LISTA DE EXERCÍCIOS- CMAT

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LISTA DE EXERCÍCIOS
CIÊNCIA DOS MATERIAIS – 2019/2
PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
RODRIGO CASSANI
PROPRIEDADES ÓTICAS
1) Explique a opacidade e translucidez nos polímeros 
	Nos polímeros, o grau de translucidez é determinado principalmente pelo grau de cristalinidade. O espalhamento da luz visível ocorre nos contornos entre as regiões cristalina e amorfa.Em polímeros de alta cristalinidade, os fenômenos de espalhamento são intensos, tornando-os translúcidos ou opacos. Os polímeros amorfos são completamente transparentes. Por exemplo, o polietileno de alta densidade (de alto grau de cristalinidade) é opaco e o polietileno de baixa densidade (amorfo) é transparente.
2) A que se deve o brilho intenso dos metais? E a coloração amarelada do ouro? 
O brilho intenso dos metais está relacionado a baixa energia de gap que os elétrons precisam para passar da banda de valência para a banda de condução, eles absorvem luz, saltam, e ao retornarem liberam energia na forma de luz (brilho). Os materiais absorvem ondas de um comprimento e refletem de outros, o ouro por exemplo, absorve faixas menores de comprimento de onda, tais como azul e verde, e refletem as de comprimento maiores (amarelo, vermelho, laranja) resultando num brilho dourado.
3) Qual a diferença de materiais, translúcidos, transparentes e opacos em relação as propriedades ópticas? 
Os materiais capazes de transmitir a luz com absorção e reflexão relativamente pequenas são chamados de transparente, pode-se ver através deles. Os materiais translúcidos são aqueles através dos quais a luz é transmitida de maneira difusa, ou seja, a luz é dispersa em seu interior ao nível de que os objetos são distinguidos com clareza ao serem observados através de uma amostra de material. E por fim, os materiais opacos são impenetráveis a transmissão da luz visível.
4) Naturalmente, seres humanos não conseguem enxergar a noite sem alguma fonte de luz, entretanto, existem equipamentos como os militares de visão noturna que nos permite enxergar com clareza o ambiente ao nosso redor. Explique como isso é possível. 
	Por mais escuro que esteja para nossos olhos sempre existe uma pequena quantidade de luz iluminando os objetos, uma dessas luzes imperceptíveis é a luz infravermelha. Os visores noturnos utilizam de recursos eletrônicos para amplificar essa luz e gerar imagens nítidas daquilo que para nós estaria completamente escuro.
5) Alguns artigos de vidro como taças e jarros são denomidados "cristais" devido ao seu maior brilho quando comparado a um vidro tradicional. Explique porque os "cristais" possuem um brilho mais intenso que os vidros tradicionais. 
	O brilho intenso desses materiais está associado a composição química que confere maior índice de refração, ou seja, a relação entre a velocidade de propagação da luz no vácuo e a velocidade de propagação da luz no material, determinará o índice de refração do material, sendo mais brilhante a taça de cristal que um vidro comum devido ao seu maior índice de refração.
PROPRIEDADES TÉRMICAS
6) (A) Explique sucintamente por que a porosidade diminui a condutividade térmica dos materiais cerâmicos e poliméricos tornando-os mais isolantes termicamente. 
	A condutividade térmica dos materiais em geral se da pela transferência de calor através do material sólido, ou seja, a condutividade térmica será favorecida positivamente em materiais mais densos. Quando se aumenta a porosidade de um material, a área de condução será diminuida devido a poros cheios de ar ao longo da estrutura. A transmissão de calor pelo ar se da por convecção, que neste caso é bem menos eficiênte que por condução ao longo do material, ou seja, quanto mais poroso o material, menor será a transferência de calor, ou seja, mais isolante será o material.
(B) Explique sucintamente como o grau de cristalinidade afeta a condutividade térmica dos materiais poliméricos e por quê? 
	Aumentando o grau de cristalinidade de um polímero semi-cristalino sua condutividade térmica é aumentada também. As vibrações e rotações das mudanças moleculares são modos mais efetivos de transporte térmico quando uma estrutura cristalina prevalece.
7) (A) Como podem ser introduzidas tensões térmicas em uma estrutura devido a um aquecimento ou resfriamento rápido? 
	As tensões térmicas ocorrem quando um material fundido é resfriado de modo que a superfície deste sofra um resfriamente muito mais rápido que seu interior, deste modo, a superfície do material irá contrair numa taxa diferente de seu interior, gerando assim essas tensões. 
(B) Qual a natureza das tensões superficiais no resfriamento? E no aquecimento? 
	No resfriamento, as tensões superficiais ocorrerão em função do contraste de temperatura entre a superfície resfriada e o interior mais quente, criando tensões de tração. Já no aquecimento, o processo será inverso, gerando tensões compressivas.
8) Se 125 Btu de calor fosse fornecido a uma amostra de aço 1025 de 25 lbm que estava inicialmente a 77 °F qual seria a sua temperatura ao final do aquecimento? Cp=0,116 Btu/lbm°F 
=
9) Calcule a massa específica para a alumina (Al2O3) a 500°C dado que sua massa específica a temperatura ambiente é de 3,94 g/cm3. Considere o coeficiente volumétrico de expansão térmica, αv=3αl, onde αl=7,6x10-6°C-1 
10) (A) Calcule o fluxo de calor através de uma chapa de prata com 10 mm de espessura se as temperaturas nas duas faces forem de 330 °C e 100 °C; assuma o transporte de calor em regime estacionário. k= 428 W/m.K 
(B) Qual a perda de calor total se a área da chapa é de 0,20 m2? 
PROPRIEDADES MECÂNICAS
11) - Defina deformação elástica e deformação plástica. 
	Deformação elástica é a capacidade de um material se deformar durante a aplicação de uma carga e voltar a sua forma inicial após a retirada dessa carga, já a deformação plástica, é a deformação irreversível do material, ou seja, durante a aplicação de uma carga o material se deforma, mas após a retirada dessa carga, o material não retorna ao seu formato inicial. 
12) Na figura abaixo temos um gráfico de tensão ( σ ) por deformação ( ε ), 
explique o que representa os pontos indicados como 1, 2, 3 e 4.
1- Modulo de Yong: a tensão e deformação são proporcionais, é calculado pela tangente do ângulo formado na região de comportamento elástico da curva. Nesse ponto o material se deforma apenas elasticamente. 
2- Limite de escoamento: é o ponto onde passa do regime eslástico para o plástico.
3- Resistência mecânica máxima: resistência máxima de carga de um material, a partir desse ponto o material sofre o efeito de "empescoçamento" ou fratura.
4- Fratura: Momento exato em que o material se rompe. 
13 - Como pode ser definida a dureza? Quais as três técnicas de ensaio de dureza mais comum para os materiais? 
	
