ใบความรู้ที่ 1 วัสดุศาสตร์ ม.ต้น

หน่วยท่ี 1
วสั ดศุ าสตรร์ อบตวั

เรอื่ งที่ 1 ความหมายของวสั ดศุ าสตร์
วัสดุ (Materials) หมายถงึ ส่ิงของหรือวัตถทุ นี่ ามาใชป้ ระกอบกนั เป็นชนิ้ งานตาม การออกแบบ มตี วั ตน
สัมผสั ได้ และมีสมบัติเฉพาะตัวที่แตกตา่ งกนั ได้แก่สมบตั ิทางฟิสิกส์ สมบัตทิ างเคมี สมบัติทางไฟฟา้ และสมบัติ
เชิงกล เช่น 1. กระดาษ ดนิ สอ ปากกา ไมบ้ รรทดั ฟองน้า โตะ๊ เก้าอ้ี
วสั ดุศาสตร์ (Materials Science) หมายถึง การศึกษาองค์ความร้ทู ีเ่ กย่ี วข้องกับ วสั ดุ ทนี่ ามาใช้ประกอบ
กนั เปน็ ชิ้นงาน ตามการออกแบบ มีตัวตน สามารถสมั ผสั ได้ โดยวัสดุ แต่ละชนดิ จะมีสมบัติเฉพาะตวั ได้แก่ สมบัติ
ทางฟสิ ิกส์ สมบัติทางเคมี สมบัติทางไฟฟา้ และ สมบตั เิ ชิงกล
วสั ดศุ าสตรร์ อบตวั เปน็ การเรียนรู้ดา้ นวัสดศุ าสตรท์ าให้เราทราบถงึ แหล่งทมี่ า การเลอื กใช้ วตั ถุดบิ
กระบวนการผลิต สมบัติและการใช้งานวสั ดุด้านตา่ ง ๆ ในชวี ติ ประจาวัน ผลกระทบจากการใชว้ ัสดุ รวมถึง
เทคโนโลยีการกาจัดวสั ดุ และการรไี ซเคิล ซึง่ เป็นการนาวัสดุ ท่ีไม่ต้องการใชแ้ ลว้ ทัง้ ท่เี กิดขน้ึ ภายหลังเสร็จส้ินการ
ใชง้ านหรอื ระหว่างกระบวนการผลิต กลบั มาผ่านกระบวนการแปรรูปเพ่ือผลติ เปน็ ผลติ ภณั ฑใ์ หม่ ทาใหเ้ กิดมี
ความรู้ และความเขา้ ใจ เกีย่ วกับวัสดุ ร้สู กึ หวงแหนทรพั ยากรของชาตซิ ่งึ จะก่อใหเ้ กิดจิตสานึกทีด่ ีต่อการอนุรักษ์
ทรพั ยากรธรรมชาติและสงิ่ แวดล้อม
ปัจจบุ นั ววิ ฒั นาการทางวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี ทาให้มนุษยส์ ามารถผลติ วัสดุ หรือผลิตภัณฑ์ตา่ ง ๆ
ในระดับอตุ สาหกรรมได้อย่างรวดเร็ว และมคี ุณภาพที่ดขี ึน้ ตวั อย่างเช่น พลาสตกิ เปน็ วัสดุทถ่ี กู สงั เคราะห์มาเพื่อ
ทดแทนวัสดจุ ากธรรมชาติ และเป็นท่ียอมรับว่า เป็นสิ่ง ทมี่ ีประโยชนแ์ ละขาดไม่ได้แลว้ ในชีวิตประจาวนั ของมนุษย์
แตใ่ นทานองกลบั กันพบว่า การใช้ พลาสตกิ กก็ ่อใหเ้ กิดปัญหาในการจดั การภายหลงั เสรจ็ สนิ้ จากการใชง้ าน
เนอ่ื งจากเปน็ วัสดุ ทีย่ อ่ ยสลายไดย้ าก ดงั นัน้ การศึกษาถงึ สมบัติของวสั ดทุ ม่ี คี วามแตกตา่ ง จะนาไปสู่การจดั การ
วัสดภุ ายหลังจากการใช้งานได้อย่างเหมาะสมกับวัสดุน้ัน

