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Propriedades Elétricas e Térmicas dos Materiais Alunos: Igor Adriano Izabeli Barros Naomi França Victor Lucas Camila Reis Introdução Propriedades térmicas Condutividade Térmica transmitir mais ou menos calor Ag, Cu, Al, latão, Zn, aço e Pb Dilatação coeficiente de dilatação térmica Linear superficial volumétrico Introdução Propriedades Elétricas Condutividade Elétrica Transporte de cargas elétricas Condutores Isolantes Metais Os metais possuem muitas propriedades características dependem do tipo da estrutura e do tipo de ligação dos metais. Retículos cristalinos Cada átomo fica circundado por 8 ou 12 outros átomos Nuvem de elétrons livres Condutividade Elétrica Condutividade Térmica Ponto de Ebulição CERÂMICAS Compostos entre elementos metálicos e não-metálicos óxidos, nitretos e carbetos. Minerais de argilas, cimento e vidro Materiais são tipicamente isolantes de eletricidade e calor Mais resistentes a altas temperaturas e ambientes rudes Duras e Frágeis CERÂMICAS Propriedades Térmicas Capacidade Calorífica (c) ou capacidade Térmica 1º C. [cal/g ºC] depende de variáveis internas aos materiais energia rotacional e vibracional dos átomos mudanças de níveis energéticos dos elétrons Fator que mais influencia é a porosidade já que muitos cerâmicos maciços tem comportamento semelhante em relação à capacidade térmica CERÂMICAS Propriedades Térmicas Condutividade Térmica Taxa de fluxo calórico que atravessa o material cal/s/cm2/ºC/cm ou W/mK. Transmissão de energia térmica é realizada por “fonons” fonons são a quantificação da energia térmica transmitida pela vibração térmica da estrutura interna, ou designa um quantum de vibração em um retículo cristalino rígido. CERÂMICAS Fatores que afetam a condutividade térmica dos cerâmicos Pesos atômicos Materiais cerâmicos com menor pesos atômicos e compostos de átomos com pesos atômicos próximos apresentam melhor condutividade. Efeito da temperatura Em cerâmicos maciços (poucos porosos) a condutividade diminui com o aumento de temperatura (menor caminho livre médio). Em cerâmicos muito porosos aumenta com a temperatura (aumenta a parcela de transmissão por radiação através dos poros Efeito da porosidade Quanto maior a porosidade menor a condutividade térmica. CERÂMICAS Fatores que afetam a condutividade térmica dos cerâmicos. Influência da formação de solução sólida na condutividade. Quanto maior o percentual solubilizado menor a condutividade térmica. Influência da presença de impurezas na condutividade térmica. Quanto maior o percentual de impurezas pior a condutividade. Expansão térmica. Depende da força (energia) das ligações químicas, sendo inversamente proporcional. Logo as cerâmicas predominantemente covalentes são as que apresentam menor expansão térmica sofrendo menos problemas com choques térmicos CERÂMICAS Propriedades Elétricas Maioria são Isolantes; Alguns são semi-condutores; Poucos são condutores. Condutividade Elétrica É determinada pelo número de transportadores de cargas (“n”), carga transportada por cada carregador (“q”) e a mobilidade das espécies transportadoras (“m”), ou “carregadores”. CERÂMICAS Propriedades Elétricas Condutividade Eletrônica Banda de energia está vazia ou cheia a condutividade eletrônica é zero. Banda parcialmente preenchida é chamada de banda de condução. Também aparece em alguns cerâmicos óxidos de metais de transição (ReO3, CrO2, TiO e VO). Nos isolantes e semi-condutores existe um “GAP” de energia entre a camada mais externa preenchida por elétrons “GAP” impede o fluxo de elétrons entre a banda de valência e de condução, não havendo condução eletrônica. ISOLANTES: O “GAP” é muito grande e os elétrons não saltam. SEMI-CONDUTORES: O “GAP” é pequeno e os elétrons podem saltar em alta temperatura e alta voltagem.). CERÂMICAS Propriedades Elétricas Fatores que afetam a condutividade elétrica dos cerâmicos. Influência da temperatura Com a elevação da temperatura a condutividade diminui Condutividade Iônica O transportador da carga elétrica é o íon Em geral ocorre nas cerâmicas ligadas ionicamente. Os íons estão presos pela rede cristalina e pelas ligações químicas e para moverem-se necessitam de: Alta temperatura (alta vibração térmica e defeitos) Defeitos de ponto (interstícios vazios e vazios na rede) Polímeros Termoplásticos Se amolecem quando aquecidos (e eventualmente se liquefazem) e se endurecem quando resfriados - processos que são totalmente reversíveis e podem ser repetidos. Aplicação simultânea de calor e pressão. Degradação irreversível Termorrígidos Se tornam permanentemente duros quando calor é aplicado e não se amolece no subsequente aquecimento ligações cruzadas Polímeros As ligações químicas são responsáveis pelas propriedades de condução ou não dos materiais polímero só se torna um condutor Processo de dopagem Oxidação Redução Característica principal Polímeros semicondutores Mudança das propriedades óptica e elétrica Eletrocromismo As propriedades eletrônicas, singulares aos polímeros eletrônicos, advêm do fato de existir ao longo da cadeia principal a alternância de ligações simples e duplas (polímeros conjugados). Polímeros Os polímeros semicondutores flexibilidade e facilidade de processamento propriedades ópticas e elétricas Eles tornam realidade várias aplicações que seriam impossíveis com outros materiais Revestimentos anticorrosivos Baterias ultraleves Dispositivos optoeletrônicos flexíveis (lasers, monitores de vídeo coloridos, fotocélulas e fotodetectores de grande área, janelas de transparência controlada, papel de parede luminoso, etc). Obrigado pela Atenção!
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