1ºTrabalho

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1) O que são “ligações químicas”? Como acontecem as ligações químicas “Iônicas”, “Covalente” e “Metálica”? 
As ligações químicas correspondem à união dos átomos para a formação das moléculas. Em outras palavras, as ligações químicas acontecem quando os átomos reagem entre si. São classificadas em: ligação iônica, ligação covalente, ligação covalente dativa e ligação metálica.
Teoria do Octeto
Na Teoria do Octeto, criada por Gilbert Newton Lewis (1875-1946), químico estadunidense e Walter Kossel (1888-1956), físico alemão, surgiu a partir da observação de alguns gases nobres e algumas características como por exemplo, a estabilidade desse elementos preenchidas por 8 elétrons na Camada de Valência. A partir disso, a "Teoria ou Regra do Octeto" postula que um átomo adquire estabilidade quando possui 8 elétrons na camada de valência (camada eletrônica mais externa), ou 2 elétrons quando possui apenas uma camada.
Para tanto, o átomo procura sua estabilidade doando ou compartilhando elétrons com outros átomos, donde surgem as ligações químicas.
Ligação Iônica
Também chamada de ligação eletrovalente, esse tipo de ligação é realizada entre íons (cátions e ânions), daí o termo "ligação iônica".
Os Íons são átomos que possuem uma carga elétrica por adição ou perda de um ou mais elétrons, portanto um ânion, de carga elétrica negativa, se une com um cátion de carga positiva formando um composto iônico por meio da interação eletrostática existente entre eles.
Ligação Covalente
Também chamada de ligação molecular, as ligações covalentes são ligações em que ocorre o compartilhamento de elétrons para a formação de moléculas estáveis, segundo a Teoria do Octeto; diferentemente das ligações iônicas em que há perda ou ganho de elétrons.
Além disso, os pares eletrônicos é o nome dado aos elétrons cedido por cada um dos núcleos, figurando o compartilhamento dos elétrons das ligações covalentes.
Como exemplo, observe a molécula de água H2O: H - O - H, formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio em que cada traço corresponde a um par de elétrons compartilhado formando uma molécula neutra, uma vez que não há perda nem ganho de elétrons nesse tipo de ligação.
Ligação Covalente Dativa
Também chamada de ligação coordenada, a ligação covalente dativa é semelhante à dativa, porém ela ocorre quando um dos átomos apresenta seu octeto completo, ou seja, oito elétrons na última camada e o outro, para completar sua estabilidade eletrônica necessita adquirir mais dois elétrons.
Representada por uma seta um exemplo desse tipo de ligação é o composto dióxido de enxofre SO2: O = S → O
Isso ocorre porque é estabelecida uma dupla ligação do enxofre com um dos oxigênios a fim a de atingir sua estabilidade eletrônica e, além disso, o enxofre doa um par de seus elétrons para o outro oxigênio para que ele fique com oito elétrons na sua camada de valência.
Ligação Metálica
É a ligação que ocorre entre os metais, elementos considerados eletropositivos e bons condutores térmico e elétrico. Para tanto, alguns metais perdem elétrons da sua última camada chamados de "elétrons livres" formando assim, os cátions.
A partir disso, os elétrons liberados na ligação metálica formam uma "nuvem eletrônica", também chamada de "mar de elétrons" que produz uma força fazendo com que os átomos do metal permaneçam unidos. Exemplos de metais: Ouro (Au), Cobre (Cu), Prata(Ag), Ferro (Fe), Níquel (Ni), Alumínio (Al), Chumbo (Pb), Zinco (Zn), entre outros.
2) O que são as estruturas cristalinas? Fale sobre os principais tipos de estruturas e como elas se formam. 
Os materiais sólidos podem ser cristalinos ou amorfos. O conceito de estrutura cristalina está relacionado à organização dos átomos de forma geométrica.
