CIENCIAS DOS MATERIAIS TRABALHO NR 04 12.9 (a) Liste as quatro classificaes dos aos.(b)Paracadaumadessasclassificaes,descrevasucintamenteassuaspropriedadeseaplicaes tpicas. Baixo Carbono Propriedades:semrespostaatratamentosdecalor;relativamentemaciosefracos;usinada e soldveis. Aplicaes tpicas: carrocerias de automveis, formas estruturais, tubulaes, edifcios, pontes e latas. Os aos Propriedades:tratveltermicamente,combinaesrelativamentegrandesdecaractersticasmecnicas. Aplicaes tpicas: rodas ferrovirias e trilhos, engrenagens, virabrequins e peas de mquinas. Alto Carbono Propriedades: duro, forte, e relativamente frgil. Aplicaes tpicas: cinzis, martelos, facas, lminas de serra tico-tico. Aos de Alta Liga (ao e ferramenta) Propriedades:duroseresistentesaodesgaste;resistentescorrosoemumagrandevariedadedeambientes. Aplicaes tpicas: ferramentas de corte, brocas, talheres, processamento de alimentos e instrumentos cirrgicos. 12.10(a) Cite trs razes devido s quais as ligas ferrosas so usadas to amplamente. (b) Cite trs caractersticas das ligas ferrosas que limitam a sua utilizao. (a) ligas ferrosas so usados extensivamente porque: 1) Minrios de ferro existem em quantidades abundantes. 2) A extrao econmica, refino e tcnicas de fabricao esto disponveis. 3) As ligas podem ser adaptados para ter uma ampla gama de propriedades. (b) As desvantagens de ligas ferrosas so: 1) Eles so suscetveis corroso. 2) Tm uma densidade relativamente elevada. 3) Eles tm relativamente baixos de condutividade eltrica. 12.11Expliquesucintamenteporqueosaosinoxidveisferrticoseaustenticosnopodemsertratados termicamente. Ferrticos e aos inoxidveis austenticos no so tratveis termicamente uma vez "tratvel termicamente" tomado para significar que martensite podem ser feitas para formar com relativa facilidade sobre tmpera austenite a partir de uma temperatura elevada. Paraosaosinoxidveisferrticos,austenitenoseformamapsaquecimento,e,portanto,atransformao austenita-a-martensite no possvel. Paraosaosinoxidveisaustenticos,ocampodefaseaustenitaestende-seatemperaturastobaixasquea transformao martenstica no ocorre. 12.12 Qual a funo dos elementos de liga nos aos-ferramenta? Oselementos deligaem aos-ferramenta(por exemplo, Cr,V, W,e Mo)combinam-se como carbonopara formar compostos muito duros e resistentes ao desgaste do metal duro. 12.15 Compare os ferros fundidos cinzento e malevel em relao a: (a) Com relao composio e tratamento trmico: Ferro cinzento - 2,5 para 4,0% em peso de C e 1,0-3,0% em peso de Si. Para a maioria dos ferros cinzentos no h calor tratamento aps a solidificao. Ferro malevel -2,5para4,0%em peso de C e menos de1,0% em peso de Si. Ferro branco aquecidonum no oxidante, em uma temperatura entre 800 e 900C durante um perodo de tempo prolongado. (b) Com relao microestrutura: Ferro fundido cinzento - flocos de grafite so incorporados em uma matriz de ferrita ou perlita. Ferro malevel - aglomerados de grafite so incorporados em uma matriz de ferrita ou perlita. (c) Com relao s caractersticas mecnicas: Ferrofundidocinzento-relativamentefracoequebradioemtenso;boacapacidadedeamortecimentode vibraes. Ferro malevel - fora moderada e ductilidade. 12.17 Compare os ferros fundidos branco e nodular em relao a: (a) No que respeita composio e tratamento trmico: Brancodeferro-2,5para4,0%empesodeCemenosde1,0%empesodeSi.Nenhumtratamentodecalor,no entanto, resfriamento rpido durante a solidificao. Ferro fundido nodular - 2,5 para 4,0% em peso de C, 1,0 a 3,0% em peso de Si, e uma pequena quantidade de Mg ou Ce. Um tratamento trmico a cerca de 700C pode ser necessrio para produzir uma matriz ferrtica. (b) No que diz respeito microestrutura: Ferro branco - H regies da cementita intercalados dentro de perlita. Ferro fundido nodular - ndulos de grafite so incorporados em uma matriz de ferrita ou perlita. (c) Com relao s caractersticas mecnicas: Ferro Branco - Extremamente duro e quebradio. Ferro fundido nodular - fora moderada e ductilidade. 