Masteriais elétricos discursiva-resumo

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1) Uma descoberta importante nos anos 50 ... Dê alguns exemplos de lasers comerciais importantes. 
Laser a gás (He-Ne), líquido (corante), vidro (silicato de Nd), sólido (rubi), semicondutor (InGaAsP). 
2) Como são obtidos os diagramas de fases? Apresente quais as técnicas e qual teoria física estão embasados os diagramas de fases. 
Difração de Raios-X, dilatometria e análise térmica e método pouco sofisticado a analise de curvas de resfriamento. Pela formula P+F=C+2, onde P é o número de fases 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. 
3) Dentre alguns materiais cerâmicos... Quais são os cinco possíveis elementos não metálicos encontrados na maioria dos materiais cerâmicos comercialmente importantes? 
São: C, N, O, P ou S. 
4) O comportamento mecânico ... Cite as principais propriedades mecânicas estudadas nas ciências dos materiais e disserte sobre a importância do estudo de tais propriedades. 
Tensão, Deformação, Discordâncias e sistemas de escorregamento, Dureza, Fluência, Fadiga, Resistência (a fraturas, cisalhamento, torção, choque e impacto), ductibilidade e rigidez
As propriedades mecânicas dos materiais são verificadas pela execução de experimentos de laboratório cuidadosamente programados, que reproduzem o mais fielmente possível as condições de serviço. Dentre os fatores a serem considerados incluem-se a natureza da carga aplicada e a duração da sua aplicação, bem como as condições ambientais. A carga pode ser de tração, compressiva, ou de cisalhamento, e a sua magnitude pode ser constante ao longo do tempo ou então flutuar continuamente. Desse modo as propriedades são muitos importantes nas estruturas dos materiais, e elas são alvo da atenção e estudo de vários grupos de pessoas. 
5) As propriedades periódicas ... Cite as principais propriedades periódicas, explique de uma maneira geral o que representa cada um delas e como são identificadas na tabela periódica. 
Raio atômico: Distância do núcleo até a eletrosfera. Quanto maior o número de níveis, maior será o tamanho do átomo. Cresce de cima para baixo na família e da direita para a esquerda nos períodos.
Energia de Ionização: é a energia necessária para remover um ou mais elétrons de um átomo isolado no estado gasoso. Depende do tamanho do átomo. Aumenta de baixo para cima e da esquerda para a direita. 
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, cresce de baixo para cima e da esquerda para a direita. 
Eletronegatividade: é força de atração exercida sobre elétron de uma ligação, cresce de baixo para cima e da esquerda para a direita.
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. 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. 
Reatividade: Maior ou menor facilidade em ganhar ou perder elétrons, cresce para esquerda inferior e direita superior
Densidade:Relação massa – volume, cresce para o centro e para baixo
6) As estruturas cristalinas ... Cite quais são eles e detalhe a configuração angular para cada tipo de estrutura cristalina. 
Cúbico: em que todos os ângulos são iguais a 90º; Tetragonal: em que todos os ângulos são iguais a 90º; Ortorrômbico: em que todos os ângulos são iguais a 90º; Monoclínico: em que há dois ângulos iguais a 90º e dois ângulos diferentes de 90º; Triclínico: em que todos ângulos são diferentes e nenhum é igual a 90º; Hexagonal: em que dois ângulos são iguais a 
90º e um ângulo é igual a 120º; Romboédrico: em que todos os ângulos são iguais, mas diferentes de 90º. 
7) O uso comum de alguns materiais inerentemente frágeis, ... E quais os dois mecanismos que este fenômeno está associado? 
Pode ser definido como a fratura (parcial ou completa) do material como um resultado de uma mudança de temperatura (normalmente, um resfriamento brusco). O mecanismo de choque térmico pode envolver tanto expansão (tensão de ruptura criada pela restrição de expansão) e condutividade térmica (mudanças rápidas de temperatura.