เรื่องที่ 2 ประเภทของวัสดุ
ในปจั จุบนั ไม่วา่ ภาคการเกษตร ภาคอุตสาหกรรม หรือภาคครัวเรือน ล้วนตอ้ ง เกี่ยวขอ้ งกบั วสั ดุ
(Materials) อยู่เสมอทั้งในเชิงของผู้ใชว้ สั ดุ ผผู้ ลิตและผู้ควบคุมกระบวนการผลติ ตลอดจนผู้ออกแบบทงั้ ในรูปแบบ
องค์ประกอบ และโครงสรา้ ง บคุ คลเหล่าน้จี าเป็น อย่างยิง่ ทจี่ ะต้องเลือกใช้วัสดุใหเ้ หมาะสมถูกตอ้ งจากสมบตั ิของ
วสั ดเุ หลา่ นนั้ อาจจัดแบง่ ได้ 2 ประเภทใหญ่ๆ ได้แก่ วสั ดุประเภทโลหะและวัสดุประเภทอโลหะ
2.1 วัสดปุ ระเภทโลหะ (Metallic Materials) เป็นวัสดทุ ี่ได้มาจากสนิ แร่ตาม ธรรมชาตโิ ดยตรง ซ่ึงสว่ น
ใหญจ่ ะเป็นของผสมกับวสั ดชุ นดิ อ่นื ๆ อย่ใู นรูปของสารประกอบ (Compound) ตอ้ งนามาผา่ นขบวนการถลุงหรอื
สกดั เพอื่ ใหไ้ ด้แร่ หรอื โลหะที่บรสิ ุทธ์ิ เมอื่ น า แร่บรสิ ุทธนิ์ ี้ไปผ่านขบวนการแปรรปู โลหะจะไดว้ ัสดเุ พ่ือการใช้งาน
โลหะสามารถแบง่ ได้เปน็ 2 ชนดิ คอื

2.1.1 โลหะจาพวกเหล็ก (Ferrous Metal) โลหะทีม่ พี ื้นฐานเป็นเหลก็ เช่น เหลก็ หล่อ เหลก็
เหนียว เหล็กกลา้ เหลก็ ไรส้ นิม เหลก็ กล้าผสม เปน็ ต้น

2.1.2 โลหะนอกจาพวกเหล็ก (Non Ferrous Metal) โลหะนอกจาพวกเหล็ก เช่น ทอง เงนิ
ทองแดง อะลูมิเนียม สังกะสี ทังสเตน แมกนเี ซียม ตะกว่ั ปรอท โบลิดนิ มั่ รวมถึงโลหะผสม เช่น บรอนซ์ และ
ทองเหลือง เป็นตน้

ของใช้ในครวั เรือนประเภทโลหะ
2.2 วัสดุประเภทอโลหะ (NonMetallic Materials) วสั ดใุ นกลุ่มอโลหะนี้ สามารถแบง่ ย่อย ไดด้ ังนี้

2.2.1 อินทรีย์สาร (Organic) เป็นวัสดทุ ่ีไดม้ าจากสิง่ ทมี่ ีชวี ิต เชน่ ไม้ เส้นใย ธรรมชาติ หนงั สัตว์
น้ามันจากพืช ยางพารา ขนสัตว์ เปลอื กหอย หวาย เป็นต้น

2.2.2 อนินทรีย์สาร (Inorganic) เปน็ วัสดุที่ได้มาจากธรรมชาติ จากสิ่งท่ีไม่มี ชวี ิต เปน็ พวกแร่
ธาตตุ ่าง ๆ เชน่ หนิ ดนิ เหนียว กรวด ทราย ศิลาแลง หินอ่อน ยิปซัม และ อญั มณีต่าง ๆ เป็นตน้

2.2.3 วสั ดสุ งั เคราะห์ (Synthetic Materials) เปน็ วสั ดทุ ี่ต้องผ่านขบวนการ ทางดา้ น
อตุ สาหกรรมและเคมี เกดิ จากการผสมตวั ของวัสดุ ธาตุ และมีเคมีภณั ฑ์อนื่ ๆ แบ่งย่อย ได้2 ชนดิ คอื

1. วัสดุอนิ ทรยี ส์ ารสงั เคราะห์ เชน่ กระดาษ ฟองนา้ หนงั เทยี ม เสน้ ใย สังเคราะห์
พลาสติก ยางเทียม เป็นต้น

2. วัสดุอนินทรยี ส์ ารสงั เคราะห์ เช่น ปนู ซีเมนต์ คอนกรตี สีทาอาคาร แกว้ อฐิ เซรามิก

