Prova Discursiva Materiais Eletricos

Prévia do material em texto

Questão 1/5
As propriedades periódicas são tendências ou características que alguns elementos tem e que marca 
sua localização na tabela periódica. Os elementos químicos são organizados de acordo com suas 
propriedades periódicas e tais propriedades são alteradas de acordo com o número atômico. Cite as 
principais propriedades periódicas, explique de uma maneira geral o que representa cada um delas e
como são identificadas na tabela periódica.
Nota: 0.0
As principais propriedades periódicas são: Raio atômico, Energia de Ionização, Afinidade 
eletrônica, Eletronegatividade, Eletropositividade e Potencial de Ionização.
 
Raio atômico
 
O raio atômico se refere ao tamanho do átomo. Quanto maior o número de níveis, maior será o 
tamanho do átomo. O átomo que possui o maior número de prótons exerce maior atração sobre seus 
elétrons. É a distância do núcleo de um átomo à sua eletrosfera na camada mais externa. Porém, 
como o átomo não é rígido, calcula-se o raio atômico médio pela metade da distância entre os 
centros dos núcleos de dois átomos de mesmo elemento numa ligação química em estado sólido.
 
O raio atômico cresce de cima para baixo na família da tabela periódica, acompanhando o número 
de camadas dos átomos de cada elemento e da direita para a esquerda nos períodos da tabela 
periódica. Quanto maior o número atômico de um elemento no período, maiores são as forças 
exercidas entre o núcleo e a eletrosfera, o que resulta num menor raio atômico.
Energia de Ionização 
Energia de Ionização é a energia necessária para remover um ou mais elétrons de um átomo isolado 
no estado gasoso. O tamanho do átomo interfere na sua energia de ionização. Se o átomo for grande,
sua energia de ionização será menor.
Em uma mesma família a energia aumenta de baixo para cima; Em um mesmo período a Energia de 
Ionização aumenta da esquerda para a direita.
Afinidade eletrônica
Afinidade eletrônica é a energia liberada quando um átomo no estado gasoso (isolado) captura um 
elétron. Quanto menor o raio, maior a sua afinidade eletrônica, em uma família ou período.
A afinidade eletrônica mede a energia liberada por um átomo em estado fundamental e no estado 
gasoso ao receber um elétron. Trata-se da energia mínima necessária para a retirada de um elétron 
de um ânion de um determinado elemento.
A afinidade eletrônica tem comportamento parecido com o da eletronegatividade, já que não tem 
uma forma muito definida no seu crescimento na tabela periódica: cresce de baixo para cima e da 
esquerda para a direita.
Eletronegatividade
Eletropositividade é a tendência de perder elétrons, apresentada por um átomo. Quanto maior for 
seu valor, maior será o caráter metálico. Os átomos com menos de quatro elétrons de valência, 
metais em geral, possuem maior tendência em perder elétrons, por isso, possuem maior 
eletropositividade. Um aumento no número de camadas diminui a força de atração do núcleo sobre 
os elétrons periféricos, facilitando a perda de elétrons pelo átomo e, consequentemente, aumentando
a sua eletropositividade. A eletropositividade cresce da direita para a esquerda nos períodos e de 
cima para baixo nas famílias.
Eletropositividade
Eletropositividade é a tendência de perder elétrons, apresentada por um átomo. Quanto maior for 
seu valor, maior será o caráter metálico. Os átomos com menos de quatro elétrons de valência, 
metais em geral, possuem maior tendência em perder elétrons, por isso, possuem maior 
eletropositividade. Um aumento no número de camadas diminui a força de atração do núcleo sobre 
os elétrons periféricos, facilitando a perda de elétrons pelo átomo e, consequentemente, aumentando
a sua eletropositividade. A eletropositividade cresce da direita para a esquerda nos períodos e de 
cima para baixo nas famílias.
Potencial de Ionização
É a energia necessária para remover um elétron de um átomo isolado no estado gasoso. À medida 
que aumenta o tamanho do átomo, aumenta a facilidade para a remoção de um elétron da camada de
valência. Portanto, quanto maior o tamanho do átomo, menor o potencial de ionização.
 