8) Uma das propriedades mecânicas ...Explique o que é deformação elástica, deformação plástica e limite de escoamento, segundo Shackelford (2008). 
A deformação elástica é a deformação temporária. Ela é totalmente recuperada quando a carga é removida. A região elástica corresponde à parte linear inicial da curva tensão-deformação. 
A deformação plástica é a deformação permanente. Ela não é recuperada quando a carga é removida, embora um pequeno componente elástico seja recuperado. 
O limite de escoamento representa a tensão necessária para gerar essa pequena quantidade de deformação (0,2%) permanente. 
10) 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. As estruturas cristalinas possuem características como: 
Piezoeletricidade, que é a capacidade de gerar uma corrente elétrica se houver algum tipo de pressão mecânica; 
Ferroeletricidade não conduz corrente elétrica, de acordo com a sua temperatura desenvolvem a polarização espontânea, que pode ser invertida possibilitando a utilização de um campo elétrico externo; 
Piroeletricidade 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. 
11) Discorra sobre algumas aplicações práticas atuais e potenciais da supercondutividade. 
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, como: 
Aplicações na geração e no armazenamento da energia elétrica constituem pesquisas tecnológicas extremamente importantes. Como aceleradores de partículas, em cavidades ressonantes supercondutoras e em projetos de pesquisas físicas envolvendo altas energias de um modo geral. 
Na área dos transportes todos poderão tirar vantagens das aplicações da supercondutividade em grande escala, como trem de transporte de massa que se desloca sem contato com o trilho e recebe impulsão magnética através da ação de bobinas supercondutoras. 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. 
Na medicina dois tipos de aplicações: as aplicações em grande escala que exigem fortes campos magnéticos, a mais importante consiste no uso de bobinas supercondutoras para a obtenção de imagens por ressonância magnética e as aplicações em pequena escala que exigem fraquíssimos campos magnéticos, são algumas atividades do coração e 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 menorese mais rápidos no processamento de dados. 
12) Disserte sobre os materiais diamagnéticos, paramagnéticos, ferromagnéticos, antiferromagnéticos e ferrimagnéticos. Apresente suas características e dê alguns exemplos para cada tipo. 
DIAMAGNÉTICOS - são materiais que se colocados na presença de um campo magnético tem seus ímãs elementares orientados no sentido contrário ao do campo magnético aplicado. Bismuto,cobre, prata, chumbo
PARAMAGNÉTICOS - possuem elétrons desemparelhados que na presença de um campo magnético, se alinham, fazendo surgir um leve campo magnético. Não são atraídos por ímãs. Alumínio, magnésio, sulfato de cobre
FERROMAGNÉTICOS – Campo externo alinha os momentos angulares, mantendo as características mesmo após cessar o campo externo. São fortemente atraídos por ìmãs. Ferro, cobalto, níquel e suas ligas ANTIFERROMAGNÉTICOS - dipolos magnéticos dispõem-se antiparalelamente, anulando-se quando estão a baixas temperaturas, mais especificamente, abaixo da temperatura de Néel. Se aumentarmos a temperatura (acima da temperatura de Néel), o material fica paramagnético. Crômio
FERRIMAGNÉTICOS – permanentemente com as suas propriedades magnéticas, independente do campo magnético aplicado, 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. Magnetita
13) Como são classificados os materiais isolantes de acordo com o seu estado físico? Descreva quais materiais específicos compõem cada classe de isolantes. 
Sólidos: Minerais (quartzo, quartzo, pedra sabão, mica, mármore, ardósia, asbesto); Cerâmicos (porcelana, vidro, micalex); Materiais da classe da borracha (borracha natural, neoprene, látex) e Materiais fibrosos (tratados e não tratados) (algodão, seda, linha, papel, fibra de vidro, asbesto, madeira, celofane, nylon). 
