Aula 2 - Cap1

Prévia do material em texto

Ciência e Tecnologia dos 
Materiais Elétricos 
Prof. Marcos Lajovic Carneiro, Dr. 
PUC-GO 
Aula 2 
• Propriedades físicas, mecânicas e térmicas 
 
• 4 Exercícios 
1.4 Propriedades Físicas 
1.4.2 Massa Específica e Densidade 
 
Massa específica: relação entre a massa e o volume 
Massa específica a 20 graus (propriedade dependente da temperatura) 
1.4 Propriedades Físicas 
1.4.2 Massa Específica e Densidade 
 
Densidade: 
- Relação entre peso da substância e o peso de igual volume de água. 
- Número de vezes que uma substância é mais pesada que a água. 
- Adimensional. 
 
Massa específica da água = 1𝑔/𝑐𝑚3 
 
1.4 Propriedades Físicas 
 
 
Dicas: 
 
? 
? 
1.4 Propriedades Físicas 
 
 
1.5 Propriedades Mecânicas 
Propriedades que definem a capacidade de resistir ou ser moldado por esforços 
mecânicos: 
 
1) Resistência mecânica 
2) Elasticidade 
3) Ductibilidade 
4) Dureza 
5) Tenacidade 
6) Maleabilidade 
1.5 Propriedades Mecânicas 
1.5.1 Resistência Mecânica 
 
É a medida da oposição que um material oferece quando submetido a: 
- Tração 
- Compressão 
- Cisalhamento 
Fórmula da 
tensão 
mecânica: 
Ex: Grafita 75,6𝑁/𝑚𝑚2 Comparando materiais: 
1.5.2 Elasticidade 
 Todo corpo tracionado deforma (alonga). 
 Elasticidade é a capacidade de resistir a esses esforços sem sofrer deformações 
permanentes após retirada a força. 
Deformação 
Tração 
Estágios da deformação: 
Deformação elástica 
Lei de Hooke 
“Para pequenas deformações, a tensão é proporcional à deformação” 
Módulo de Young 
1.5.2 Elasticidade 
Módulo de elasticidade para alguns materiais: 
 Deformação plástica 
 PERMANENTE 
Entre B e C  Escoamento (contração lateral) 
• Aumento da deformação sem aumento da 
tensão 
Entre C e D  Encruamento 
• Novo ganho de resistência do material 
Entre D e E  Estricção 
• Redução da área de seção transversal 
imediatamente antes da ruptura. 
• D  Ruptura 
1.5 Propriedades Mecânicas 
Dicas: 
1.5 Propriedades Mecânicas 
1.5.3 Maleabilidade e Ductibilidade 
 
Maleabilidade ou plasticidade: 
 - Capacidade do material de sofrer deformações permanentes em 
determinadas direções sem ruptura e com pouco gasto de energia. 
 - Capacidade do material se reduzir em barras e chapas. 
 
 
Ductibilidade: 
 - Capacidade do material de sofrer deformações permanentes, numa só 
direção, sem se romper. 
 - Capacidade do material ser estirado ou reduzido a fios. 
 
 
Exemplo: 
 Argila  boa maleabilidade, pequena ductibilidade 
 Ouro  é mais ductil e maleável que o cobre ou o alumínio 
1.5 Propriedades Mecânicas 
1.5.4 Dureza e Tenacidade 
 
Dureza: 
 - Capacidade da estrutura do material em resistir a penetração ou ser riscado. 
 
Tenacidade: 
 - Capacidade do material resistir a grandes tensões juntamente com grandes 
deformações, sem ruptura, ou ainda, a resistência que os corpos opõem ao choque. 
 
Dureza e Tenacidade não são sinônimos 
 
Exemplos: 
- Vidro e diamante são duros (difíceis de serem gastos) 
mas pouca resistência a golpes (pouca tenacidade) 
 
1.6 Propriedades Térmicas 
- O estado de agitação das partículas define o estado térmico. 
 
- Muitas constantes e propriedades do materiais variam com a temperatura. 
 
Propriedades térmicas de principal interesse: 
- Dilatação térmica 
- Condutividade térmica 
- Calor específico 
1.6 Propriedades Térmicas 
1.6.1 Dilatação Térmica 
• Particulas agitadas ocupam maior espaço  Dilatação do material 
• A dilatação sempre é volumétrica 
• Dependendo das dimensões físicas considera-se relevante apenas uma dimensão. 
 
 
O coeficiente de dilatação pode ser: 
- Linear 
- Superficial 
- Volumétrico 
Coeficientes de dilatação 
1.6 Propriedades Térmicas 
1.6.1 Dilatação Térmica 
• Aplicações: 
• Estudo da dilatação de cabos de linhas de transmissão 
• Junção de materiais diferentes. Ex: Bimetais soldados 
Coeficientes de dilatação de alguns materiais 
Contrai quando aquecido 
1.6 Propriedades Térmicas 
1.6.1 Dilatação Térmica 
Comentários 
 
1) Considere um buraco em um corpo sólido. 
 Quando esse corpo sólido se dilata o buraco aumenta como se também fosse um 
corpo sólido. 
 
 
2) A água se contrai com a redução da temperatura até 4 graus. 
 Abaixo de 4 graus a agua se dilata. 
 Massa específica do gelo: 0,91
𝑔
𝑐𝑚3
 
 
 
1.6 Propriedades Térmicas 
1.6.2 Condutividade Térmica 
• Transferência de energia térmica da maior para a menor. 
• O transito de energia térmica motivado exclusivamente por uma diferença de 
temperatura é denomiado calor. 
K: condutividade térmica do material 
Q (cal): quantidade de calor 
A (𝑐𝑚3): área 
l (𝑐𝑚 ): comprimento 
∆𝑇(℃): diferença de temperatura 
t(s): tempo 
 
𝜙 =
𝑄
𝑡
(𝑐𝑎𝑙/𝑠) : fluxo de calor ou corrente térmica 
𝑅𝛾 =
𝑙
𝐾.𝐴
 ℃. 𝑠/𝑐𝑎𝑙 : resistência térmica da amostra 
∆𝑇 = 𝑅𝛾. 𝜙 relação similar à Lei de Ohm da eletricidade (V=R.I) 
(
𝑐𝑎𝑙
℃. 𝑐𝑚. 𝑠
) 
1.6 Propriedades Térmicas 
1.6.2 Condutividade Térmica 
- Quanto mais coesa a estrutura do material, melhor a condução do calor. 
 
 Aplicações: 
- Bons condutores: dissipadores 
- Maus condutores: isolantes 
A própria condutividade térmica depende da temperatura naquele momento 
1.6 Propriedades Térmicas 
1.6.2 Condutividade Térmica 
Dicas: 
- Sistema isolado térmicamente 
- Fluxo de calor em A deve ser igual ao fluxo de calor em B 
1.6 Propriedades Térmicas 
1.6.3 Calor Específico 
- Temperatura não mede a quantidade de energia térmica do corpo. 
- A energia térmica (grau de agitação das particulas) depende: 
• Temperatura 
• Tipo de material 
• Massa 
- O calor específico mede a capacidade de um corpo em absorver calor. 
  Depende do material e não depende da massa. 
Calor específico baixo  “aquece fácil” 
Calor específico alto  “difícil de aquecer” 
FIM