12.20 Qual a diferena principal entre um lato e um bronze? Ambos os metais e bronzes so o cobre, ligas de base.Para lato, na liga principal o elemento de zinco, enquanto que os bronzes so ligados com outros elementos tais como o alumnio, estanho, silcio, ou nquel. 12.21 Porque os rebites feitosa partir de umaliga de alumnio 2017 devem serrefrigeradosantes de serem usados? Rebites de uma liga de alumnio 2017 tem de ser refrigeradoantes de serem usadas porque, depois de ser tratado termicamente, na precipitao eles endurecerem temperatura ambiente.Uma vez feito a precipitao e endurecido, eles so muito forte e quebradio a ser conduzido. 12.24 Diga quais as propriedades que distinguem, as limitaes, e as aplicaes para os seguintes grupos de ligas: ligas de titnio, metais refratrios, superligas e metais nobres. ligas de titnio Caractersticas distintivas: densidade relativamente baixa, temperaturas de fuso elevadas, e as foras elevadas so possveis. Limitao:porcausadareactividadequmicacomoutrosmateriaisatemperaturaselevadas,estasligassocaros para refinar. Aplicaes: estruturas de aeronaves, veculos espaciais, e em qumica e petrleo indstrias. Metais refratrios Caractersticasdistintivas:temperaturasdefusoextremamenteelevados;grandeelsticomdulos,durezase pontos fortes. Limitao: alguma oxidao experincia rpida a temperaturas elevadas. Aplicaes:matrizesdeextruso,peasestruturaisdeveculosespaciais,luzincandescente filamentos, x-ray tubos, e eletrodos de solda. superligas Entreascaractersticasdistintivas:capazesdesuportaraltastemperaturaseatmosferasoxidantespara longos perodos de tempo. Aplicaes: turbinas de aeronaves, reatores nucleares e equipamentos petroqumicos. Metais nobres Caractersticas distintivas: Altamente resistente oxidao, especialmente a temperaturas elevadas; macio e dctil. Limitao: muito caro.Aplicaes: jias, material de restaurao dentria, moedas, catalisadores e termopares. TRABALHO NR 05 5.1Descrevadeformabrevecadaumdostiposdecermicasqueaparecemnaclassificaomostradana figura 14.1 (figure 13.6) e exemplifique cada um deles com produto comercial encontrados na internet. Vidros-Materiaisvtreossensveisaalteraesnatemperatura.Osmateriaisvtreos,ouno-cristalinos,nose solidificam do mesmo modo que os materiais cristalinos. Mediante o resfriamento e com a diminuio da temperatura, umvidrosetornacontinuamentemaisemaisviscoso;noexisteumatemperaturadefinidanaqualolquidose transforma em um slido, como ocorre com os materiais cristalinos. A maioria dos vidros comerciais do tipo slica-soda-cal; a slica geralmente suprida na forma de areia de quartzo comum, enquanto o Na20 e o CaO so adicionados como soda barrilha (Na2CO3) e calcrio (CaCO3). Ex: Garrafas, Vasilhames, Frascos, para-brisas de veculos. Produtos Argilosos - Uma das matrias-primas cermicas mais amplamente utilizadas a argila. Esse ingrediente muito barato, encontrado naturalmente e em grande abundncia, usado frequentemente na forma como extrado, sem qualquer melhoria na sua qualidade. Uma outra razo para a sua popularidade reside na facilidade com que os produtosbasedeargilapodemserconformados;quandomisturadosnasproporescorretas,aargilaeagua formam uma massa plstica que muito suscetvel a modelagem. Ex1:Osprodutosestruturaisbasedeargilaincluemostijolosdeconstruo,osazulejoseastubulaesde esgoto, ou seja, aplicaes onde a integridade estrutural importante.