Sólidos aplicados em estado líquido ou pastoso (Resinas e plásticos naturais: resinas fósseis e vegetais, materiais asfálticos, goma laca): Ceras (cera de abelhas, parafina); Vernizes e lacas (preparados de resinas e óleos naturais, produtos sintéticos, esmaltes para fios, vernizes solventes, lacas); Resinas sintéticas: (plásticos moldados e laminados) resinas fenólicas, borracha sintética, silicones;ƒ Compostos de celulose: (termoplásticos) (acetato de celulose, nitrocelulose) e Plásticos moldados a frio (cimento Portland empregado com resinas ou asfaltos). 
Líquídos: Óleos minerais (óleos para transformadores, disjuntores e cabos); Dielétricos líquidos à prova de fogo (Askarel); Óleos vegetais (linhaça);ƒ Solventes (empregados nos vernizes e compostos isolantes) (Álcool, tolueno, benzeno, benzina, terebentina, petróleo, nafta, tetracloreto de carbono, acetona). 
Gases: Ar, anidrido carbônico, azoto, hidrogênio, gases raros, hexafluoreto de enxofre. 
14) A configuração .... Com relação à estabilidade eletrônica dos átomos, explique as teorias do octeto e dueto. Determine as regras de ligação eletrônica quando o átomo possuir menos de oito elétrons na camada de valência. 
Para atingir uma situação estável, os átomos tendem a buscar uma estrutura eletrônica cuja camada de valência contenha 8 elétrons igual ao gás nobre que tenha o número atômico mais próximo. Os átomos menores em número de elétrons tendem a alcançar o dueto, é o caso do hidrogênio e do lítio. 
Quando um átomo possuir menos de 8 elétrons na camada de valência, ele tende a “associar-se” a outros átomos para completar ou eliminar a camada incompleta. 
Com 1, 2 ou 3 elétrons na última camada, o átomo procura eliminar elétrons. 
Com 5, 6, 7 a tendência é completar com elétrons. 
Com 4 dependerá do elemento químico em questão. 
15) Explique o que significa o termo nanotecnologia e qual o principal objetivo desta área tecnológica no desenvolvimento de materiais. Sabe-se que a base da nanotecnologia é o nanômetro. Explique quanto é esta unidade de medida e quais as dificuldades encontradas na manipulação desses materiais. Dê alguns exemplos de aplicações da nanotecnologia. 
A nanotecnologia é o estudo da manipulação de elementos na escala nanométrica. Têm por objetivo criar novos materiais, novos produtos a partir na manipulação de moléculas e átomos. O tamanho do nanômetro equivale a um bilionésimo de um metro. E a maior dificuldade é a manipulação desses elementos, visto que apenas indústrias e laboratórios conseguem realizá-la. 
Com a nanotecnologia será possível, por exemplo, otimizar os efeitos de remédios levando-os diretamente para onde são necessários dentro do corpo, o que diminuiria a toxidade das drogas, os efeitos colaterais e as dosagens. Também será possível fazer algo parecido em tratamentos como o do câncer, atacando apenas as células defeituosas. 
Além dos microprocessadores, a nanotecnologia já está presente em alguns tecidos com características especiais, equipamentos médicos como cateteres, válvulas cardíacas, marca-passo, implantes ortopédicos, protetores solar, produtos para limpar materiais tóxicos, sistemas de filtração do ar e da água, vidro autolimpante, coberturas resistente a arranhões, curativos antimicrobiano, limpadores de piscinas, desinfetantes e muitas outras soluções. Na prática, a nanotecnonlogia hoje abrange vária áreas com suas diversas aplicações. 
16) De acordo com Shackelford (2008), muitos polímeros (ou plásticos) são constituídos por hidrogênio e carbono. Outros contêm oxigênio, nitrogênio, flúor e silício. Cite algumas propriedades e características encontradas nos materiais poliméricos. 
Normalmente apresentam a propriedade mecânica de ductilidade. Diferentemente das cerâmicas frágeis, são alternativas leves e de baixo custo aos metais nas aplicações de desenho estrutural. 