O Potencial de Ionização mede o contrário da afinidade eletrônica: a energia necessária para retirar 
um elétron de um átomo neutro, em estado fundamental e no estado gasoso. A retirada de elétron na 
primeira vez utilizará uma quantidade de energia maior que na segunda retirada e assim 
sucessivamente.
Material de aula Materiais Elétricos Prof. Herbert à Aula 4 – Bloco 1: Tipos de materiais (slides 24 a
35).
Resposta: 
Questão 2/5
Como são obtidos os diagramas de fases? Apresente quais as técnicas e qual teoria física estão 
embasados os diagramas de fases.
Nota: 0.0
A obtenção de diagramas de fase envolve técnicas sofisticadas como a difração de Raios-X, 
dilatometria e análise térmica, ao passo que a análise de curvas de resfriamento permite obter 
diagramas pouco complexos. Partido de considerações termodinâmicas, J. W. Gibbs estabeleceu a 
regra das fases: P+F=C+2, onde P é o número de fases que coexistem no sistema; F é o grau de 
liberdade do sistema ou o número de variáveis (pressão, temperatura, composição) que podem ser 
alteradas independentemente sem alterar a estabilidade do sistema. O uso dos diagramas de fases 
permite prever o comportamento do sistema e assim determinar, por exemplo, se em um processo 
de endurecimento através de solubilização, precipitação e envelhecimento se determinado sistema 
estará ou não em equilíbrio.
 
Material de aula Materiais Elétricos Prof. Herbert à Aula 4 – Bloco 5: Diagrama de Fases (slide 9, 
10 e 13).
Resposta: 
Questão 3/5
Cite algumas características que estruturas cristalinas podem apresentar. Discorra sobre cada uma 
dessas propriedades apresentando alguns exemplos de dispositivos na indústria utilizando materiais 
com estrutura cristalina.
Nota: 0.0
As estruturas cristalinas possuem características como:
 
• Piezoeletricidade, que é a capacidade de gerar uma corrente elétrica se houver algum tipo de
pressão mecânica;
• Ferroeletricidade que, embora não conduzam corrente elétrica, de acordo com a sua 
temperatura desenvolvem a polarização espontânea, que pode ser invertida possibilitando a 
utilização de um campo elétrico externo;
• Efeito piroelétrico em que o aumento de temperatura causará a polarização espontânea, em 
que se poderá utilizar o campo elétrico gerado na superfície do material e são 
semicondutores.
•
Em função destas propriedades, os materiais com estruturas cristalinas são amplamente usados pela
indústria na confecção de termômetros, transistores, máquinas fotográficas, relógios e balanças.
 
Material de aula Materiais Elétricos Prof. Herbert à Aula 4 – Bloco 3: Estruturas Cristalinas (slide 
7).
Resposta: 
Questão 4/5
Discorra sobre algumas aplicações práticas atuais e potenciais da supercondutividade.
Nota: 0.0
Algumas aplicações da supercondutividade já são usadas na prática em laboratórios, em 
aceleradores de partículas e em hospitais. Contudo, outras aplicações da supercondutividade só se 
tornarão economicamente viáveis futuramente.
 
Aplicações na geração e no armazenamento da energia elétrica constituem pesquisas tecnológicas 
extremamente importantes. Os dispositivos utilizados para o armazenamento direto da energia 
elétrica como por exemplo baterias, pilhas e outros dispositivos só podem ser usados durante um 
período muito curto após receber sua “carga máxima". O único método de armazenamento de 
energia elétrica sem nenhuma perda consiste na utilização de bobinas supercondutoras ou de anéis 
supercondutores que armazenam permanentemente esta energia sob a forma de energia magnética 
através das correntes persistentes que circulam em uma bobina supercondutora. Isto se dá porque as
bobinas supercondutoras são capazes de produzir fortes campos magnéticos.
 
Esses fortes camposmagnéticos gerados pelas bobinas supercondutoras também possuem 
potenciais aplicações em laboratórios de pesquisas e nas indústrias. Em particular, as bobinas 
supercondutoras são usadas na física das altas energias, como, por exemplo, nos aceleradores de 
partículas nos quais geralmente são necessários campos magnéticos superiores a 1T. Nos 
aceleradores de partículas, em cavidades ressonantes supercondutoras e em projetos de pesquisas 
físicas envolvendo altas energias de um modo geral, o uso dessas bobinas se justifica, apesar do 
custo extremamente elevado, porque as bobinas normais não podem produzir os fortíssimos 
campos magnéticos exigidos nos equipamentos usados nessas pesquisas.
 
Na área dos transportes todos os modais (aéreos, marítimos e terrestre) poderão tirar vantagens das 
aplicações da supercondutividade em grande escala. O trem MAGLEV supercondutor é um 
transporte de massa que está sendo desenvolvido no Japão. Este trem, que já está em operação 
experimental, se desloca sem contato com o trilho e recebe impulsão magnética através da ação de 
bobinas supercondutoras. Alguns estudos revelam o esgotamento dos transportes aéreos, porque 
estes transportes exigem aeroportos que ocupam enormes áreas nas vizinhanças de grandes cidades.
O transporte ferroviário poderá substituir grande parte dos transportes aéreos com muito mais 
economia e sem a necessidade do uso de enormes aeroportos, uma vez que o trem pode ir 
diretamente de um centro urbano a outro. No Japão já foi construído um trem MAGLEV com 
velocidade superior a 500 km/h e, neste caso, este tipo de trem poderá substituir o avião, além das 
outras vantagens como ausência de ruído, ausência de poluição, etc. Além do trem supercondutor, 
outro transporte de massa do futuro será o navio supercondutor que não deverá possuir nenhuma 
hélice e sua propulsão poderá ser feita pela ação de força de interação magnética entre uma 
corrente elétrica e o campo magnético produzido por uma bobina supercondutora.
 