As estruturas cristalinas estão presentes em diversos materiais, em que os átomos distribuídos dentro de sua estrutura formam uma rede chamada retículo cristalinos. Possuem, portanto, estruturas cristalinas os sais, metais e a maior parte dos minerais.
As moléculas das estruturas cristalinas podem possuir dois tipos de ligações, as direcionais, em que se incluem os covalentes e dipolo-dipolo e o não direcionais em que estão as ligações metálica, iônica, van der Walls.
As estruturas cristalinas são formadas por células unitárias que são sua unidade básica, pois constituem o menor conjunto de átomos associados encontrados numa estrutura cristalina.
Há sete tipos de sistemas cristalinos que abrangem as substâncias conhecidas pelo homem:
· Cúbico: em que todos os ângulos são iguais a 90º
· Tetragronal: 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 os 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.
Para cada possível localização dos átomos, íons ou moléculas em determinados pontos, há uma classificação das estruturas cristalinas em redes de Bravais. Assim, pode-se representar por uma tabela com os dados de uma das sete classificações acima, de acordo com o material escolhido.
Estrutura do diamante
É característica dos elementos metálicos a transformação de líquido para sólido, adquirindo aspecto de estruturas densas, como a cúbica de corpo centrado.
Quando o mesmo elemento ou composto químico apresenta diferentes formas cristalinas de acordo com as condições de pressão e temperatura, esse fenômeno é chamado polimorfismo. Como exemplo tem-se o Ferro (Fe), que pode apresentar as estruturas CFC (cristalina cúbica de faces centradas) e CCC (cristalina cúbica de corpo centrado), aspecto que deve ser considerado em sua utilização, como em processos metalúrgicos. O carbono também é um exemplo de elemento polimórfico, presente no diamante, que é uma estrutura extremamente dura, e também no grafite, que é quebradiço.
A maior parte do conhecimento a respeito das estruturas cristalinas são adquiridas através de técnicas de raio-x, possibilitando a obtenção de informações a respeito da localização correta de cada átomo.
Estrutura do grafite
As estruturas cristalinas possuem características como a piezoeletricidade, que é a capacidade de gerar uma corrente elétrica se houver algum tipo de pressão mecânica; ferroeletricidade que, embora não conduzam corrente elétricas, de acordo com a sua temperatura desenvolvem a polarização espontânea, que pode ser invertida possibilitando a utilização de um campo elétrico externo; efeito piroelétrico em que 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.
3) Quais são as principais propriedades mecânicas dos materiais? Fale brevemente sobre cada uma delas. 
Algumas propriedades mecânicas importantes que podemos citar são; elasticidade, plasticidade, dureza, resiliência, ductibilidade, tenacidade, etc.
Elasticidade/comportamento elástico
Todo material quando submetido a solicitações externas deforma-se, o comportamento elástico de um material é a capacidade que o mesmo tem em retornar sua forma e dimensões originais quando retirado os esforços externos sobre ele.
Plasticidade /comportamento plástico
O material já não consegue recuperar sua forma e dimensões originais, pois o mesmo é submetido a tensões que ultrapassam certo limite (chamada de limite elástico) no qual o material sofre uma deformação permanente.
Ductibilidade
É a capacidade que um material tem em deforma-se plasticamente até sua ruptura. Um material que se rompe sem sofrer uma quantidade significativa de carga no regime plástico é denominado de frágil.
Tenacidade
É a capacidade que um material tem em absorver energia ate a sua ruptura.Também pode ser definida como a energia mecânica necessária para levar um material à ruptura.
Resiliência
É a capacidade que o material tem em absorver energia no regime elástico (quando é deformado elasticamente).
4) Quais são as principais propriedades térmicas dos materiais? Fale brevemente sobre cada uma delas.
As propriedades térmicas dos materiais são fundamentais para sua utilização e estão relacionadas com as propriedades elétricas.
As principais propriedades térmicas dos materiais são:
Calor Específico:
É a quantidade de calor necessária para que cada grama de uma substância sofra uma variação de temperatura correspondente a 1°C. Essa grandeza é uma característica de cada tipo de substância e indica o comportamento do material quando exposto a uma fonte de calor.
