تعريف علم المواد هو دراسة خصائص المواد وكيف يتم تحديد تلك الخصائص من خلال تكوين وبنية المواد. لقد نشأ من مزيج من الفيزياء والكيمياء لأن التنوع الغني في خصائص المواد لا يمكن فهمه في سياق أي تخصص كلاسيكي واحد.
تعريف علم المواد
علم المواد هو جزء من الهندسة يتضمن اكتشاف وتصميم مواد جديدة وتحليل خصائصها وهيكلها. يمكن بعد ذلك استخدام هذه المعلومات لتحديد خيارات التصميم.
يمكننا أيضًا استخدام معرفتنا لتفكيك وإعادة تجميع المواد بطرق إبداعية مثل النايلون المصنوع من الزيت.
علوم المواد والتكنولوجيا
علم المواد مهم لتطوير التكنولوجيا وسواء كانت آلاف السنين أم لا، فإن المواد المختلفة لها نقاط قوة وضعف مختلفة وهي أفضل لأغراض مختلفة.
نظرًا لأن التكنولوجيا هي عملية استخدام معرفتنا العلمية لإنشاء أجهزة وكائنات حية تفيد البشر، فإن فهم المواد يعد خطوة مهمة في هذه العملية.
كلما فهمت المواد التي تختارها كلما كانت اختياراتك أفضل، يمكن أن تكون المواد التي تمت دراستها في علم المواد أي شيء من المواد البسيطة مثل الخشب إلى المواد الحديثة من صنع الإنسان مثل البلاستيك إلى أحدث المواد التي تتضمن تقنية النانو والتكنولوجيا الحيوية.
تعريف علم المواد
المواد وعلوم الطاقة
يستخدم المجتمع المتقدم صناعيًا الطاقة والمواد بكميات كبيرة. يعتمد النقل والتدفئة والتبريد والعمليات الصناعية والاتصالات في الواقع جميع الخصائص الفيزيائية للحياة الحديثة على تدفق وتحويل الطاقة والمواد من خلال النظام التقني والاقتصادي.
يتشابك هذان التدفقان بشكل لا ينفصل ويشكلان شريان الحياة للمجتمع الصناعي، والعلاقة بين علم المواد واستخدام الطاقة منتشرة ومعقدة.
في كل مرحلة من مراحل إنتاج الطاقة، تلعب المواد وتوزيعها وتحويلها واستخدامها دورًا أساسيًا وغالبًا ما تكون هناك حاجة لخصائص المواد الخاصة.
يتيح النمو الملحوظ في فهم خصائص وهياكل المواد تطوير مواد جديدة بالإضافة إلى التحسينات القديمة على أساس علمي، مما يساهم في زيادة الكفاءة وخفض التكاليف.
تعريف علم المواد
أمثلة على تطبيقات الطاقة في علم المواد
وحدات الطاقة الشمسية
تعد الأنظمة الكهروضوئية بديلاً جذابًا للوقود الأحفوري أو النووي لتوليد الكهرباء، وضوء الشمس مجاني ولا يستخدم مصدرًا لا يمكن الاستغناء عنه وتحويله إلى كهرباء غير ملوث.
يتم الآن استخدام الألواح الكهروضوئية حيث تكون خطوط الطاقة من شبكات المرافق إما غير مجدية أو غير موجودة كما هو الحال في الفضاء الخارجي أو المواقع البعيدة وغير الحضرية.
مواد ذات درجة حرارة عالية
من أجل الاستفادة من الوقود، يجب أولاً حرقه حتى ترتفع درجات الحرارة في بعض السوائل (عادةً البخار)
تشير الديناميكا الحرارية إلى أنه كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت كفاءة تحويل الحرارة إلى عمل. لذلك، فإن تطوير مواد غرفة الاحتراق والمكابس والصمامات والدوارات وشفرات التوربينات التي يمكن أن تعمل في درجات حرارة أعلى أمر بالغ الأهمية.
كانت كفاءة المحركات البخارية الأولى أقل من 1 في المائة بينما كانت كفاءة المحركات البخارية الحديثة 35 في المائة أو أكثر.
يأتي جزء من هذا التحسين من التصميم المحسّن ودقة تشغيل المعادن، لكن جزءًا كبيرًا منه هو نتيجة استخدام المواد المحسّنة بدرجة حرارة عالية وهذا يربط بين علم المواد والطاقة.
تحسين مواد النقل البري
إنه يوفر جهدًا عالميًا لتحسين كفاءة مركبات النقل البري مثل السيارات والحافلات والشاحنات والقطارات وبالتالي تقليل الكميات الهائلة من الملوثات التي تنبعث منها. هذا سياق ممتاز لتوضيح كيفية عمل علم المواد لتطوير مواد جديدة أو أفضل استجابة لاحتياجات الإنسان الحرجة.
تعريف علم المواد