Ex2:Osmateriaiscermicosqueincluemaslouasbrancassetornambrancosapsumcozimentoauma temperatura elevada. Esto includos nesse grupo porcelanas, louas de barro, louas para mesa, loua vitrificada e acessrios para encanamento (louas sanitrias). Almdaargila,muitosdessesprodutoscontmtambmingredientesno-plsticosqueinfluenciamtantoas alteraes que ocorrem durante os processos de secagem e cozimento como as caractersticas da pea acabada. Refratrios-Umaoutraclasseimportantedemateriaiscermicosutilizadosemlargaescalasoascermicas refratrias.Aspropriedadescaractersticasdessesmateriaisincluemacapacidadederesistiratemperaturas elevadassemfundiroudecompor,eacapacidadedepermanecerno-reativoeinertequandosoexpostosa ambientesseveros,ahabilidadeparaproporcionarisolamentotrmicocomfrequnciaumaconsiderao importante. Ex:Osmateriaisrefratriossocomercializadosemumagrandevariedadedeformas,masostijolossoaforma maiscomum.Dentreassuasaplicaestpicas,podemoscitarrevestimentosdefornosparaorefinodemetais,a fabricao de vidro, tratamento trmico metalrgico e a gerao de energia. Obviamente,odesempenhodeumacermicarefratriadependeemgrandepartedasuacomposio.Combase nisso, existem vrias classificaes, quais sejam: argila refratria, slica, bsica, e refratrios especiais. Abrasivos - Cermicas abrasivas so usadas para desgastar por abraso, esmerilhar ou cortar outros materiais que sejamnecessariamentemaismoles.Portanto,aexignciaprincipalparaessegrupodemateriaisadurezaou resistnciaaodesgaste,almdisso,umelevadograudetenacidadeessencialparaassegurarqueaspartculas abrasivas no sejam fraturadas com facilidade. As demais, podem ser produzidas em altas temperaturas a partir das foras abrasivas de atrito, de modo tal que so desejveis algumas propriedades refratrias. Ex:Os diamantes, tanto naturais como sintticos, so utilizados como abrasivos; entretanto, eles so relativamente caros. Os materiais cermicos abrasivos mais comuns incluem o carbeto de silcio, o carbeto de tungstnio (WC), o oxido de alumnio (ou corndon) e a areia de slica. Cimentos-Quando misturados com gua, os cimentos inorgnicos formam uma pasta capaz de assumir qualquer forma desejada. A subseqente pega ou endurecimento do cimento resultado de reaes qumicas que envolvem as partculas de cimento e que ocorrem temperatura ambiente. No caso de cimentos hidrulicos, dentre os quais o cimento portland o mais comum, a reao qumica uma reao de hidratao. Cermicaavanado-Muitasdasnossastecnologiasmodernasempregamecontinuaroaempregarmateriais cermicosavanadosdevidossuasexclusivaspropriedadesmecnicas,qumicas,eltricas,magnticaseticas, bemcomodevidossuascombinaesdepropriedades.Astcnicasdecaracterizao,processamentoe confiabilidadedosmateriaiscermicosavanadosprecisamserdesenvolvidasparatornaressesmateriaismais viveis em termos de custo. Ex:As cermicas avanadas so empregadas para fins eletroeletrnicos e estruturais, como: ferramentas de corte, matrizes de extruso, isoladores de velas de ignio, turbinas automotivas, mancais de rolamento, pistes e outros. Outrareadealtatecnologiaadaaplicaodabiocermicanamedicina(porexemplo,materiaiscermicos estruturaisparaimplantes).Sotambmdenominadasdecermicadealtodesempenho,cermicafinaoudealta tecnologia. 5.2 Explique cada um dos pontos especficos da escala de viscosidade para vidros que aparece na figura 14.4 (figure 14.16). O ponto de recozimento que a temperatura qual a viscosidade do vidro de 10 Pa-s (10P). A partir da tabela, estas temperaturas passa por vrios estgios como se segue: vidroTemperatura de recozimento Soda - cal500C (930F) borosilicato570C (1060F) Slica 96%930C (1705F) slica fundida1170C (2140F) 5.3 Descreva de forma breve as principais caractersticas dos tipos de plsticos que aparecem na tabela 16.3 (table 13.12) e exemplifique cada um deles com produto comercial encontrado na internet. Acrilonitrila-butadieno-estirenoexcepcionalresistnciaetenacidade,resistenteadistorotrmica;boas propriedades eltricas; inflamvel e solvel em alguns solventes orgnicos. Ex:revestimentosderefrigeradores,equipamentosparagramaejardim,brinquedos,dispositivosdeseguranaem autoestradas Acrlicos(polimetilmetacrilato)excepcionaltransmissodeluzeresistnciaasintempries;propriedades mecnicas apenas regulares. Ex: lentes, recipientes transparentes de aeronaves, equipamentos de desenho, cartazes de rua Fluorocarbonosquimicamenteinertesemquasetodososambientes,excelentespropriedadeseltricas;baixo coeficiente de atrito, podem ser usados a at 260 c (500 F), relativamente fracos e propriedades de escoamento a frio ruins. Ex:vedaesanticorrossivas,valvulasetubulaesparaprodutosquimicos,mancais,revestimentosantiadesivos, peas de componentes eletronicos para operao a altas temperaturas.Osderivados de fluorocarbono pode atuar como fluoropolmeros, fluidos refrigerantes, solventes, anestsicos, fluorosurfactantes e depletores do oznio. Poliamidas(nilons)boaresistenciamecanica,resistenciaabrasoetenacidade,baixocoeficientedeatrito, absorvem gua e alguns outros liquidos. Ex: mancais, engrenagens, cames, buchas, cabos e puxadores, e revestimentos para fios e cabos. A poliamida um termoplstico que tambm conhecido pornylone pela sigla PA.As poliamidas possuem vrias denominaes que variam com as propriedades especificas de uso final desejado. Policarbonatosdimensionalmenteestveis;baixaabsorodegua;transparentes;resistnciaaoimpactoe ductilidade muito boa; a resistencia quimica no excepcional. Ex: capacetes de segurana, lentes, globos de luz, bases paraFilmes fotograficos. Polietilenoquimicamenteresistenteeisolanteeltrico,duroecoeficientedeatritorelativamentebaixo;baixa resistencia e resistencia a intemperies ruim. Ex: garrafas flexeiveis, tambores, peas de baterias, bandeja de gelos, materiais para peliculas de embalagem. Polipropilenoresistenteadistorodecalor;excelentespropriedadeseltricaseresistenciaafadiga; Quimicamente inerte; relativamente barato; resistencia ruim a luz ultravioleta; Ex: Garrafas esterilizveis, pelicula para embalagens, gabinetes de televisores, malas de bagagem. Poliestirenopropriedadeseltricaseclarezaoticaexcelentes;boaestabilidadetrmicaedimensional; relativamente barato. Ex: azulejos de paredes, caixa de baterias, brinquedos, painis de iluminao interna, carcaas de instrumentos. Vinisbonsmateriaisdecustoreduzidoparausogeral,normalmenterigidos,maspodemserfeitosflexiveispela adio de plastieizantes, frequentemente copolimerizados, suscetiveis a distoro trmica. Ex: revestimentos de pisos, tubulaes, isolamento trmico de fios, mangueiras de jardim, discos fotograficos.

5.4 Descreva de forma breve as principais caractersticas dos tipos de elastmeros que aparecem na tabela 16.4 (table 13.13) e exemplifique cada um deles com produto comercial encontrado na internet.Problemas referentes ao captulo sobre Compsitos. So problemas do livro. (Cap 17) Poli-isoprenonaturalexcelentespropriedadesfsicas,boaresistnciaaocorte,aoentalheeaabraso,baixa resistncia ao calor, ao oznio e ao leo, boas propriedades eltricas. Ex: pneus e tubos, biqueiras e solas, juntas e gaxetas Copolmero(estireno-butadieno)boaspropriedadesfsicas,excelenteresistnciaaabraso,nopossui resistncia a leo, oznio ou ao tempo, propriedades eltricas boas, porem no excepcionais. Ex: pneus e tubos, biqueiras e solas, juntas e gaxetas Copolmero (acrilonitrila-butadieno) excelente resistncia a leos vegetais, animais e de petrleo, propriedades ruins a baixas temperaturas, propriedades eltricas no so excepcionais. Ex: mangueiras para gasolina, para produtos qumicos e para leo; vedaes e o-rings, biqueiras e solas. Cloroprenoexcelenteresistnciaaooznio,aocaloreasintempries;boaresistnciaaoleo,excelente resistncia a chamas; no to bom em aplicaes eltricas como borracha natural. Ex: fios e cabos; revestimentos de tanques para produtos qumicos; correias, mangueiras, vedaes e gaxetas. Polissiloxanoexcelenteresistnciaatemperaturasaltasebaixas,baixaresistncia;excelentespropriedades eltricas. EX:isolantetrmicoparatemperaturasaltasebaixa,vedaes,diafragmas,tubosparausocomalimentosepara fins medicinais. 17.1 Cite a diferena geral entre os mecanismos de aumento de resistncia para compsitos reforados com partculas grandes e compsitos reforados com partculas que tm o aumento de resistncia por disperso. Aprincipaldiferenaentreoreforomecanismodapartculagrandeedispersodepartculasreforadade compsitos reforados que, paragrandepartculaas interaesde partculasde matriznoso tratadasno nvel molecular, ao passo que, para a disperso-reforo estas interaes so tratadas no nvel molecular . 