A Medicina geralmente é a primeira beneficiária das aplicações da Física. Existem dois tipos de 
aplicações da supercondutividade na Medicina: as aplicações em grande escala que exigem fortes 
campos magnéticos (geralmente superiores a 0,5T) e as aplicações em pequena escala que exigem 
fraquíssimos campos magnéticos (geralmente menores do que 1µT). Das aplicações em grande 
escala a mais importante consiste no uso de bobinas supercondutoras para a obtenção de imagens 
por ressonância magnética (MRI). Denomina-se biomagnetismo o estudo das atividades biológicas 
que podem produzir fracos campos magnéticos. Por exemplo, algumas atividades do coração e do 
cérebro produzem campos magnéticos da ordem de 1pT ou ainda menores. Os campos 
biomagnéticos são tão fracos que normalmente são expressos em nanoteslas (1 pT = 10-12 T) ou 
em femtoteslas (1 fT = 10-15 T). As principais pesquisas visam obter: um magnetocardiograma 
para registrar a atividade do coração e um magnetoencefalograma para registrar a atividade do 
cérebro.
 
Nos aparelhos eletrônicos que funcionam à base de eletricidade, os supercondutores possibilitariam
a redução do tamanho e o gasto de energia dos mesmos, permitindo que os chips sejam cada vez 
menores e mais rápidos no processamento de dados.
Material de aula Materiais Elétricos Prof. Herbert à Aula 5 – Bloco 2: Materiais supercondutores 
(slides 7 à 14).
Resposta: 
Questão 5/5
Disserte sobre os materiais diamagnéticos, paramagnéticos, ferromagnéticos, antiferromagnéticos e 
ferrimagnéticos. Apresente suas características e dê alguns exemplos para cada tipo.
Nota: 0.0
DIAMAGNÉTICOS - são materiais que se colocados na presença de um campo magnético tem
seus ímãs elementares orientados no sentido contrário ao sentido do campo magnético aplicado.
Assim, estabelece-se um campo magnético na substância que possui sentido contrário ao campo
aplicado. São substâncias diamagnéticas: o bismuto, o cobre, a prata, o chumbo, etc.
 
PARAMAGNÉTICOS - são materiais que possuem elétrons desemparelhados e que, quando na
presença de um campo magnético, se alinham, fazendo surgir dessa forma um ímã que tem a
capacidade de provocar um leve aumento na intensidade do valor do campo magnético em um
ponto qualquer. Esses materiais são fracamente atraídos pelos ímãs. São materiais paramagnéticos:
o alumínio, o magnésio, o sulfato de cobre, etc.
 
FERROMAGNÉTICOS - as substâncias que compõem esse grupo apresentam características bem
diferentes das características dos materiais paramagnéticos e diamagnéticos. Esses materiais se
imantam fortemente se colocados na presença de um campo magnético. É possível verificar,
experimentalmente, que a presença de um material ferromagnético altera fortemente o valor da
intensidade do campo magnético. São substâncias ferromagnéticas somente o ferro, o cobalto, o
níquel e as ligas que são formadas por essas substâncias. Os materiais ferromagnéticos são muito
utilizados quando se deseja obter campos magnéticos de altas intensidades. 
 
ANTIFERROMAGNÉTICOS – Nos materiais antiferromagnéticos, como é o exemplo do cromio,
os dipolos magnéticos dispõem-se antiparalelamente, quando estão a baixas temperaturas, mais
especificamente, abaixo da temperatura de Néel. Aplicado um campo magnético a um material
desta espécie o mesmo não se magnetiza, pois os dipolos magnéticos estão sempre opostos,
anulando-se. Se aumentarmos a temperatura (acima da temperatura de Néel), o material fica
paramagnético.
 
FERRIMAGNÉTICOS – Os materiais ferrimagnéticos estão permanentemente com as suas
propriedades magnéticas, qualquer que seja o campo magnético que lhes é aplicado. Um exemplo
de um ímã desta natureza é a magnetita, um minério que contém íons de ferro e de oxigênio na sua
constituição. Os materiais do tipo ferrimagnético têm na sua constituição íons com momentos de
dipolo magnético de sentido oposto, mas de diferentes valores, o que faz com que não se anulem.
Isto faz com que exista sempre um magnetismo espontâneo.
 
 
Material de aula Materiais Elétricos Prof. Herbert à Aula 3 – Bloco 4: Propriedades Magnéticas.
Resposta: