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Importante
Desligar os celulares ou colocar no 
modo silencioso
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Prof. Dr. Vitaly F. Rodríguez-Esquerre
1989-1994 Eng. Eletrônico - Peru
1996-1999 Mestre em Eng. Elétrica - Unicamp
1998-2003 Doutor em Eng. Elétrica - Unicamp
2003-2005 Pósdoutorado Hokkaido University 
2005-2006 Pósdoutorado Unicamp
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Capítulo 01
Propriedades da Matéria
Prof. Dr. Vitaly F. Rodríguez-Esquerre
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Classificação Funcional dos 
Materiais
‰ Aerospacial
‰ Biomedica
‰ Materiais Eletrônicos
‰ Energia e Meioambiente
‰ Materiais Magnéticos
‰ Fotônicos ou Materiais Ópticos
‰ Materiais Inteligentes
‰ Materiais Estruturais
Classificação 
Funcional 
dos Materiais
Materiais
Inteligentes
PZT
Ligas de Ni-Ti 
Fluídos MR
Gels polímeros
Aerospacial
Compostos de 
carbono,
SiO2, silício amorfo, 
ligas de alumínio
Zerodur
Estruturas
Aços
Ligas de alumínio,
Concreto
Fibras de vidro
Plásticos
madeiras
Estruturas
Aços
Ligas de alumínio,
Concreto
Fibras de vidro
Plásticos
madeiras
Eletrônica
Si, GaAs,
Ge, PZT,
Al, Cu, 
polymeros
Magnéticos
Fe, Fe-Si, NiZn
Ferritas,
CoPtTaCr
Energia e 
Ambiental
Si:H amorfo, 
UO2,
NiCd, ZrO2
Ópticos
SiO2, GaAs,
Vidros, Al2O3,
YAG, ITO
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Structural feature Dimension (m)
atomic bonding
crystals (ordered atoms)
second phase particles
crystal texturing
< 10 -10
10-10
10-8 -10-1
10-8 -10-4
> 10-6
Classificação dos Materiais – Metais
Elementos puros ou mistura de elementos metálicos
(ligas) – ligações metalicas
• Bons condutores de eletricidade
• Bons condutores de calor
• Apariência brilhante – não transparentes
• Duros
• Deformáveis
• Algumas vezes magnéticos
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Classificação dos Materiais – Cerámicos
Compostos entre elementos metálicos e não metálicos
- Ligações iônicas ou covalentes
• Duros
• Quebradiço
• Isolantes elétricos
• Condução térmica baixa
• Resistentes ao calor e corrosão
• Podem ser transparentes ou opácos
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Classificação dos Materiais–Polímeros
Compostos orgânicos baseados em C, H e outros
elementos não metálicos – ligações covalente e 
secundárias
• Propriedades variadas
• Densidade baixa
• Não condutores
• Ponto de fusão baixo
• Podem ser muito flexíveis
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Outras sub-classes de materiais
Compósitos
-Consistem em mais de um tipo de material
Semicondutores
-Tem propriedades elétricas intermediárias entre as 
dos condutores e isolantes
Biomaterials
- Materiais para implantação no interior do corpo
humano
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Exemplo de Aplicações Propriedades
Metais e Ligas
Aço Automóveis Castable, machinable, 
vibration damping
Cerâmicos e
vidros
SiO2-Na2O-CaO Vidros Opticamente transparentes, 
isolantes térmicos
Polímeros
Polietileno Embalagem de comidas Finas espesuras, 
flexíveis
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Exemplo de Aplicações Propriedades
Semicondutores
Silício Transistor e circuitos comportamento elétrico
integrados único
Compósitos Ferramentas de corte Duras e resistentes a 
Tungstênio carbide máquinas impactos
-cobalt (WC-Co)
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Estrutura Atômica
Âtomos compostos de núcleo (prótons e nêutrons) circundado por elétrons.
