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Progettare e fare / Tecnologia
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Nuovi materiali
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Tecnologia

Il carburo di silicio
Individua l'unica affermazione corretta sul carburo di silicio (SiC) tra quelle che seguono.
A: Ha una bassissima deformazione con le variazioni di temperatura. L'industria automobilistica lo usa nei sistemi frenanti per auto di lusso, da corsa e nei filtri anti-particolato dei motori diesel. Per la sua elevata durezza, viene impiegato negli utensili da taglio o come materiale abrasivo per la levigatura. Grazie alle sue proprietà di semiconduttore è impiegato nei circuiti ad alta potenza.
B: Ha una bassissima deformazione con le variazioni di temperatura. L'industria automobilistica lo usa nei sistemi frenanti per auto di lusso, da corsa e nei filtri anti-particolato dei motori diesel. Per la sua elevata durezza, viene impiegato negli utensili da taglio o come materiale abrasivo per la levigatura. Grazie alle sue proprietà di conduttore è impiegato nei circuiti ad alta potenza.
C: Ha un'altissima deformazione con le variazioni di temperatura. L'industria automobilistica lo usa nei sistemi frenanti per auto di lusso, da corsa e nei filtri anti-particolato dei motori diesel. Per la sua elevata durezza, viene impiegato negli utensili da taglio o come materiale abrasivo per la levigatura. Grazie alle sue proprietà di semiconduttore è impiegato nei circuiti ad alta potenza.
D: Ha una bassissima deformazione con le variazioni di temperatura. L'industria automobilistica lo usa nei sistemi idraulici per auto di lusso, da corsa e nei filtri anti-particolato dei motori diesel. Per la sua elevata durezza, viene impiegato negli utensili da taglio o come materiale abrasivo per la levigatura. Grazie alle sue proprietà di semiconduttore è impiegato nei circuiti ad alta potenza.
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Tecnologia

Le leghe a memoria di forma
Le leghe a memoria di forma sono materiali ceramici che riescono a tornare a una forma «memorizzata» se viene cambiata la loro composizione o la sollecitazione applicata.
La prima lega scoperta con questa capacità era composta da oro e cadmio. Successivamente si scoprì che anche l'ottone, cioè una lega di argento e zinco, poteva avere tali proprietà. Solo negli anni Sessanta si arrivò all'osservazione della memoria di forma nella lega di nichel e titanio (NiTi), tra le più utilizzate al giorno d'oggi.
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I materiali compostabili
Secondo le normative europee, un materiale viene definito compostabile se, unito a una massa ________ volte superiore di materiale organico e tenuto per tre ________ in una compostiera industriale a umidità e temperatura (________ °C) controllate, il residuo che si ottiene si è biodegradato (cioè convertito in ________, acqua e biomassa) e disintegrato (cioè ridotto in frammenti di dimensioni inferiori ai 2 ________), ha bassi livelli di metalli pesanti e assenza di effetti negativi sulla qualità del compost.
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La lega nichel-titanio
Quali tra le seguenti affermazioni sulla lega nichel-titanio sono vere e quali false?
A: Questa lega conserva la memoria della forma iniziale nonostante le sollecitazioni applicate.
B: Gli oggetti realizzati in questa lega non resistono alle variazioni di temperatura.
C: Gli oggetti realizzati in questa lega hanno costi di produzione bassissimi.
D: A un oggetto in lega nichel-titanio può essere impresa una forma che esso «ricorda» quando viene riscaldato a temperature di 50-60 °C e una seconda forma da assumere a temperatura ambiente.
E: Questa lega ha applicazione anche nella produzione di montature per occhiali.
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il riciclaggio degli oggetti in bioplastica
Segui queste regole per riciclare oggetti in bioplastica.
- Non inserirli mai nella campana della plastica: smaltiscili nel cassonetto dell'________.
- Non inserirli nella compostiera da giardino: danneggeresti il compost prodotto (le bioplastiche sono compostabili solo industrialmente a temperature ________ e ________).
- Non lasciarli nel bosco o al mare: sono necessari molti ________ per decomporli in natura.
- Usali per conferire l'________ nel relativo cassonetto: per questo scopo non usare mai i sacchetti di plastica tradizionale, neanche quelli trasparenti per le verdure dei supermercati.
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I materiali ceramici avanzati
Completa il testo che segue con le parole mancanti indicate.

I materiali ceramici avanzati si ottengono, con un procedimento complesso, partendo da polveri di elevata ________ e con granulometria ________.
Preparazione delle polveri. Le polveri vengono ottenute da materie prime ________ o da semplici prodotti chimici; i granelli vengono tutti uniformati alle stesse ________.
Formatura. Una volta che la polvere è pronta, questa viene formata mediante pressatura, formatura plastica, colatura o disposizione su un ________ (per produrre lamine ________ e lunghe).
Essiccamento. Il pezzo formato viene riscaldato a temperature di circa 100 °C per molte ore.
Sinterizzazione. È la compattazione delle polveri che compongono il pezzo formato ed ________.
