدرات عمل أجهزتك، وفي رفع قُدرات عمل وسائل الاتصال والحواسيب وتخزين الطاقة في الخلايا الشمسية التي تُعد مستقبل الطاقة في عالمنا، وإنّ علم هندسة المواد هو الأساس للعديد من التطبيقات الهندسية، ويعمل علماء ومهندسو المواد الهندسية على تحسين المواد الهندسية الموجودة بشكل دائم، وتطوير وتجديد هذه المواد مع محاولة تقليل التكلفة والآثار البيئية التي تُسببها هذه المواد، كما تقوم المواد الهندسية بدور محوري لاختيار مجالات التصنيع ومواد الطاقة والصحة والطب، وتُفيدك دراسة المواد الهندسية بالعمل في الأوساط الأكاديمية والصناعية والمختبرات الحكومية والعمل في مجموعة متنوعة من المجالات العلمية والأكاديمية.[١]
خواص المواد الهندسية
إن المواد الهندسية لها العديد من الخواص، فما هي هذه الخواص:[٢]
- قوة المادة: المواد الهندسية تملك قوة ميكانيكية، وتحمي هذه الخاصية المادة من الانهيار أو التشوه في حالة وجود قوة خارجية تؤثر عليها.
- صلابة المادة: صلابة المادة هي قدرة المادة على امتصاص الطاقة دون حدوث تشوه وكسر فيها، ووحدة الصلابة هي جول / م 3، ويُمكن تحديد متانة المادة وصلابتها من خلال خصائص الإجهاد للمادة.
- هشاشة المادة: هشاشة المادة تُشير إلى مدى سهولة تكسيرها عندما تتعرض لقوة أو ضغط خارجي، وعندما تتعرض المادة للضغط قد تتعرض لكسر وهذا الكسر يعتمد على درجات حرارة المادة التي تُحدد مستوى هشاشة المادة.
- طواعية المادة: طواعية المادة خاصية تُشير لمدى سهولة تشوه المادة تحت الضغط، وهذه الخاصية الميكانيكية تعتمد على درجات الحرارة أيضًا ومع ارتفاع درجة الحرارة تزداد قابلية المواد للتطويع والتشوه.
- ليونة المادة: الليونة هي خاصية تشير إلى مدى سهولة تشوه المادة تحت إجهاد الشد، وهي خاصية تعتمد أيضًا على درجات الحرارة.
- مرونة المادة: المرونة هي قدرة المواد على امتصاص الطاقة عن طريق تطبيق خواص الضغط.
- إجهاد المادة: إجهاد المادة يُمثل مقدار تحمل المادة للضغط والقوة الخارجية بشكل متكرر، وفي المواد التي لا تتحمل هذا الإجهاد تبدأ الشقوق بالحدوث وعندما يصل هذا الشق لدرجة معينة تختلف من مادة لمادة تفتت المادة.
أنواع المواد الهندسية
إن المواد الهندسية هي المواد المُفيدة التي تُستخدم وتُنتج للاستفادة منها اقتصاديًا، وتُستخدم هذه المواد لإنتاج أجزاء ومكونات منتجات أخرى مُختلفة، كما تُستخدم في البنية التحتية والبناء وفي مواد الزراعة والخدمات اللوجستية، ومن حولك يوجد عشرات المواد الهندسية وأهم هذه المواد:[٣]
- الخرسانة: مادة مُصنعة من مواد كيميائية ومعادن ومياه وصخور مسحوقة ورمال مختلفة الحجم، ويستخدم ثاني أكسيد الكربون بكميات كبيرة في إنتاج الخرسانة.
- الجص: مادة تُستخدم للاستخدامات الداخلية في البناء على الغالب، ويُصنَّع الجص من الجير والأسمنت والجبس، وهو مادة غير قوية لا تُستخدم في الهياكل الخارجية والحاملة للمواد، ويُفيدك الجص بأنه سهل التشكيل بسبب نعومته.
- السيراميك: مادة صلبة غير معدنية تستخدم في إنتاج عظام البناء والأواني الفخارية والخزف.
- الرغوة: مواد يمكنك استخدامها في البناء، وهي مواد كيميائية تحبس الهواء بسبب خفة وزنها، والرغوة لها الكثير من الفوائد مثل العزل الحراري وعازل الصوت.
- أشباه الموصلات: أشباه الموصلات مصنوعة من السيليكون مع الشوائب المضافة لتغيير خصائص المواد لاستخدامها في تطبيقات مُختلفة، وستستخدم أشباه الموصلات في الإلكترونيات وفي الحواسيب والألواح الشمسية.