Condutividade Térmica:
A condutividade térmica quantifica a habilidade dos materiais de conduzir calor. Materiais com alta condutividade térmica conduzem calor de forma mais rápida que os materiais com baixa condutividade térmica. Desta maneira, materiais de com alta condutividade térmica são utilizados como dissipadores de calor e materiais de baixa condutividade térmica são utilizados como isolamentos térmicos. Esta propriedade, que depende da variação de temperatura do sistema, pode ser estudada a partir da equação de transporte de Boltzmann.
A condutividade térmica é uma característica específica de cada material, e depende fortemente da temperatura e da pureza do material (especialmente sob-baixas temperaturas). Em geral, os materiais tornam-se mais condutores de calor com o aumento da temperatura. A condutividade térmica equivale a quantidade de calor Q transmitida através de uma espessura L, numa direção normal a superfície de área A, devido a uma variação de temperatura ΔT quando a transferência de calor se deve apenas a variação de temperatura. O inverso da condutividade térmica é a resistividade térmica.
Difusão Térmica:
A difusão térmica, também chamada de condução térmica, é um tipo de propagação de calor que acontece num meio material decorrente das agitações das moléculas.
Com o aumento da temperatura de um corpo sólido (seja por aquecimento ou contato com outro), a energia cinética também aumenta. Isso resulta numa maior agitação das moléculas.
Dilatação Térmica:
É a variação que ocorre nas dimensões de um corpo quando submetido a uma variação de temperatura.
De uma maneira geral, os corpos, sejam eles sólidos, líquidos ou gasosos, aumentam suas dimensões quando aumentam sua temperatura.
Calor Latente:
O calor é a energia térmica em trânsito entre dois corpos, motivada pela diferença de temperatura. Essa energia sempre flui do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura, e o seu fluxo só cessa no momento em que a temperatura dos corpos envolvidos torna-se igual. O calor é dito latente quando altera a temperatura e gera mudança no estado de agregação das moléculas de uma substância.
5) Quais são as principais propriedades químicas dos materiais? Fale brevemente sobre cada uma delas.
As propriedades químicas são comportamentos característicos de uma substância quando esta se encontra na presença de outra substância. Para investigar as propriedades químicas teremos que proceder a transformações químicas (realizando ensaios químicos) e geralmente não é possível recuperar a amostra utilizada (porque ela sofre transformações dando origem a outras substâncias).
Efeito das Radiações nos materiais: No campo da engenharia também se tem preocupado muito sobre os efeitos das radiações nos materiais. Em particular, os efeitos danosos de radiação devem ser levados em conta no projeto de reatores nucleares, embora não seja somente nesse caso que se tem irradiação de materiais. Sabe-se há muito tempo que os materiais podem ser modificados por radiações. O botânico observa os efeitos da fotossíntese, o fotografo usa esse fato na exposição de seus filmes, o físico utiliza essas interações para aplicações de fluorescência, o médico aplica radiações em terapia. Os efeitos das radiações visíveis (luz) nos materiais são medidos através de ensaios padronizados (ASTM). O principal efeito das radiações nos materiais é originado pela energia extra que ela fornece que facilita a ruptura de ligações existentes e o rearranjo dos átomos em novas estruturas. Em materiais poliméricos a base de polietileno utilizada em lacres de medidores de energia, a radiação UV, assim como o calor e a umidade, causa degradação.
Corrosão: Num aspecto muito difundido e aceito universalmente pode-se definir corrosão como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos. A deterioração representa alterações prejudiciais indesejáveis, sofridas pelo material, tais como desgaste, variações químicas ou modificações estruturais. A deterioração de materiais não metálicos, como por exemplo, concreto, borracha, polímeros e madeira, devido à ação do meio ambiente, é considerada também, por alguns autores, como corrosão. Sendo a corrosão, em geral, um processo espontâneo, está constantemente transformando os materiais metálicos de modo que sua durabilidade e desempenho deixam de satisfazer os fins a que se destinam.