Q=1,6 x 10-19C Mp=Mn=1,67x10-27kg Me=9,11x10-31 kg
Elementos químicos caracterizados pelo número atômico Z.
Z: 1-94.
Massa atômica A = soma da massa de nêutrons e prótons 
Peso atômico (média ponderada da massa dos isótopos)
Unidades g/mol.
1 mol = 6,023 x 1023 Âtomos ou moléculas
Fe 55,85 g/mol.
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Estrutura Atômica
Porque estudarmos a estrutura atômica?
Algumas propriedades importantes dos materiais dependem dos 
arranjos geométricos dos átomos e também das interações que 
existem entre os átomos ou moléculas constituintes.
Estrutura atômica
Configurações Eletrônicas dos Átomos e Tabela Periódica
Tipos de ligações interatômicas
Energias de Ligação
Distâncias e Energias de Equilíbrio
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Tabela Periódica
Calcular o número de âtomos em 100 g de prata. 
Peso atômico 107,868 g/mol
Exemplo
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Calcular o número de âtomos em 100 g de prata. 
SOLUÇÃO
Número de âtomos =
)868.107(
)10023.6)(100( 23
mol
g
mol
atomsg ×
=5.58 × 1023
Exemplo
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Pesquisadores estão considerando o uso de nanopartículas de materiais
magnéticos como um meio de armazenar gandes quantidades de dados. 
Estas partículas podem armazenar dados na ordem de um trilhão de bits por
polegada quadrada. 10 a 100 vezes a mais do que qualquer outro dispositivo
tais como discos rígidos
Se os pesquisadores estão considerando o uso de partículas de Ferro (Fe) 
com diâmetro de 3nm. Quantos átomos existem em cada partícula? 
Densidade do Ferro = 7.8 g/cm3. 
Peso Atômico do Fe 55,85 g/mol.
Exemplo
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Solução
O rádio de uma partícula é 1.5 nm.
Volume de cada nanopartícula magnética de Ferro 
= (4/3)π(1.5 × 10-7 cm)3
= 1.4137 × 10-20 cm3
Densidade do Ferro = 7.8 g/cm3. 
Peso Atômico do Fe 55,85 g/mol.
Peso de cada nanopartícula de Fe 
= 7.8 g/cm3 × 1.4137 × 10-20 cm3
= 1.102 × 10-19 g.
Um mol de 55,85 g de Fe contem 6.023 × 1023
átomos, então, o número de átomos em uma
nanopartícula de Ferro será 1188.
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Modelo atômico de Bohr
Estrutura Atômica
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Comparação dos modelosTrês primeiros níveis
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Energias relativas dos elétrons
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Estrutura Eletrônica dos Elementos
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Estrutura Eletrônica dos Elementos
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Âtomo de sódio
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Eletronegatividades
Eletronegatividade pequena Eletronegatividade grande
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Eletronegatividades
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Forças e Energias de Ligação
EL = EA + ER
EL =energia liquida
EA =energia de atração
ER =energia de repulsão
∫= FdrE
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Ligações Iônicas: Metal + não metal configurações estáveis
doa aceita elétrons
• acontece entre + and - íons.
• precisa de transferência de elétrons
• diferência entre as eletronegatividades deve ser grande
• Exemplo: NaCl
Neônio Argônio
Atração de Coulomb
Ligação iônica no cloreto de sódio NaCl
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Ligações Iônicas:
r
A
nr
BEL = EA + ER = +−
( )( )eZeZA 21
04
1
πε=
21, zz Valências dos dois tipos
de íons.
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Exemplo
Calcule a força de atração entre um ion Ca+2 e O-2 cujos centros encontram-se
sepadaros uma distância de 1,25 nm.
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Exemplo ( )( )eZeZA 21
04
1
πε=
Calcule a força de atração entre um ion Ca+2 e O-2 cujos centros encontram-se
sepadaros uma distância de 1,25 nm.ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
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Ligação Covalente
Compartilhamento dos elétrons entre átomos adjacentes
São fortes.