- البلاستيك: البلاستيك عبارة عن مركبات عضوية مصبوبة ومُجمعة في قوالب، ويتميز البلاستيك برخص ثمنه وتعدد استخدامه على نطاق واسع عالميًا.
- المعادن: المعادن لها أشكال مُختلفة تعرف أغلبها وهي:
- الحديد.
- النحاس.
- الألمنيوم.
- التيتانيوم.
- النيكل.
- القصدير.
- البرونز.
- الفضة.
- الذهب.
- الخشب: الخشب مادة مُستدامة وذات صلاحية عالية تُساعد في عزل الكربون من الجو، ويستخرج الخشب غالبًا من أشجار الصنوبر والخيزران والكرز والدردار والقيقب والروطان والفلين.
- الورق: مُنتج خشبي يُستخدم في إنتاج صناديق الكرتون والتغليف والكتب وورق التواليت والعديد من المنتجات المُفيدة الأخرى.
- المنسوجات الطبيعية: مواد طبيعية مرنة تتكون من ألياف تتشكل من خيوط طويلة منسوجة من القماش، وتستخدم في صنع ملابسك وأثاثك، وتشمل المنسوجات الطبيعية مواد الحرير والقطن والكشمير والصوف والكتان والقنب.
- المنسوجات الاصطناعية: مواد كيميائية صُنعت لتكون بديلة عن المنسوجات الطبيعية وهي تتكون عادة من النايلون أو ألياف الكربون أو البوليستر أو الأكريليك.
- الألياف: وتقسَّم هذه الألياف لطبيعية كألياف الخشب وصناعية كألياف الزجاج والألياف الضوئية وألياف الكربون.
- الزجاج: الزجاج مادة صلبة تُصنع من مركب السيلكا الكيميائي الذي هو بالأصل مصنوع من الرمل، ويُستخدم الزجاج في تصنيع الأواني الزجاجية والنوافذ والكوابل البصرية.
- الأتربة النادرة: وهي أتربة تحتوي على عناصر نادرة الوجود، وهذه العناصر عددها 17 عنصرًا وهي:
- السيريوم.
- الإربيوم.
- الجادولينيوم.
- النيوديميوم.
- البروميثيوم.
- الأوروبيوم.
- الديسبروسيوم.
- الهولميوم.
- البراسيوديميوم.
- التيربيوم.
- السماريوم.
- اللوتيتيوم.
- اللانثانوم.
- الثوليوم.
- الإيتريوم.
- الإيتيربيوم.
- سكانديوم.
مَعْلومَة
المواد الهندسية والمواد عامة لها أربع حالات، وغالبًا أنّك كنت بالسابق تعرف بأن المواد الهندسية أو المواد المُستخدمة أو المُصنّعة أو أي نوع من المواد لها فقط ثلاثة أشكال، ولكن حديثًا صنفت لأربع مواد بإضافة البلازما، وأصبحت الحالات الأربعة للمواد هي:[٤]
- المواد الصلبة: المواد الصلبة هي مواد بلورية لها شكل وحجم مُحدد تتشكل عن طريق تبريد السوائل أو الغازات، وتشمل أشهر الأمثلة على المواد الصلبة الخشب والمعادن والصخور والجليد الذي يتشكل من تجمد الماء السائل.
- المواد السائلة: المواد السائلة هي مواد لها حجم محدد ولكن شكلها يأخذ شكل المكان الذي يحويها، وأشهر أمثلة السوائل هي الماء والزيت، وتتحول المواد الغازية لمواد سائلة عند تكثيفها، وتتحول المواد الصلبة لسائلة عند تسخينها.
- المواد الغازية: المواد الغازية هي مواد لا شكل ولا حجم لها، وأغلب الغازات غير ملموسة ومحسوسة للبشر، ويتكون الغلاف الجوي من العديد من الغازات أشهرها الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والهليوم.
- المواد البلازميّة: البلازما هي كالمواد الغازية لا شكل ولا حجم لها، وهي بالأصل غازات متأينة تمتلك خصائص فريدة، وهذه الأيونات تكون موصلة للكهرباء بسبب وجود الشحنات الكهربائية، ويمكن تشكيل البلازما عن طريق تسخين الغاز وتأينه، وأشهر المواد البلازمية هي البرق ومصابيح الفلورسنت.
المراجع
- ↑ "WHAT IS MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING?", drexel, Retrieved 09-07-2020. Edited.
- ↑ "Mechanical Properties of Engineering Materials", electrical4u,23-03-2019، Retrieved 09-07-2020. Edited.
- ↑ John Spacey (14-03-2019), "20 Types of Materials"، simplicable, Retrieved 09-07-2020. Edited.
- ↑ Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (05-06-2019), "What Are the States of Matter?"، thoughtco, Retrieved 09-07-2020. Edited.