ของใช้ในครวั เรอื นประเภทอโลหะ

เรือ่ งที่ 3 สมบตั ิของวสั ดุ

สมบตั ขิ องวสั ดุ หมายถงึ ลกั ษณะเฉพาะตัวของวัสดุ ที่แสดงวา่ วสั ดชุ นิดหนง่ึ เหมอื นหรือแตกต่างจากวัสดุ
อีกชนดิ หน่งึ สมบตั ิของวสั ดุ สามารถแบง่ ได้ ดังน้ี

3.1 สมบตั ิทางกายภาพ ประกอบด้วย
3.1.1 ความแขง็ หมายถงึ ความทนทานของวัสดุต่อการถูกขูดขีด วัสดุที่มี ความแขง็ มาก จะทนต่อการ
ขดี ขว่ นได้มาก และเม่ือถูกขดี ขว่ นจะไม่เกิดรอยหรือเกดิ รอยเพยี ง เล็กนอ้ ย มสี มบัตทิ ่ีมคี วามคงทนถาวร สึกกรอ่ น
แตกหกั ยาก แข็งแกร่ง เชน่ ก้อนหนิ เพชร เหล็ก เปน็ ต้น เราสามารถตรวจสอบคุณสมบตั ิความแขง็ ของวสั ดไุ ดโ้ ดย
การนาวสั ดมุ าขูดกัน เพ่อื หาความทนทานต่อการขดี ข่วน ถ้านาวสั ดชุ นิดหนึ่งขดู บนวสั ดุอีกชนดิ หน่งึ วัสดทุ ถ่ี ูกขูด
เกดิ รอยแสดงว่า มคี วามแข็งน้อยกว่าวัสดุทใี่ ช้ขดู แตถ่ ้าวสั ดุทีถ่ ูกขูดไม่เกดิ รอยแสดงวา่ มี ความแขง็ มากกว่าวสั ดุท่ี
ใชข้ ดู
3.1.2 ความเหนียว หมายถงึ หน่วยวดั แรงท่ที าให้วสั ดขุ าด เช่น พลาสตกิ มีความเหนยี วมากกว่ากระดาษ
เราจงึ ต้องออกแรงเพ่ือฉีกถงุ พลาสติกให้ขาดมากกว่าแรงทีใ่ ช้ ฉีกถุงกระดาษใหข้ าด การตรวจสอบความเหนยี วของ
วัสดุ สามารถพิจารณาไดจ้ ากสมบตั ิ 2 ประการ คือ ความสามารถในการตแี ผ่เป็นแผ่นบาง ๆ และความสามารถใน
การยดื เปน็ เสน้ คา่ ความเหนียวจะมากหรือนอ้ ย ข้ึนอยู่กบั ปัจจัย ดงั นี้