17.2 As propriedades mecnicas do alumnio podem ser melhoradas pela incorporao de partculas finas de xidodealumnio(Al2O3).Sabendo-sequeosmdulosdeelasticidadeparaessesmateriaisso, respectivamente, 69 GPa (10 X 106 psi) e 393 GPa (57 X 106 psi), plote o grfico (sete pontos so suficientes paracadalimite)domdulodeelasticidadeemfunodovolumepercentualdeAl2O3noAlentre0e 100%vol, usando as expresses (17.1) e (17.2) [expressions (15.1) e (15.2)] para os limites superior e inferior. 17.6(a)Qualadistinoentreasfasesmatrizedispersaemummaterialcompsito?(b)Compareas caractersticas mecnicas das fases matriz e dispersa para compsitos reforados com fibras. (a) A fase de matriz uma fase contnua que rodeia o contnuo no dispersa fase. (b) De um modo geral, a fase de matriz relativamente fraca, tem um baixo mdulo elstico, mas bastante dctil. Por outro lado, a fase de fibra normalmente bastante forte, duro, e quebradios. 17.7 (a) Qual a distino entre cimento e concreto? (b) Cite trs limitaes importantes que restringem o uso do concreto como material estrutural.(c) Sucintamente, explique trs tcnicas utilizadas para aumentar a resistncia do concreto por reforo. (a) Concreto constitudo por um agregado de partculas que so ligados por um cimento. (b) Trs limitaes de concreto so:1) um material relativamente frgil e quebradio,2) experimenta relativamente grandes expanses trmicas (contraes) com alteraes de temperatura e;3)podeestalarquandoexpostosaciclosdecongelamento-descongelamento. (c) Trs tcnicas de reforo de concreto so:1) o reforo com fios de ao, varetas, etc,2) o reforo com fibras finas de um material de mdulo elevado, e3 ) introduo de tenses de compresso residual por pr-esforo ou ps-tensionamento. 17.8Paraumcompsitoreforadocomfibrasdematrizpolimrica,(a)listetrsfunesdafasematriz;(b) compareascaractersticasmecnicasdesejadasparaasfasesmatrizefibra;e(c)citeduasrazespelas quais deve existir uma ligao forte entre a fibra e a matriz na sua interface. (a) Trs funes da fase de polmero de matriz so: 1) para ligar as fibras em conjunto de modo que a tenso aplicada distribudo entre as fibras; 2) a proteger a superfcie das fibras a partir de serem danificados, e 3) para separar as fibras e inibir a propagao de fissuras. (b)Afasedematriztemdeserdctilegeralmenterelativamentemacio,enquantoqueafasedefibradeveser rgida e forte. (c) deve haver uma forte ligao interfacial entre a fibra e matriz, a fim de: 1) maximizar a transmitncia tenso entre a matriz e as fases de fibras;2) minimizar a saida da fibra, e a probabilidade de fracasso. 17.12 Dizer se possvel produzir um compsito commatriz epxi e fibras aramidas contnuas e orientadas que possua mdulos deelasticidade longitudinale transversal de 57,1 GPa (8,28 X106psi)e4,12GPa (6X 105 psi), respectivamente. Por que isso ou no possvel? Admita que o mdulo de elasticidadedo epxi de 2,4 GPa (3,50 X 105 psi). Esteproblemapede-nosdeterminarsepossvelproduzirumaaramidacontnuaeorientadadefibraepoxi-compsitocommatrizdetermduloslongitudinaisetransversaisdeelasticidadede57,1GPae4,12GPa, respectivamente, uma vez que o mdulo de elasticidade para o epxi de 2,4 GPa. Alm disso, a partir da Tabela 17,4 o valor de E para fibras de aramida 131 GPa. A abordagem para resolver este problemaconsisteemcalculardoisvaloresdeVfusandoosdadoseEquaes(17.10b)e(17,16);seelessoos mesmos, em seguida, este composto possvel. Para o mdulo de elasticidade longitudinal ECL, Ecl = Em[1 - Vfl] + EfVfl 57.1 GPa = (2.4 GPa)[1 - Vfl] + (131 GPa)Vfl Resolvendo esta expresso para a produo Vfl Vfl = 0,425. Agora, repetindo este procedimento para o mdulo transversal Ect ResolvendoestaexpressoparaVFTlevaaVFT=0,425.Assim,umavezqueVfleVFTsoiguais,ocomposto proposto possvel. 