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Le bioplastiche
Individua l'unica affermazione corretta tra quelle che seguono.
A: Le bioplastiche sono materiali termoplastici a base di prodotti vegetali. Le molecole di questi materiali sono polimeri come quelli delle plastiche «tradizionali» e la loro struttura e composizione molecolare è molto simile. Le bioplastiche sono compostabili, cioè trasformabili, tramite processi industriali, in compost ovvero in fertilizzante da usare in agricoltura.
B: Le bioplastiche sono materiali termoplastici a base di prodotti vegetali. Le molecole di questi materiali sono monomeri come quelli delle plastiche «tradizionali» ma la loro struttura e composizione molecolare è diversa. Le bioplastiche sono compostabili, cioè trasformabili, tramite processi industriali, in compost ovvero in fertilizzante da usare in agricoltura.
C: Le bioplastiche sono materiali termoplastici a base di prodotti sintetici. Le molecole di questi materiali sono polimeri come quelli delle plastiche «tradizionali» ma la loro struttura e composizione molecolare è diversa. Le bioplastiche sono compostabili, cioè trasformabili, tramite processi industriali, in compost ovvero in fertilizzante da usare in agricoltura.
D: Le bioplastiche sono materiali termoplastici a base di prodotti vegetali. Le molecole di questi materiali sono polimeri come quelli delle plastiche «tradizionali» ma la loro struttura e composizione molecolare è diversa. Le bioplastiche sono compostabili, cioè trasformabili, tramite processi industriali, in compost ovvero in fertilizzante da usare in agricoltura.
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Il cemento armato
In un materiale composito come il cemento armato i tondini di acciaio sono il ________, mentre il cemento è la ________. Insieme sono definiti i ________, e possono essere combinati in moltissimi modi per ottenere una grande varietà di materiali.
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Il Mater-Bi®
Il Mater-Bi® è una bioplastica a base di amido di colza, frumento e patate. Contiene anche una piccola parte di polipropilene derivato da oli vegetali e gasolio. Viene fornito in laminati per poter essere poi lavorato in modo simile alle normali plastiche. È molto diffuso e viene utilizzato per produrre shopper, posate e piatti usa e getta, bastoncini cotonati ecc. Il Mater-Bi® è compostabile e viene bruciato assieme ai rifiuti organici.
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Le bioplastiche
Le bioplastiche sono migliori delle plastiche ma non sono ________ per le seguenti ragioni:
- presenza in piccola parte di derivati del ________;
- utilizzo come materia prima di coltivazioni alimentari, cosa che riduce il ________ a disposizione dell'uomo;
- dipendenza della moderna agricoltura, non ________ perché dipendente dal ________.
Le bioplastiche sono fondamentali come strumento di raccolta ________ della frazione umida, che si può così trasformare in compost di qualità. I sacchetti di plastica tradizionale invece rilasciano inquinanti che fanno produrre un «terriccio» non utilizzabile in agricoltura.
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I nuovi materiali
Completa il testo che segue con le parole mancanti indicate.

Le applicazioni delle leghe a memoria di forma sono molteplici. Queste leghe sono molto costose e solo negli ultimi anni il loro prezzo è diminuito tanto da renderle più diffuse.
Industria spaziale. Le molle per aprire i ________ solari sui satelliti sono fatte con queste leghe. Una volta in ________, variando la ________ delle molle queste fanno aprire i pannelli.
Medicina. Con le leghe NiTi si fanno apparecchi ________, per applicare sempre lo stesso sforzo sui denti anche durante la masticazione, ________ per aprire arterie occluse, perni per fratture ossee ecc.
Industria in generale. I meccanismi di controllo affidabili e senza parti in movimento sono costruiti in NiTi. Apparecchi antivibrazioni e meccanismi ________ per elettrodomestici. Regolatori automatici per la temperatura dell'acqua dei ________.
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I materiali compositi
Nei materiali compositi i rinforzi possono essere particolari (ghiaie, polveri di resina) o fibre. I più comuni sono le fibre di vetro, di carbonio, aramidiche (quali il PLA) e i ceramici avanzati.
Le matrici invece possono essere polimeriche, metalliche oppure tessili.
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Il PLA
Indicare come vere o false le seguenti affermazioni sul PLA.
A: PLA è una sigla che sta per PolyLactic Acid, in inglese acido poli-lattico.
B: Il PLA non è compostabile.
C: Il PLA è una bioplastica a base di amido di mais, ottenibile anche dalla canna da zucchero.
D: Il PLA si usa soprattutto per sostituire il PET nella produzione di bottiglie d'acqua.
E: Il PLA ha costi di riciclaggio elevati.
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I materiali compositi
Individua l'unica affermazione corretta tra quelle che seguono.
A: I materiali compositi sono prodotti mediante la combinazione di due materiali. Ciascun materiale mantiene la propria identità nel composto finale. Dalla combinazione si ottengono ottima resistenza e rigidezza. I compositi possono avere anche eccellenti caratteristiche di resistenza alla corrosione e all'usura, proprietà ignifughe e antistatiche o di alta conducibilità elettrica. Possono essere molto costosi da produrre e sono difficili da smaltire.