1. ชนดิ ของวตั ถุ เชน่ เสน้ เอน็ เหนียวกวา่ เส้นดา้ ย เชอื กไนลอนเหนียว กว่าเชือกฟาง
2. ขนาดของวัสดุ วัสดุเส้นใหญ่จะทนต่อแรงดึงได้มากกวา่ จงึ เหนยี ว กว่าวสั ดเุ ส้นเลก็
3.1.3 ความยืดหยุ่น หมายถึง สมบัตขิ องวัสดทุ ี่สามารถกลับคืนสสู่ ภาพเดิมได้ หลงั จากหยุดแรงกระทาท่ี
ทาใหเ้ ปลี่ยนรปู รา่ งไป เช่น ลูกโปง่ ยางรถยนต์ ยางยืด ฟองน้าหนงั สตกิ๊ ยางรัดผม เป็นต้น วสั ดุแตล่ ะชนดิ มคี วาม
ยดื หยุน่ ไม่เทา่ กนั วสั ดุบางชนดิ ยังคงสภาพความยืดหยุน่ อยู่ได้ แม้จะมีแรงกระทามาก ๆ เช่น หนงั สตก๊ิ วัสดุบาง
ชนดิ สภาพยดื หย่นุ หมดไป เมื่อได้รับแรงทีม่ ากระทามาก เชน่ เอน็ เปน็ ต้น
วัสดทุ ีไ่ ม่กลบั สู่สภาพเดิมและมีความยาวเพิ่มข้ึนจากเดมิ เรียกวา่ วัสดนุ ั้นหมด สภาพยดื หยนุ่ วสั ดุ
บางชนิดไมม่ ีสภาพยดื หยนุ่ เพราะเมอื่ มีแรงมากระทาจะเปล่ียนแปลง รูปร่าง และไม่กลับสู่สภาพเดิมเม่ือหยุดแรง
กระทา เชน่ ใชม้ ือกดดนิ น้ามัน ดินนา้ มันจะยุบตวั ลง เมอ่ื ปลอ่ ยมือ จะเห็นดนิ น้ามนั เป็นรอยกด ไม่กลับสู่สภาพเดิม
3.2 สมบตั ทิ างความร้อน เม่ือวสั ดสุ องสิ่งท่ีมีอุณหภมู ิต่างกัน จะเกดิ การถ่ายโอน ความร้อนใหแ้ กก่ นั โดย
ความรอ้ นจะถา่ ยเทจากวตั ถุ หรือบรเิ วณที่มีอุณหภมู ิสงู ไปยังวัตถุ หรือ บรเิ วณทม่ี ีอุณหภูมิตา่ กวา่ เสมอ และการ
ถ่ายเทความร้อนจะหยดุ ลง เมอ่ื วตั ถหุ รือบรเิ วณท้งั สอง มีอุณหภูมิเทา่ กนั พลงั งานความร้อนสามารถสง่ ผ่านจาก
วัสดุทหี่ นึ่งไปส่วู สั ดอุ ีกแห่งหนึ่งได้ 3 วิธี
3.2.1 การนาความรอ้ น เปน็ การส่งผา่ นพลังงานความร้อนต่อ ๆ กนั ไปในเนื้อ ของตัวกลาง โดย
ตัวกลางไม่ไดม้ ีการเคล่ือนที่ แตค่ วามร้อนจะค่อย ๆ แผ่กระจายไปตามเนื้อ วตั ถุน้นั ซึง่ การนาความรอ้ น เป็น
ปรากฏการณส์ ง่ ผา่ นความรอ้ นของวสั ดุ จากบริเวณทมี่ ี อุณหภูมิสงู ไปยังบรเิ วณทมี่ ีอณุ หภูมิตา่ เชน่ กรณที ่ผี ู้เรยี น
จับชอ้ นโลหะท่แี ช่อยู่ในถว้ ยแกง รอ้ น ๆ แล้วจะรสู้ ึกว่าท่ีปลายชอ้ นโลหะทจ่ี บั นั้นจะร้อนด้วย ท้งั นี้เพราะโลหะเป็น
ตวั นา ความรอ้ นที่
วสั ดทุ ่นี าความรอ้ นสามารถถ่ายโอนความรอ้ นไดด้ ี เรียกวา่ ตัวนาความรอ้ น เชน่ เงนิ ทองแดง
ทองคา ทองเหลอื ง อะลูมเิ นยี ม เหลก็ ดบี ุก เปน็ ตน้ ส่วนวัสดุทีค่ วามร้อนถา่ ยโอน ผา่ นได้ไม่ดี เรยี กวา่ ฉนวนความ
ร้อน เช่น แกว้ ไม้ กระดาษ พลาสติก ผ้า กระเบ้ือง เปน็ ตน้

ภาพวัสดนุ าความนาและฉนวนความรอ้ น

3.2.2 การพาความร้อน เปน็ การสง่ ผา่ นความร้อน โดยตวั กลางรับความร้อน จากบริเวณหน่งึ
แลว้ เคลอ่ื นที่พาความร้อนไปยงั อกี บรเิ วณหนึ่ง เช่น พดั ลมพัดผา่ นตวั เราแลว้ พา ความรอ้ นออกไป จงึ ทาให้เรารสู้ กึ
เย็นสบาย

3.2.3 การแผร่ ังสีเป็นพลังงานความรอ้ นทส่ี ามารถเดินทางจากทแ่ี ห่งหนงึ่ ไปสู่ ท่อี กี แห่งหนง่ึ โดย
ไม่ต้องมตี วั กลาง เชน่ ความรอ้ นจากดวงอาทติ ย์เดนิ ทางมาถงึ โลกของเรา ในรปู ของคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า

3.3 สมบตั ทิ างไฟฟ้า ประกอบดว้ ย การน าไฟฟ้าของวสั ดุ เปน็ สมบตั ิในการยอมให้ กระแสไฟฟ้าผา่ นได้
วสั ดทุ ่ีกระแสไฟฟา้ ผา่ นไดด้ ี เรยี กวา่ ตวั นาไฟฟา้ เช่น เงิน ทองแดง เหล็ก อะลมู เิ นียม วัสดุท่ีกระแสไฟฟา้ ผา่ นได้ไม่
ดี เรียกว่า ฉนวนไฟฟ้า เช่น ไม้ พลาสติก ผา้