6) Defina: “Resistência” e “Resistividade” elétricas. A Resistência depende de quais variáveis? Como a resistência de um material se relaciona com a temperatura? 
Quando um material é submetido a uma diferença de potencial, é estabelecida uma corrente elétrica entre os seus terminais, que é caracterizada pelo movimento das cargas elétricas livres em seu interior. Durante esse movimento desordenado das cargas, vários elétrons chocam-se uns com os outros e com os átomos que constituem o condutor (normalmente algum metal), o que dificulta a passagem da corrente elétrica. Essa dificuldade é denominada resistência elétrica.
· Quanto maior for a área de seção transversal A, menor será a resistência do condutor, uma vez que é mais fácil a passagem das cargas elétricas por uma área maior;
· Quanto maior for o comprimento L do condutor, maior será a resistência, pois maior será o espaço que as cargas elétricas percorrerão, aumentando a probabilidade de colisões internas e perda de energia;
· A natureza elétrica do material também influencia na resistência: quanto maior for a quantidade de elétrons livres, maior será a facilidade de a corrente elétrica ser estabelecida.
A resistência elétrica depende das características e do material de que é feito o condutor.
A resistividade elétrica é uma propriedade que define o quanto um material opõe-se à passagem de corrente elétrica, de forma que: quanto maior for a resistividade elétrica de um material, mais difícil será a passagem da corrente elétrica, e quanto menor a resistividade, mais ele permitirá a passagem da corrente elétrica.
Os materiais que possuem menor resistividade elétrica são os metais. Sendo assim, os condutores metálicos são os que apresentam menor resistência elétrica e, por isso, os mais indicados a serem utilizados nas linhas de transmissão de eletricidade.
O valor da resistividade nem sempre é constante, pois ela aumenta com a temperatura. Isso ocorre porque o calor causa aumento na agitação molecular, ocasionando colisões no interior do condutor, o que aumenta a resistência do material.
A relação entre a temperatura e a resistividade elétrica é dada pela expressão:
ρ = ρ0 [ 1+ α(t – t0)]
O ρ0 é a resistividade do material a uma temperatura inicial t0, que normalmente é 20ºC.
7) O que é a “Resistência de contato nos Metais”? 
Quando se aplica uma peça metálica sobre outra, com objetivo de contato elétrico, estas ficam na verdade separadas, qualquer que seja a pressão a que sejam submetidas, por uma distância relativamente grande, se comparada às dimensões do átomo.
Na verdade existem alguns pontos de contato perfeito e o resto dos pontos a distância da ordem de mm, de onde se entende a existência da resistência de contato.
A passagem de energia de uma peça a outra se dá por dois modos:· Através de uma zona de contato íntimo, ou de condução;
· Através de uma zona de disrupção, onde a gradiente de potencial pode alcançar valores elevados, muito pouco inferiores a rigidez dielétrica do ar. 
A partir do momento em que se apresentam ao mesmo tempo fenômenos condutores e disruptivos nos contatos, não é possível aplicar a estes a lei de Ohm. Chama-se de “resistência de contato”, no entanto, a relação entre a tensão nos bornes deum contato e a intensidade de corrente que o atravessa. Esta resistência não é constante e depende da pressão a que estão submetidas as peças (pressão de contato), da composição destas, da sua forma, da sua seção, do sentido e intensidade da corrente, etc. A prata, o cobre, o bronze, o latão e o tungstênio dão bons contatos, a resistência dos contatos de alumínio, entretanto, é muito elevada. O contato em corrente contínua apresenta uma resistência independente da intensidade de corrente. Pode-se considerar bom um contato quando resulta muito pequena a diferença de temperatura entre o mesmo e os pontos ao redor. No caso de contato entre metais, deve-se ficar atento a formação de pares galvânicos (em presença de um líquido condutor ou simplesmente da umidade).