Propriedades importantes relacionadas à ligação incluem resistência à deformação mais baixa em comparação com os metais e ponto de fusão mais baixo e reatividade química mais alta em comparação com cerâmicas e vidros. Apesar de suas limitações, os polímeros são materiais altamente versáteis e úteis. Tem havido um progresso substancial na última década no desenvolvimento de polímeros projetados com resistência e rigidez suficientemente altas para permitir seu uso com substitutos dos metais estruturais tradicionais. 
17) Cite algumas propriedades encontradas no grafeno e descreva algumas aplicações práticas na atualidade deste nanomaterial. 
São tubos ocos formados por alótropos de carbono por processo de nanotecnologia. Algumas aplicações dos nano tubos são: desenvolvimento de nano processadores; células solares; fabricação de baterias; super capacitores; na construção civil; fabricação de roupas com propriedades especiais, como os requisitados pela NASA; Produção de fones de ouvido de altíssima qualidade; produção de celulares flexíveis devido a sua forma e propriedades condutoras excepcionais; filtros de água para, por exemplo, tornar água do mar potável a um custo baixíssimo; 
18) Discuta sobre os condutores mais utilizados nas instalações elétricas, conforme abordado em aula. 
Os metais condutores normalmente utilizados são o alumínio e o cobre e podem ser divididos em alguns grupos: 1) Condutos nu: não há isolamento contínuo do condutor; 2) Condutor isolado: o metal condutor é recoberto por uma ou mais camadas de material isolante; 3) Cabo isolado: é um condutor ou um conjunto de condutores isolados revestidos por uma bainha, que os mantêm agrupados. 
19) Os condutores são materiais com grandes valores de condutividade. Segundo Shackelford (2008), descreva o efeito da temperatura sobre a condutividade dos metais. 
Segundo o autor, os materiais condutores tendem a perder a capacidade de condução elétrica a medida que a temperatura aumenta. Isso, segundo o autor, deve-se ao fato do aumento da agitação térmica da estrutura cristalina dificultando a passagem dos elétrons. 
21) Quais são as principais diferenças estruturais entre as cerâmicas cristalinas, vidros e vitrocerâmicas de acordo com Shackelford (2008)? Cite as principaiscaracterísticas e exemplos de materiais para cada um dos grupos 
- Cerâmicas cristalinas: são formados por silicatos tradicionais (SiO2) e compostos óxidos e não-oxidos. São materiais abundantes e baratos. Ex: louças brancas, argila para fabricação de tijolos e telhas.. São materiais refratários resistentes a altas temperaturas. 
- Vidros: são sólidos não cristalinos comparáveis as cerâmicas cristalinas. São tratadas para terem propriedades mecânicas e ópticas exclusivas. Podem ser subdivididas em: 1) silicatos, ex.: sílica vítrea, vidros de boros silicatos, vernizes. 2) não silicatos: B2O3, GeO2.. 
- Vitroceramicas: são outro tipo de cerâmicas cristalinas formados inicialmente como vidros e depois cristalizados de uma maneira controlada. 
22) Um defeito ... Como são classificados os defeitos em estruturas cristalinas? Explique cada um deles apresentando os diferentes tipos de defeitos pertencentes a cada grupo 
Puntiformes: quebra de regularidade de uma rede cristalina em um ponto. Pode ser subdividido em: 
Vacância: Falta de um átomo na rede cristalina. 
Interstícios: a presença de um átomo excedente na rede cristalina, causando aumento da tensão na rede. 
Impurezas: a adição de elementos intencionalmente que não fazem parte da rede, dando propriedades especificas ao elemento. 
Lineares: falha na rede cristalina ao longo de uma linha. Subdivisões: Helice, cunha e mista. 
Superficiais: defeitos ao longo da superfície. Subdivisoes: superfície externa, contorno de grão, maclas e contorno de maclas. 
