Capitulo 5 | Resposta de Questões 1 a 51 Paulo Sacchet

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13/03/2020 Capitulo 5 resposta de questões 1 a 51 – paulosacchet
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paulosacchet
Capitulo 5 resposta de questões 1
a 51
ON 4 DE DEZEMBRO DE 2015 / POR PSACCHET
1- Elementos de liga influem pouco no módulo de elasticidade.
Entretanto, as resistências mecânicas são significativamente
afetadas. Por quê?
O módulo de Elasticidade pode ser considerado como sendo a rigidez
ou a resistência do material à deformação elástica. Quanto maior for o
módulo, mais rígido será o material, ou menor será a deformação
elástica que irá resultar da aplicação de uma dada tensão. A adição de
elementos de liga altera a matriz da liga, a qual fornece ao material as
principais características em relação ao alongamento; alterando
consequentemente aresistência mecânica dos materiais.
 
2- Porque as ligas de metais tem maior resistência mecânica do que
os metais puros?
Com a adição de elementos de liga temos a diminuição dos
movimento das discordâncias, em relação ao metal puro, a presença
de um elemento intersticial ou substitucional reduz a mobilidade de
movimento das discordâncias, a adição de um elemento
substitucional maior compensa a região tracionada e menor
compensa a região comprimida, quanto maior a diferença entre o
tamanho dos átomos e a quantidade maior será a solidificação em
relação ao elemento puro, para deformar um material com adição de
elemento de liga necessita-se de maior energia, levando ao aumento
da resistência ao escoamento.Microestruturas polifásicas são mais
resistentes que o metal puro.
 
3- Qual a dificuldade de se empregar deformação plástica para
obter-se um aumento de resistência mecânica para metais como
chumbo, zinco e estanho?
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Estes metais tem uma baixa temperatura de recristalização , fazendo
com que o material volte facilmente a seu estado original.
 
4- Qual o efeito da temperatura sobre o módulo de elasticidade e
sobre a resistência mecânica de um metal?
Em metais o módulo de elasticidade e a resistência mecânica
diminuem com o aumento da temperatura.
 
5- Qual a diferença entre tensão de cisalhamento crítica e tensão de
cisalhamento efetiva?
A tensão de cisalhamento crítica é a tensão mínima necessária para
iniciar o escorregamento dos planos dentro de um monocristal, que
tem seu início de escorregamento para a direção de orientação que
está mais favorável.
A tensão de cisalhamento efetiva é a tensão paralela e perpendicular à
direção de uma tensão por tração ou compressão, as tensões de
cisalhamento efetivas não dependem apenas das tensões aplicadas,
mas também da orientação do plano de escorregamento e a direção
dentro do mesmo plano.
 
6- Porque metais com tamanho de grão pequeno possuem á
temperatura ambiente maior resistência mecânica do que se
possuíssem grãos maiores?
Materiais menores tem um maior número de contornos de grão,
sendo estes possuem orientações cristalográficas diferentes, criando
uma barreira para movimentação das discordâncias e em
consequência disto ocorre o aumento da resistência mecânica do
material.
 
7- Porque metais com tamanho de grão grande possuem à elevadas
temperaturas maior resistência mecânica do que se possuíssem
grãos pequenos?
Quando submetemos os metais a temperaturas elevadas temos
fenômenos de difusão em suas microestruturas, que impedem a
movimentação das discordâncias. Este fenômeno ocorre mais
facilmente em tamanhos de grãos pequenos, sendo que em grãos
maiores é necessário maior energia para que ocorra este fenômeno, o
que torna um material com grão maior mais resistente
mecanicamente.
 
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8- Os grãos aumentam seu tamanho médio a altas temperaturas?
Porque não diminuem a baixas temperaturas?
O crescimento dos grãos ocorre através da migração de contornos de
grão e sua energia associada. O início do crescimento do grão é uma
relação entre o tempo e a temperatura de exposição, e só ocorre acima
da temperatura de recristalização, os grãos não diminuem com baixas
temperaturas porque o material já está recristalizado.
 
9- Explique como um átomo de um elemento liga bloqueia uma
discordância em movimento.
Os átomos da liga impõem normalmente deformações na rede
cristalina sobre os átomos vizinhos, o resultado disto são interações
do campo de deformação da rede cristalina entre as discordâncias e
os átomos da liga acrescentada, em consequência disto o movimento
da discordância e restringido, a resistência ao escorregamento é
maior quando os átomos da liga estão presentes, pois a deformação
global da rede cristalina aumenta se uma discordância for separada.
 
