Lista de exercícios Propriedades Termicas

Prévia do material em texto

Propriedades Físicas dos Materiais (MTR0305) 
 
 
Professor: Antonio Eduardo Martinelli 
 
LISTA DE EXERCÍCIOS – Propriedades Térmicas 
 
1. Para o alumínio, a capacidade calorífica a volume constante, Cv a 30 K é 0,81 
J/mol-K. A temperatura de Debye é 375 K. Estime o calor específico a 50 K e 425 K. 
 
2. Explique por que Cv aumenta em função do aumento da temperatura próximo de 
0 K e torna-se independente da temperatura a medida que esta se afasta de 0 K. 
 
3. Uma tira bimetálica é construída a partir de dois metais diferentes ligados ao 
longo de seus comprimentos. Como tal dispositivo pode ser usado em um 
termostato para regular a temperatura? 
 
4. Um fio de alumínio de 10 m de comprimento é resfriado de 38ºC até -1ºC. Qual a 
variação do comprimento desse fio? 
 
5. Um bastão metálico de 10 cm de comprimento se alonga 0,2 mm ao ser aquecido 
de 20 até 100ºC. Determine o valor do coeficiente de expansão térmica desse 
material. 
 
6. Explique sucintamente o fenômeno de expansão térmica a partir da curva de 
energia de coesão dos sólidos. 
 
7. Quando um metal é aquecido, a sua densidade diminui em virtude de expansão 
térmica do sólido e formação de lacunas. Considere uma amostra de cobre à 
temperatura ambiente (20ºC) com densidade 8,940 g/cm3. 
(a) Determine a sua densidade após aquecimento a 1000ºC considerando apenas 
expansão térmica. 
(b) Faça o cálculo considerando também a contribuição das lacunas. Considere que 
a energia de formação das lacunas é 0,90 eV/átomo e que a expansão térmica do 
material é isotrópica. (α Cu = 17,0 x 10-6 °C-1.). 
 
 
 Propriedades Físicas dos Materiais (MTR0305) 
 
 
Professor: Antonio Eduardo Martinelli 
 
 
8. Até que temperatura um bastão cilíndrico de tungstênio com 10,00 mm de 
diâmetro e uma placa de aço inox 316 com um orifício circular de 9,988 mm de 
diâmetro devem ser aquecidos para que o bastão se ajuste exatamente no orifício? 
A temperatura inicial é 25 ºC. 
 
9. Em um dia frio a maçaneta metálica da porta de um carro parece mais fria ao 
toque do que o volante de plástico, embora ambos estejam a mesma temperatura. 
Por quê? 
 
10. A condutividade térmica de um monocristal é maior que a do mesmo material na 
forma cristalina. Por quê? A condutividade térmica de um aço carbono é maior que 
a de um aço inox. Por quê? 
 
11. Para alguns materiais cerâmicos, a condutividade térmica primeiro diminui e em 
seguida aumenta com a elevação da temperatura. Por quê? 
 
12. Podemos considerar um material poroso como um compósito onde uma das 
fases são os poros. Consulte o capítulo 17 e estime os limites superior e inferior da 
condutividade térmica à temperatura ambiente do MgO com fração volumétrica de 
30% de poros. 
 
13. Um arame de cobre é esticado com uma tensão de 70 MPa a 20ºC. Se o seu 
comprimento for mantido constante, até que temperatura o arame deve ser aquecido 
para que a tensão seja reduzida para 35 MPa? 
 
14. Trilhos de estradas de ferro fabricados em aço 1025 devem ser posicionados 
durante o período do ano em que a temperatura média é de 10 ºC. Se um espaço de 
junção de 4,6 mm for permitido entre trilhos padrões com 11,9 m de comprimento, 
qual é a temperatura mais elevada possível que pode ser tolerada sem que haja 
introdução de tensões térmicas? 
 
 Propriedades Físicas dos Materiais (MTR0305) 
 
 
Professor: Antonio Eduardo Martinelli 
 
 
 
15. As extremidades de um bastão cilíndrico com 6,4 mm de diâmetro e 250 mm de 
comprimento estão montadas entre suportes rígidos. O bastão está livre de tensões 
à temperatura ambiente (20ºC), e mediante o resfriamento até -40ºC é possível uma 
tensão trativa máxima induzida termicamente de 125 MPa. Selecione a partir dos 
seguintes metais e ligas o(s) material(is) apropriado(s) para a fabricação desse 
bastão. 
 
Metal/Liga α (°C)-1 E (GPa) 
Alumínio 23,6 x 10 -6 69 
Cobre 17,0 x 10 -6 110 
Latão 20,0 x 10 -6 97 
Aço 1025 12,0 x 10 -6 207 
Tungstênio 4,5 x 10 -6 407