B: I materiali compositi sono prodotti mediante la combinazione di tre materiali. Questa combinazione mostra ottima resistenza e rigidezza rispetto al proprio peso. I compositi possono avere anche eccellenti caratteristiche di resistenza alla corrosione e all'usura, proprietà ignifughe e antistatiche o di alta conducibilità elettrica. Possono essere molto costosi da produrre e sono difficili da smaltire.
C: I materiali compositi sono prodotti mediante la combinazione di due materiali, che si fondono assieme. La combinazione dei due materiali mostra ottima resistenza e rigidezza rispetto al proprio peso. Sono poco costosi da produrre e sono facili da smaltire.
D: I materiali compositi sono prodotti mediante la combinazione di due materiali. Hanno scarsa resistenza meccanica ma sono ottimi isolanti elettrici. Possono essere molto costosi da produrre e sono difficili da smaltire.
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L'allumina
L'allumina viene utilizzata per applicazioni ________, quali i ________ che non necessitano di lubrificazione, grazie alla sua resistenza all'usura e alle alte ________, e alla sua durezza; per applicazioni biomediche, quali gli impianti ________, grazie alla sua resistenza e alla sua compatibilità con i tessuti; per applicazioni elettriche ed elettroniche, quale ________ per le candele dei motori e delle linee ad alta tensione.
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I nuovi materiali
Un tempo con «ceramici» ci si riferiva solo a quei prodotti (vetro, terracotta, porcellana ecc.) che venivano ottenuti dalla cottura di quarziti naturali, mescolate con altri materiali e impastate con acqua allo scopo di poterle fondere. Negli ultimi duecento anni, con il progredire delle conoscenze sui legami tra proprietà e struttura molecolare, è nata una nuova generazione di materiali, detti «ceramici progrediti», provvisti di ottime prestazioni strutturali e/o funzionali.
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I materiali compositi
Tra le seguenti affermazioni relative ai materiali compositi, indica quali sono vere e quali false.
A: I materiali compositi sono omogenei in ogni loro punto.
B: Nei materiali compositi i rinforzi hanno dimensioni inferiori al decimo di millimetro.
C: Nei materiali compositi i rinforzi sono pochissimi.
D: Nei materiali compositi i rinforzi danno resistenza al materiale.
E: Nei materiali compositi la matrice serve a proteggere i rinforzi.
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I materiali compositi
Trova le affermazioni corrette tra quelle che seguono; ci sono in tutto tre risposte esatte, una per ciascuna delle fibre usate come rinforzi nei materiali compositi.
A: FIBRE DI VETRO: sono le più diffuse e relativamente economiche. Contrariamente al vetro, non sono fragili. Il principale materiale che si ottiene è la vetroresina, con matrice termoindurente.
B: FIBRE DI VETRO: sono le meno diffuse e relativamente costose. Contrariamente al vetro, non sono fragili. Il principale materiale che si ottiene è la vetroresina, con matrice termoindurente.
C: FIBRE DI CARBONIO: sono fibre con elevata resistenza, basso peso e alta resistenza alle variazioni di temperatura. Sono combinate con varie matrici; esiste anche il carbonio-carbonio (matrice in grafite e rinforzi in fibra di carbonio).
D: FIBRE DI CARBONIO: sono fibre con elevata resistenza, alto peso e alta resistenza alle variazioni di temperatura. Sono combinate con varie matrici; esiste anche il carbonio-carbonio (matrice in grafite e rinforzi in fibra di carbonio).
E: KEVLAR: fibra sintetica con ottime caratteristiche di resistenza meccanica ma scarsa resistenza alle alte temperature. È utilizzata in campo aeronautico, per giubbotti antiproiettile ed elmetti militari.
F: KEVLAR: fibra sintetica con ottime caratteristiche di resistenza meccanica e alla temperatura. È utilizzata in campo aeronautico, per giubbotti antiproiettile ed elmetti militari.
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I materiali ceramici avanzati
I materiali ceramici avanzati sono caratterizzati da:
- eccellenti proprietà meccaniche: elevata durezza (circa venti volte quella del vetro), alta resistenza alla trazione;
- ottima resistenza alla compressione e scarsa tenacità (capacità di resistere agli urti);
- notevoli proprietà termiche: resistono anche alle alte temperature;
- caratteristiche isolanti: nei cavi ad alta tensione, gli interruttori sono fatti con questi nuovi materiali.
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Nuovi materiali
Durante il rientro nell'atmosfera lo Space Shuttle raggiungeva esternamente elevatissime temperature a causa dell'attrito dell'aria sulla fusoliera. Era così provvisto di uno scudo termico che non lo facesse incendiare e che non si deformasse nel passare dal gelo dello spazio alle altissime temperature di rientro. Questo scudo era realizzato utilizzando anche una categoria di nuovi materiali: quali?
A: I materiali ceramici avanzati
B: Le leghe a memoria di forma
C: I materiali compositi
D: Le bioplastiche
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