8) O que são materiais condutores? E quais as propriedades que definem um bom condutor? 
Os materiais condutores são caracterizados por diversas grandezas, dentre as quais se destacam: condutividade ou resistividade elétrica, coeficiente de temperatura, condutividade térmica, potencial de contato, comportamento mecânico, etc. Estas grandezas são importantes na escolha adequada dos materiais, uma vez que das mesmas vai depender se estes são capazes de desempenhar as funções que lhe são atribuídas. A escolha do material condutor mais adequado, nem sempre recai naquele de características elétricas mais vantajosas, mas sim, em outro metal ou uma liga, que, apesar de eletricamente menos vantajoso, satisfaz as demais condições de utilização.
Os principais materiais de elevada condutividade elétrica são os metais nobres, acrescidos de alguns de outros grupos, e de suas ligas. Os metais de alta condutividade se empregam como condutores, enrolamentos de máquinas elétricas e transformadores, etc. Por outro lado, em determinadas aplicações, também há interesse em materiais, normalmente ligas, de alta resistência, para fins de fabricação de resistências, aparelhos de calefação, filamentos para lâmpadas incandescentes, etc.
Outros materiais que oferecem interesse especial são os supercondutores,
9) Fale sobre as características e quais as aplicações dos metais: Cobre, Alumínio, Prata. Quais as diferenças entre o Cobre e o Alumínio?
· Cobre: Pequena resistividade. Características mecânicas favoráveis. Baixa oxidação para a maioria das aplicações. Fácil deformação a frio e a quente.
· Alumínio: segundo metal mais usado na eletricidade, comportamento oxidante, apresenta uma oxidação extremamente rápida.
· Prata: A cor prateada brilhante, escurece devido ao óxido de prata ou sulfito de prata que se forma em contato com o ar.
10) Quais são os materiais de elevada resistividade? Para que servem?
As ligas metálicas resistivas são utilizadas com três finalidades básicas:
· Ligas para fins térmicos ou de aquecimento;
· Ligas para fins de medição;
· Ligas para fins de regulação.
· Ligas de aquecimento: precisam ter uma elevada estabilidade térmica, tendo um bom comportamento corrosivo ou químico à temperatura local.
· Ligas para fins de medição: Resistores para instrumentos de precisão admitem um coeficiente de temperatura máximo de 2,5x10-6/°C, uma pequena tensão de contato com relação ao cobre e uma resistência praticamente constante. As ligas de níquel-cromo apresentam elevada resistividade e baixo coeficiente de temperatura para a resistência. As ligas de ferro-níquel, de custo muito menor que as de níquel-cromo, apresentam menor resistividade que essas e menor resistência à corrosão. As ligas de cobre-níquel têm resistividade ainda menor, não resistem tão bem às altas temperaturas quanto as de níquel-cromo, porém apresentam coeficientes de temperatura praticamente desprezíveis,
· Ligas para fins de regulação: faixa de temperatura se move entre 100 e 200°C. Ligas ternárias de ferro, níquel e cromo são as que melhor satisfazem às condições de resistividade elevada, pequena variação da resistividade com a temperatura, grande resistência química aos agentes oxidantes, carburantes ou sulfurantes e têm propriedades mecânicas capazes de permitirem um funcionamento prolongado a alta temperatura, sem deformação excessiva. A presença de cromo melhora a resistência às ações químicas da liga e confere-lhe boas características mecânicas.
11) Explique sobre como é o funcionamento de um Fusível. 
Para construção de fusíveis são necessários materiais que se fundam entre 60 e 200ºC. Essas ligas são conhecidas sob nomes comerciais; sobre suas propriedades especiais (às vezes o nome do respectivo inventor) devem ser consultados os fabricantes ou os manuais especializados. São empregadas na proteção de circuitos elétricos, tendo como constituintes principais: bismuto, cádmio, chumbo, estanho.