23) Quais as principais características dos polímeros termofixos e no que estes materiais se diferem dos polímeros termoplásticos segundo Shackelford (2008)? Quais os dois grupos de materiais em que os polímeros termofixos estão subdivididos? Cite pelo menos dois exemplos de cada um dos subgrupos 
Termofixos: polímetos que tendem a ficar mais rígidos a medida que aumenta a temperatura. Subdividido em: 1) termofixos: exemplos:poliuretano, fenólicos, amino, resinas e epóxis; 2) elastômeros: exemplos: viton, isopreno, neoprene. Técnicas: Compressão e Transferência. 
Termoplasticos: polímetos que tendem a ficar mais moles a medida que a temperatura aumenta, ao oposto dos termofixos. Técnica: Injeção, extrusão e insuflação. 
25) O que é supercondutividade e suas aplicações? 
Propriedade física que alguns materiais apresentam quando resfriados a temperaturas extremamente baixas, podendo conduzir corrente elétrica sem resistência e sem perda de energia. Algumas aplicações: armazenamento de energia; transportes (como trens, já em processo de desenvolvimento); medicina, em ressonâncias magnéticas; entre outros. 
27) Tipos de sólidos e exemplos? 
Iônicos: UF é o íon. Ligação que une cada unidade é a iônica. Duros (quebradiço); ponto de fusão alto; condução térmica e elétrica ruins. Condução elétrica boa quando diluído em água. H2SO4, NaCl. 
Metálico: UF é o cátion e o elétron. Ligação que une cada unidade é a metálica (e covalente). De macios a duros; ponto de fusão alto/baixo; ótimos condutores térmicos e elétricos. Fe, Ag, Cu, metais e ligas... 
Molecular: UF é a molécula. Ligação que une cada unidade é a interação molecular. Macios; ponto de fusão baixo; condução térmica e elétrica ruins. O2, H2, I2. 
Covalentes: UF é o átomo. Ligação que une cada unidade é a covalente. Duros; ponto de fusão alto; condução térmica e elétrica ruins. Quartzo, diamante,vidro
Híbridos: Apresentam propriedades de mais de uma sólida. Grafite (ligação covalente e intermolecular) 
28) A utilização de biomateriais no corpo humano enfrenta dois tipos de problema. Quais são eles ? 
Problemas físicos e químicos (como o corpo responde ao contato com esses materiais); 
Problema do desempenho dos biomateriais, que nem sempre é o desejado. 
29) A necessidade de se encontrar um ...Descreva algumas propriedades do titânio puro e ligas de titânio. 
O titânio puro: é ótimo para implantes, devido a sua relação resistência/peso, boa resistência a corrosão e elevada biocompatibilidade; 
Ligas de titânio: é ótimo para próteses, tem ótimas propriedades mecânicas e ótima resistência a corrosão. 
30) Quais são as técnicas de dopagem? Cite o processo. 
Durante o crescimento do cristal o material de base sofre um aquecimento até transformar-se em massa cristalina fundente, estado em que se efetua o acréscimo do material de dopagem. E durante esse processo térmico, o cristal vai “crescendo”, posicionando-se os átomos da dopagem na cadeia cristalina que se forma.
1) no crescimento do cristal; 2) por liga; 3) por difusão; 4) por implantação iônica; 
31) Como se dá as ligações PN? E qual fenômeno que ocorre a partir dessa união? 
Um semicondutor do tipo N é dopado com impurezas pentavalentes, ou seja, com cinco elétrons na ultima camada. Semicondutores do tipo P são dopados com impurezas trivalentes, ou seja, três elétrons na ultima camada. Quando ocorre a união dos semicondutores tipo P e N o excesso de elétrons da parte N é atraída pela falta de elétrons da parte P, provocando recombinações de pares elétrons – lacunas, havendo inicialmente uma difusão de elétrons livres do lado N para o lado P e de lacunas do lado P para o lado N.