• Eletronegatividade similar
• Example: CH4 C: tem 4 e- de valência
e precisa de mais 4
H: tem 1 e-,de valência
e precisa de mais 1
Electronegatividades são
similares
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Ligação Covalente Compartilhamento dos elétrons entre átomos adjacentes
Ligação covalente molécula de metano CH4
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Ligação Covalente Compartilhamento dos elétrons entre átomos adjacentes
Ligação covalente no silício
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Exemplo
Asumindo que a sílica (SiO2) tem 100% de ligações
covalentes descreva como o sílicio e o oxigênio formam a 
sílica (SiO2)
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Exemplo
Asumindo que a sílica (SiO2) tem 100% de ligações
covalentes descreva como o sílicio e o oxigênio formam a 
sílica (SiO2)
Solução
Sílicio tem 4 elétrons de valência e compartilha elétrons
com 4 átomos de oxigênio, resultando em 8 elétrons para
cada átomo de silício.
Porém, o oxigênio tem valência 6 e ompartilha elétrons 
com 2 átomos de silício resultando em 8 elétrons para 
cada átomo de oxigênio.
Na figura a seguir é ilustrada uma estrutura possível
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%)100(x 
 
1−e− 
(XA−XB)2
4
⎛ 
⎝ 
⎜ 
⎜ ⎜ 
⎞ 
⎠ 
⎟ 
⎟ ⎟ 
% caráter iônico =
%)100(x ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −−
4
)( 
2
BA
e
XX
% caráter covalente =
Ex: MgO XMg = 1.3
XO = 3.5
ionico 70.2% (100%) x e1 ionicocarater % 4
)3.15.3( 
2
=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −=
−−
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Em um exemplo anterior foi considerado que a sílica (SiO2) 
tem ligação covalente. Porém ela tem ligações iônica e 
covalente.
Determine a porcentagem dessas ligações.
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Em um exemplo anterior foi considerado que a sílica (SiO2) 
tem ligação covalente. Porém ela tem ligações iônica e 
covalente.
Determine a porcentagem dessas ligações.
Solução
Da tabela periódica obtem-se que a eletronegatividade do 
silício é 1,8 e a do oxigênio é 3,5.
% covalent = exp[-0.25(3.5 - 1.8)2] x 100% 
= exp(-0.72) x 100% = 48,6%
% iônica = (1- exp[-0.25(3.5 - 1.8)2]) x 100 % 
= (1 - exp(-0.72)) x 100%= 51,4 %
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Ligações Metálicas
Metais e suas ligas
Elétrons de valência não estão
ligados aos átomos
Formam um mar de elétrons
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Calcular o número de elétrons capazes de conduzir cargas
elétricas em 10 cm3 de prata.
Densidade da prata é 10.49 g/cm3 
O peso atômico da prata é 107.868 g/mol
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Calcular o número de elétrons capazes de conduzir cargas
elétricas em 10 cm3 de prata.
Solução
A valência da prata Ag é 1, e apenas os elétrons de valência 
conduzem cargas elétricas. Densidade da prata é 10.49 g/cm3 
O peso atômico da prata é 107.868 g/mol.
Peso de 10 cm3 = (10 cm3)(10.49 g/cm3) = 104.9 g
àtomos =
elétrons = (5.85 × 1023 atoms)(1 elétron valência/atom)
= 5.85 × 1023 elétrons de valência em 10 cm3
23
23
1085.5
/868.107
)/10023.6)(9.104( ×=×
molg
molatomsg
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Ligações secundárias Entre dipolos atômicos ou moleculares 
Ligações fracas.
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Ligações secundárias Entre dipolos atômicos ou moleculares 
Ligações fracas.
Molécula de água
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Propriedades Elétricas 
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Condução em sólidos condutores, mercúrio e metais em fusão
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Condução nos líquidos
ENG101 – MATERIAIS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS
Condução nos gases
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Condução nos gases