17.14Paraumcompsitoreforadocomfibrascontnuaseorientadas,osmdulosdeelasticidadenas direes longitudinal e transversal so de 19,7 e 3,66 GPa (2,8 X 106e 5,3 X 105 psi), respectivamente. Se a frao volumtrica das fibras de 0,25, determine os mdulos de elasticidade das fases fibra e matriz. E Resolvendo essas duas expresses simultaneamente para Em Ef e leva a 17.16 Em um compsito de nilon 6,6, reforado com fibras de vidro contnuas e alinhadas, as fibras devem suportar 94% de uma carga aplicada na direo longitudinal. (a) Usando os dados fornecidos na tabela abaixo, determine a frao volumtrica de fibras que necessria. Agora, Substituindo pela E f e E m E, para resolver os rendimentos Vf, Vf = 0,418. (b) Qual ser o limite de resistncia trao deste compsito? Considere que a tenso na matriz no momento da falha da fibra seja de 30 MPa (4350 psi). (b) Estamos agora pediu a resistncia traco do presente composto. A partir da Equao (17,17), vez que os valores para sf * (3.400 MPa) e sm '(30 MPa) so dadas no enunciado do problema. 17.24 (a) Liste quatro razes pelas quais as fibras de vidro so mais comumente utilizadas como reforo. (b) Por que a perfeio da superfcie das fibras de vidro to importante? (c) Quais medidas so tomadas para proteger a superfcie das fibras de vidro? (a) As quatro razes pelas quais as fibras de vidro so mais comumente utilizados para reforo esto listados abaixo: 1. facilmente estirado na forma de fibras de alta resistncia a partir do seu estado fundido.2.ummaterialamplamentedisponvelepodeserfabricadoeconomicamenteparaformarumplsticoreforado com vidro, empregando-se uma ampla variedade de tcnicas de fabricao de materiais compsitos.3. Como uma fibra, ele relativamente forte, e quando se encontra no interior de uma matriz de plstico produz um compsito que possui resistncia especfica muito alta.4.Quandoassociadocomdiferentesplsticos,elepossuiumainrciaqumicaquetornaocompsitotilpara aplicao em meio a uma variedade de ambientes corrosivos. (b) A perfeio superfcie de fibras de vidro importante porque defeitos na superfcie ou fissuras actuar aspoints de concentrao de tenses, o que ir reduzir drasticamente a resistncia traco do material. (c)Devesertomadocuidadoparanoesfregarouabrasodasuperfcieapsasfibrassoextradas.Comouma proteco surfasse, as fibras de recm-extradas so revestidos com uma pelcula de superfcie de proteco. 17.25 Cite a distino entre o carbono e a grafita. "Graphite" carbono cristalino tendo a estrutura mostrada na Figura 13,17, enquanto "carbono" ser constitudo por um material no cristalino, bem como reas de desalinhamento cristal. 17.32 (a) Descreva sucintamente os painis em sanduche.(b) Qual a razo principal para fabricao desses compsitos estruturais? (a) painis de sanduche so constituda por duas folhas de face exterior de um material de alta resistncia que so separadosporumacamadadeummaterialdencleomenosdensaebaixafora. (b) A razo principal para a fabricao desses compostos produzir estruturas para resistir a alta foras de um avio, alta rigidez de cisalhamento, e densidades baixas. TRABALHO NR 06 19.20 Um fio metlico cilndrico com 2 mm (0,08 pol.) de dimetro exigido para conduzir uma corrente de 10 A com uma queda mnima de voltagem de 0,03 V por p (300 mm) de fio. Quais dos metais e ligas listados na Tabela 19.1 so possveis candidatos? Assim, a partir da Tabela 19.1, apenas alumnio, ouro, cobre, prata e so candidatos. 19.55 Em suas prprias palavras, explique o mecanismo segundo o qual a capacidade de armazenamento de cargas aumentada pela insero de um material dieltrico entre as placas de um capacitor. Um material dieltrico um material que isolante eltrico (no-metlico) e exibe ou pode ser feito para exibir uma estruturadedipoloeltrico;isto,existeumaseparaodasentidadeseletricamentecarregadaspositivase negativasemumnvelmolecularouatmico.Comoresultadodeinteraesdipolocomoscamposeltricos,os materiais dieltricos so utilizados em capacitores. 