	A dureza de um material mostra o quão rígido ele é, ou seja, é uma medida de resistência a uma deformação plástica localizada. As 3 técnicas mais usadas para essas medições são os ensaios de dureza Rockwell, Brinell e Vickers. O princípio para as 3 é basicamente o mesmo, o corpo de prova recebe uma carga e é deformado plasticamente atravéz de um identador, as medidas da deformação são coletadas e atravéz de cálculos é determinado a dureza desse material. O que vai diferenciar os 3 são os tipos de identadores e as cargas aplicadas para diferentes tipos de materiais. 
14 - Qual ensaio é indicado para determinar a: 
a- Resistência mecânica;
	Ensaios de tração. 
b- Resistência superficial; 
	Ensaios de dureza.
c- Vida útil a tensões cíclicas; 
	Ensaios de fadiga.
d- Resistência ao impacto; 
	Ensaios de impacto.
e- Resistência a deformação; 
	Ensaios de tração.
PROPRIEDADES MAGNÉTICAS
15) Como podemos definir o magnetismo? 
	Magnetismo pode ser definido pela atração e repulsão que um material exerce sobre outro material.
16) Quais as principais diferenças e similaridades entre um material diamagnético e um material paramagnético?
	São materiais que exercem campo magnético quando outro campo magnético externo é aplicado. Os diamagnéticos, quandoaplicado campo magnético externo, a magnetização tem sentido oposto ao campo externo, gerando assim repulsão, já os paramagnéticos, quando aplicado campo magnético, a magnetização ocorre no mesmo sentido.
 
17) Quais as principais diferenças e similaridades entre um material 
ferromagnético e um material ferrimagnético? 
	Os materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos se assemelham por: Existe uma interação de acoplamento entre os momentos magnéticos de átomos/cátions adjacentes para ambos os tipos de materiais; Tanto os ímãs ferromagnéticos quanto os ferrimagnéticos formam domínios; O comportamento B-H de histerese é exibido por ambos e, dessa forma magnetizações permanentes são possíveis.
	As diferenças entre os materiais ferromagnéticos e os ferrimagnéticos são as seguintes:
	-O acoplamento dos momentos magnéticos é paralelo para os materiais
ferromagnéticos, e antiparalelo para os ferrimagnéticos; 
	-Os materiais ferromagnéticos,
sendo materiais metálicos, são condutores elétricos relativamente bons, uma vez que os materiais ferrimagnéticos são cerâmicos, eles são isolantes elétricos; 
	-As magnetizações de saturação são maiores para os materiais ferromagnéticos.
18) Explique porque a magnitude da magnetização de saturação diminui com o aumento da temperatura. Por que o comportamento ferromagnético desaparece acima da temperatura de Curie? 
Com o aumento da temperatura, maiores vibrações térmicas tendem a contrabalançar as forças de acoplamento dos dipolos nos materiais ferromagnéticos, consequentemente, a magnetização de saturação diminui gradualmente com a temperatura até a temperatura de Curie, que tornam os materiais ferromagnético em paramagnético.
19) Explique por que repetidas quedas no chão de um ímã permanente irão fazer com que ele fique desmagnetizado. 
	Ocorrerá desordem na orientação dos domínios magnéticos, gerando assim a perda de magnetização.
PROPRIEDADES ELÉTRICAS
20) Porque no estado líquido o NaCl é um bom condutor de eletricidade, enquanto no estado sólido não é? 
	No estado sólido o NaCl não possui íons livres, não podendo então condizir eletricidade. Quando dissolvido, ocorre a dissociação do composto gerando Na+ e Cl-, com íons livres, a condução de eletricidade torna-se possível.
21) O que é banda de condução e onde estão localizadas? 
	Quando falamos de materiais sólidos, falamos de bandas de condução e bandas de valencia, onde, os eletrons estão localizados na banda de condução e as bandas de valência são as camadas mais externas do átomo. Em termos de propriedades elétricas, o material é condutor quando a distancia entre essas duas bandas é proxima de zero, ou seja, os eletrons podem se locomover facilmente para a banda de valência. Nos semi-condutores, existe um espaçamento entre essas bandas, e o material só se torna condutor a partir de uma determinada energia fornecida. Os isolantes pos sua vez possuem uma distância entre essas bandas tão grande, que seria necessário uma energia muito grande e totalmente inviável, para que esse material se torne um condutor.
22) O que é resistividade elétrica? Um material condutor possui um valor alto ou baixo de resistividade?
	A resistividade é a capacidade que um material tem de resistir a pssagem de corrente elétrica, em outras palavras, quanto maior a resistividade de um material, mais isolante ele é, e consequentemente, quanto menor a resistividade, maior será a condutividade elétrica desse material.