Quando um condutor é aquecido por uma corrente elétrica e atinge uma temperatura estável, a energia transformada em calor por efeito Joule (I2R) é igual ao calor que deixa a superfície do condutor por convecção e radiação. A corrente necessária para fundir um fio de um determinado metal é calculável pela fórmula de Preece:
I = a.d3/2
Onde a é o coeficiente de Preece e depende do material.
Uma dada intensidade de corrente permanecendo um tempo indispensável provocará a fusão do fio do fusível e, assim, abrir-se-á o circuito elétrico logo que se extinga o arco elétrico resultante.
12) O que é o Efeito Pelicular e por que ele acontece? Por que a resistência se altera com o efeito pelicular? 
O efeito pelicular é o fenómeno responsável pelo aumento da resistência aparente de um condutor elétrico em função do aumento da frequência da corrente eléctrica que o percorre.
Se em corrente contínua, a corrente eléctrica se distribui de forma uniforme ao longo de toda a secção reta do condutor eléctrico, já em corrente alternada tal não se verifica. Na realidade, á medida que aumenta a frequência da corrente que percorre o condutor, o campo magnético junto ao centro do condutor também aumenta conduzindo ao aumento da reatância local.
Este aumento de reatância leva a que a corrente tenda a, preferencialmente, deslocar-se pela periferia do condutor, o que implica uma diminuição da área efetiva do condutor e logo um aumento da sua resistência aparente.
A área pela qual a corrente eléctrica com uma determinada frequência se distribui é designada por área aparente, a qual é dependente da frequência. 
13) O que são os supercondutores? E em quais condições eles são supercondutores? 
Um supercondutor pode conduzir eletricidade sem resistência elétrica a temperaturas acima do zero absoluto. Além de conduzirem eletricidade sem perdas, supercondutores também transportam quantidades muito grandes de corrente em condutores de pequena seção transversal. A passagem da condutividade elétrica normal para supercondutividade ocorre abruptamente em uma temperatura crítica Tc.
Os supercondutores precisam ser mantidos a temperaturas extremamente baixas. O hélio líquido, com um ponto de fusão de 4 Kelvin (-269°C) é usado para refrigerar vários materiais supercondutores. O nitrogênio líquido, com um ponto de fusão de 77 Kelvin (-196°C), pode ser utilizado para empregar alguns supercondutores cerâmicos. Os primeiros supercondutores foram os chamados supercondutores de baixa temperatura, bobinas destes supercondutores são geralmente resfriadas com hélio líquido.
Suas aplicações consistem em: 
· Supercondutores de alta temperatura para cabos de transmissão: podem oferecer benefícios significativos na transmissão de potência sem perdas, aumentando a capacidade de transmissão e substituindo os fluidos dielétricos utilizados atualmente nos cabos de cobre pelo ecologicamente aceito nitrogêniolíquido;
· Supercondutores de alta temperatura para motores: esta tecnologia pode ser aplicada à maquinas rotativas a fim de produzir aparelhos mais compactos, poderosos e eficientes;
· Supercondutores de alta temperatura para limitadores de corrente de falta: estes dispositivos operarão por um curto período para limitar a corrente de curto e proteger equipamentos valiosos. Neste caso não existe equivalente para este equipamento com a tecnologia convencional. Os limitadores de corrente de falta irão economizar gastos com atualização de equipamentos em condições de demanda crescente e maiores correntes de falta, sendo considerados equipamentos de qualidade;
· Supercondutores de alta temperatura para transformadores de potência: A fiação com supercondutores possibilitará a redução no tamanho e no peso dos transformadores pela metade, além de reduzirem as perdas também à metade. O fluido dielétrico utilizado para refrigerar transformadores convencionais seria substituído por nitrogênio líquido, eliminando ainda riscos de incêndio e outros problemas existentes atualmente. Como os transformadores convencionais já são os equipamentos mais eficientes da rede (perdas menores que 0,5%), os Materiais Elétricos 69 transformadores com supercondutores serão práticos apenas em grandes capacidades, provavelmente acima de 10MVA.