19.63 Voc esperaria que as dimenses fsicas dos materiais piezoeltricos tais como o BaTiO3, mudassem quando ele fosse submetido a um campo eltrico? Por que sim, ou por que no?II - Problemas referentes ao captulo sobre Propriedades Trmicas. (Cap 20) Sim, as dimenses fsicas de um material piezoelctrico, tais como BaTiO3 mudana quando ele submetido a um campo elctrico. Como observado na Figura 19.34, uma tenso (ou campo elctrico) gerado quando as dimenses deummaterialpiezoelctricosoalterados.Serialgicoparaesperarqueoefeitoinversoparaocorrer-isto, colocando o material dentro de um campo elctrico far com que as suas dimenses fsicas para mudar. 20.7Umatirabimetlicaconstrudaapartirdetirasdedoismetaisdiferentesqueestoligadosaolongo dosseuscomprimentos.Expliquecomotaldispositivopodeserusadoemumtermostatopararegulara temperatura. Os dois metais a partir da qual uma tira bimetlica construdo tm diferentes coeficientes de expanso trmica. Por conseguinte,umamudananatemperaturafarcomqueatiradesedobrar.Paraumtermostatoqueoperanum forno,talcomoatemperaturacaiabaixodeumlimiteinferior,ascurvasdetirasbimetlicasdemodoafazerum contacto elctrico, assim, ao ligar o forno. Com a temperatura subir, as curvas de tiras no sentido oposto, quebrando o contacto (e rodando o forno desligado) quando uma temperatura superior limite excedido. 20.14Atquetemperaturaumbastocilndricodetungstniocom10,000mmdedimetroeumaplacade ao inoxidvel 316 com um orifcio circular de 9,988 mm de dimetro devem ser aquecidos para que o basto se ajuste exatamente no interior do furo? Considere que a temperatura inicial seja de 25C. Agora resolvendo para Tf d Tf = 129,5 C 20.18(a)Acondutividadetrmicadeumaamostradeimonocristalligeiramentemaiordoqueaquela apresentada por uma amostra policristalina do mesmo material. Por que este o caso? (b)A condutividade trmica de um ao carbono simples maior do que a de um ao inoxidvel. Por que esse o caso?III - Problemas referentes ao captulo sobre Propriedades Magnticas. (Cap 21) (a) A condutividade trmica de um cristal nico maior do que um espcime policristalino do mesmo material, porque ambasasfnonseelectreslivressodispersosemlimitesdegro,diminuindoassimaeficinciadotransporte trmico. (b)Acondutividadetrmicadeumao-carbonosimplesmaiordoqueparaumaoinoxidvel,porqueoao inoxidveltemconcentraesmuitomaiselevadasdeelementosdeliga.tomosdesteselementosdeligaservir como dispersando centros para os electres livres que esto envolvidas no processo de transporte trmico. 21.12 Cite as principais semelhanas e diferenas entre os materiais ferromagnticos e ferrimagnticos. As semelhanas entre os materiais ferromagnticos e ferrimagntico so como se segue: Existe uma interao de ligao entre momentos magnticos dos tomos adjacentes / caties para ambos os tipos de materiais. Ambos formam domnios.Comportamento da histerese BH apresentado para ambos, e, assim, magnetizaes permanentes so possveis. As diferenas entre os materiais ferromagnticos e ferrimagntico so como se segue: Acoplamentomomentomagnticoparaleloparamateriaisferromagnticos,eantiparalelasparaferrimagntico. Ferromagnticos,sendomateriaismetlicos,sorelativamentebonscondutoreseltricos;namedidaemqueos materiaissoferrimagnticoscermica,quesoelectricamenteisolante.Magnetizaesdesaturaosomais elevadas para materiais ferromagnticos. 21.18 Explique por que repetidas quedas de um m permanente sobre o cho iro fazer com que ele se torne desmagnetizado. Repetidamentesoltandoummpermanentenochofarcomqueelesedesmagnetizadoporqueorangervai causar um grande nmero de dipolos magnticos podem ficar desalinhados pela rotao de dipolo. 