Exercicios Propriedades Termicas e Eletricas

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Ciência dos Materiais 
 
Prof. Dr. Eng.: Eduardo Luis Schneider 
 
 
Exercícios Propriedades Térmicas e Elétricas - Gabarito 
 
 
1. Qual precisa ser a variação de temperatura de uma barra de alumínio para que ela tenha uma 
expansão linear correspondente a 0,2% de seu tamanho inicial? Considere o coeficiente de expansão 
do alumínio como 23 x 10– 6/ºC – 1. 
 
A dilatação sofrida pela barra corresponde à porcentagem de aumento, portanto: 
0,002 L0 = L0.αBarra . ΔT 
0,002 = 23x10 – 6 .ΔT 
ΔT = 86,9°C. 
 
 
2. Considerando que o calor específico do cobre é 0,09 cal/g.ºC e o do Alumínio 0,22 cal/g.ºC, qual 
destes materiais precisará de maior quantidade de calor fornecida ou retirada para que ocorram as 
mesmas variações de suas temperaturas? 
 
O Al possui maior calor especifico, logo precisará de maior será a quantidade de calor. 
 
 
3. Se uma cerveja em lata e outra de garrafa são colocadas pra gelar no freezer, qual gela mais rápido 
e porque? 
 
A lata de Al devido a maior condutividade térmica. 
 
 
4. Dê exemplos de materiais bons condutores térmicos e cite aplicações onde os mesmos são 
selecionados com base nessa propriedade. 
 
Alumínio em dissipadores e radiadores. Cobre em serpentinas de chope e tubulações de refrigeração. 
 
 
5. Em projetos onde é necessário isolar termicamente algum componente são empregados os 
materiais isolantes térmicos. Cite aplicações onde os mesmos são usados com base nessa 
propriedade. 
 
Borrachas para revestimento de tubulações de refrigeração, isopor para embalagens térmicas para 
alimentos, lã de vidro em paredes na construção civil. 
 
 
6. Explique o que é a temperatura máxima de serviço e de um exemplo onde esta propriedade deve 
ser considerada. 
 
É temperatura acima da qual a utilização de um material é impraticável. A resistência mecânica 
diminui, por exemplo, e o material começa a deformar devido a fluência. A resitência química tb pode 
diminuir e o material degradar, por exemplo, devido a oxidação. 
 
 
7. Alguns materiais, dentre eles a maioria dos cerâmicos e vidros, podem sofrer fratura quando 
resfriados rapidamente, isto é, apresentam baixa resistência ao choque térmico. Relacione a 
resistência ao choque térmico com a condutividade térmica e o coeficiente de expansão. 
 
Quanto maior a condutividade térmica e menor o coeficiente de expansão, maior será a resistência 
ao choque térmico. 
 
 
8. Caso um material dielétrico seja submetido a um campo elétrico de altíssimas intensidades este 
poderá se tornar um condutor. Assim, com base nos valores de rigidez dielétrica, qual material suporta 
maiores diferenças de potencial elétrico, o vidro pyrex ou a baquelite? Por que? 
 
Sim, a rigidez elétrica indica a capacidade de isolamento do material, medida pela tensão elétrica que 
o material pode suportar sem que ocorra a perda de propriedades de isolamento, já a resistividade 
elétrica corresponde a uma constante de proporcionalidade que caracteriza o tipo de material de que 
é feito um condutor elétrico, quanto maior for o valor da resistividade, maior será a resistência elétrica 
imposta pelo condutor à passagem de corrente elétrica. 
 
 
9. Porque os materiais com os maiores valores de condutividade elétrica nem sempre são 
selecionados para aplicações onde esta propriedade é importante? 
 
Embora alguns materiais tenham a condutividade elétrica mais elevada, podem possuir outras 
desvantagens e, por isso, não serem selecionados em algumas aplicações. Por exemplo, a prata 
possui maior condutividade elétrica que o cobre, mas é muito mais cara, o que na maioria das 
aplicações restringe sua escolha. Muitas vezes, quando o próprio peso é um fator importante, o 
alumínio é selecionado no lugar do cobre devido a sua menor densidade. 
 
 
10. Nos metais, cite três fatores que influenciam a resistividade elétrica. 
 
Três fatores que influenciam a resistividade elétrica nos metais contribuindo para o seu aumento são: 
o aumento de temperatura, o aumento da quantidade de impurezas e o aumento do nível de 
deformação. 
 
 
11. As condutividades elétricas da maioria dos metais decrescem gradualmente com a temperatura, 
mas a condutividade intrínseca dos semicondutores sempre cresce rapidamente com a temperatura. 
Justifique a diferença. 
 
Nos metais, os elétrons responsáveis pelo transporte de cargas ao serem aquecidos se agitam mais 
fortemente e esta maior agitação acaba prejudicando o movimento dos transportadores de carga. Já 
nos semicondutores, os elétrons precisam da energia térmica para conseguir vencer a banda 
proibida, passando para a banda condutora. 
 
 
12. Por que o efeito da temperatura na condutividade elétrica é, em geral, mais acentuado em um 
semicondutor do que em um isolante? 
 
Porque comparativamente, a banda proibida nos isolantes é muito maior que nos semicondutores, 
necessitando de muito mais energia para vencer esta barreira. 
 
 
13. Explique qual a diferença entre um semicondutor intrínseco e um extrínseco. 
 
No semicondutor intrínseco, o comportamento elétrico é baseado na estrutura eletrônica do material 
puro. Já no semicondutor extrínseco, as características são ditadas por impurezas. 
 
 
14. Cite duas vantagens em usar o PVC como material isolante em instalações elétricas. 
 
Duas vantagens em usar o PVC em instalações elétricas de baixas tensões são: a excelente 
resistência ao fogo e à água, alta resistividade elétrica e a sua grande flexibilidade. 
 
 
15. O que são materiais supercondutores e quais possíveis aplicações práticas? 
 
Materiais supercondutores são aqueles que apresentam supercondutividade que é um fenômeno 
observado em diversos metais e materiais cerâmicos. Eles apresentam resistividade nula, quando 
resfriados abaixo de certa temperatura crítica, Tc. Como aplicações, podem ser citadas: a construção 
de bobinas com fios supercondutores, que possibilitam gerar campos magnéticos intensos. Exemplos 
trens MagLev e tomografia por ressonância magnética.