21.23Citeasdiferenasentreosmateriaismagnticosduroseosmateriaismagnticosmoles,emtermos tanto de seus comportamentos de histerese como das suas aplicaes tpicas.IV - Problemas referentes ao captulo sobre Propriedades ticas. (Cap 22) Emrelaoaocomportamentodahisterese,ummaterialrgidomagnticotemumaremannciaelevada,umaalta coercividade, uma densidade de fluxo de alta saturao, as perdas de energia elevada histerese, e uma baixa inicial permeabilidade;ummaterialmagnticomacio,poroutrolado,temumaelevadapermeabilidadeinicial,umabaixa coercividade, e as perdas de energia de baixa histerese. Noqueserefereaaplicaes,materiaismagnticosdurossoutilizadosparapermanente imans;materiaismagnticosmaciossousadosemdispositivosquesosubmetidosaalternada campos magnticos, como ncleos de transformadores, geradores, motores e dispositivos de amplificador magntico. 22.26(a)Comsuasprpriaspalavras,descrevasucintamenteofenmenodaluminescncia,(b)Quala distino entre a fluorescncia e a fosforescncia? (a)OfenmenodaluminescnciadescritonaSeco22,11naspginas721e722. (b) A caracterstica que distingue fluorescncia a partir de fosforescncia a magnitude do intervalo de tempo entre a absorodefoteseeventosreemission.Afluorescnciatemposdeatrasoparamenosdeumsegundo; fosforescncia ocorre para tempos mais longos. 22.27(a)Comsuasprpriaspalavras,descrevasucintamenteofenmenodafotocondutividade.(b)O semicondutorselenetodezinco,quepossuiumespaamentoentrebandasde2,58eV,seriafotocondutivo quando exposto radiao de luz visvel? Por que sim, ou por que no? (a)Ofenmenodafotocondutividadeexplicadonaseco22,12,napgina722. (b)selenetodezinco,tendoumaaberturadafaixade2,58eV,seriafotocondutor.Afimdeserfotocondutora,os electres devem ser excitado a partir da banda de valncia na banda de conduo pela absoro de radiao de luz. De acordo com a equao (22.16a), a energia mxima diferena de banda para a qual no pode ser de absoro da luz visvel de 3,1 eV; uma vez que a energia da bandapara ZnSe inferior a este valor, fotoinduzidavalncia de banda-a-banda de conduo de electres transies ir ocorrer. 22.29 Com suas prprias palavras, descreva como opera um laser de rubi. Embora existam vrios tipos diferentes de laser, os princpios de operao sero explicados utilizando-se como referncia um laser de rubi em estado slido. O rubi simplesmente um monocristal desafira ao qual foi adicionado um teor de ons de aproximadamente 0,05%. Essesonsconferemaorubiasuacoloraovermelhacaracterstica;aindamaisimportante,eles proporcionam estados eletrnicos essenciais para o funcionamento do laser.O laser de rubi encontra-se na forma de um basto, cujas extremidades so planas, paralelas, e altamente polidas.Ambasasextremidadessofeitasprateadas,demodotalqueumadasextremidadestotalmenterefletiva, enquanto a outra extremidade parcialmente transmissora.O rubi iluminado com a luz proveniente de uma lmpada deflash de xennio.Aemissoespontneainicialdeftonsporunspoucosdesseseltronsoestmuloquedisparauma avalanchedeemissesdosdemaiseltronsnoestadometaestvel.(Dosftonsdirecionadosparalelamenteao longo do eixo do basto de rubi, alguns so transmitidos atravs da extremidade parcialmente prateada; outros, que incidem contra a extremidade totalmente prateada, so refletidos.Osftonsquenosoemitidosnessadireoaxialsoperdidos.Ofeixedeluzviajarepetidamentepara frenteeparatrsaolongodocomprimentodobasto,easuaintensidadeaumentanamedidaemquemais emisses so estimuladas.Aofinal,umfeixedealtaintensidade,coerenteealtamentecolimadodeluzlaser,decurtadurao, transmitidoatravsdaextremidadeparcialmenteprateadadobasto.Essefeixemonocromticodeluzvermelha possui um comprimento de onda de 0,6943 yu,m.Os materiais semicondutores, tais como o arseneto de glio, tambm podem ser usados como lasers que so empregadosemreprodutoresdeCDenamodernaindstriadetelecomunicaes.Umaexignciaparaesses materiais semicondutores a de que o comprimento de onda, A, que est associado energia do espaamento entre bandas. As aplicaes dos lasers so diversas. Uma vez que os feixes de lasers podem ser focados para produzir um aquecimentolocalizado,elessoutilizadosemalgunsprocedimentoscirrgicosetambmparacorte,soldae usinagemdemetais.Oslaserstambmsousadoscomofontedeluzparasistemasdecomunicaotica. Ademais, corno o feixe altamente coerente, ele pode ser utilizado para fazer medies de distncia muito precisas.