10- Explique os diferentes estágios de fluência.
Fluência é a deformação plástica sofrida ao longo do tempo por um
material que é submetido a uma carga ou tensão constante.
Em um ensaio de fluência temos três estágios:
1) alongamento inicial instantâneo: a taxa de fluência diminui ao
longo do tempo,
2) inclinação constante: a tensão varia proporcionalmente em
função do tempo, em consequência de um equilíbrio entre o
endurecimento do material e a capacidade de suportar deformações,
3) a taxa de fluência aumenta rapidamente com o tempo, até a
ruptura do corpo de prova, nesta etapa a deformação do material é tal
que já atingiu o nível microscópio.
 
 
11- O que e recuperação, recristalização e crescimento de grão?
Descreva esses fenômenos.
O recozimento é qualquer tratamento térmico realizado com o
objetivo de reduzir ou eliminar os efeitos da deformação plástica
sobre a estrutura de um material metálico. O processo de recozimento
envolve normalmente três etapas: recuperação, recristalização e
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crescimento de grão, que estarão presentes em maior ou menor
intensidade dependendo de alguns fatores que serão discutidos
posteriormente.
Na etapa de recuperação ocorrem todas as mudanças que não
envolvem a varredura da estrutura deformada pela migração de
contornos de grão de alto ângulo. A estrutura deformada não é
modificada, apenas a densidade e a distribuição dos defeitos
presentes são alteradas.
Já na recristalização, a orientação cristalina de qualquer região no
material deformado é modificada pela passagem de contornos de
grão de alto ângulo através do material. Na recristalização primária
ocorre a nucleação de novos grãos, principalmente nos contornos de
grãos deformados. Devido à elevada energia interna presente no
material gerada na deformação, os novos grãos crescem às custas da
estrutura deformada, até eliminá-la completamente.
A continuidade do recozimento leva ao crescimento de grão, etapa na
qual a estrutura já recristalizada passa a apresentar crescimento
anormal de alguns grãos pela continuação do processo de migração
dos contornos de grão. Essa etapa é também denominada
recristalização secundária e é ativada pela redução de energia
superficial dos contornos de grão, diferenciando-seassim da
recristalização primária.
 
12- Qual a distinção entre trabalho a frio e trabalho a quente para
um metal. Para o tungstênio, por exemplo, qual seria a temperatura
limite entre um e outro?
O trabalho a quente é definido como a deformação sob condições de
temperatura e taxa de deformação tais que processos de recuperação
e recristalização ocorrem simultaneamente com a deformação. De
outra forma, o trabalho a frio é a deformação realizada sob condições
em que os processos de recuperação e recristalização não são efetivos.
Para o tungstênio a temperatura de recristalização é 1200°C, acima
desta temperatura ocorre o trabalho a quente, abaixo desta
temperatura ocorre o trabalho à frio.
 
13- Descreva a fratura dúctil e a fratura frágil.
Fratura dúctil ocorre apenas após extensa deformação plástica e se
caracteriza pela propagação lenta de trincas resultantes da nucleação
e crescimento de microcavidades.
Fratura frágil ocorre pela propagação rápida de trincas,
acompanhada de pouca ou nenhuma deformação. Nos materiais
cristalinos ocorre em determinados planos cristalinos chamados
planos de clivagem ou ao longo dos contornos de grão.
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14- Qual a importância da temperatura de transição. Que estruturas
estão mais susceptíveis a transformação dúctil-frágil?
A transição de dúctil para frágil está relacionada com a dependência
da absorção da energia de impacto que é medida em relação á
temperatura, para muitas ligas existe uma faixa de temperaturas ao
longo da qual ocorre esta transição, abaixo da temperatura de
transição dúctil-frágil o valor de energia de impacto absorvida é
constante, portanto a fratura é do tipo frágil, acima é uma fratura do
tipo ductil, este comportamento é encontrado tipicamente em aços
com baixa resistência que possuem uma estrutura cristalina CCC,
para estes aços a temperatura de transição é sensível tanto a
composição da liga como a sua microestrutura.
 
15- Explique porque um metal monocristalino e mais macio e ductil
que um metal policristalino?
Metais monocristalino não possuem variações na geometria do seu
arranjo cristalino que impeçam o movimento das discordâncias,
metais policristalinos são mais resistentes do que os equivalentes
monocristalinos, isto significa que são necessárias maiores tensões
para dar início ao escorregamento e ao consequente escoamento, isto
ocorre também em função das restrições geométricas que são
impostas sobre os grãos durante a deformação, esta resistência do
material policristalino o torna menos macio e dúctil quando
comparado com um equivalente monocristalino.
 
16- Qual a possível relação entre resistência mecânica a tração de
um metal e o resultado de dureza Brinell? Por quê?
A resistência mecânica e dureza brinell estão diretamente ligados a
resistência de um material a deformações plásticas, isto é, o aumento
de uma das propriedades resulta no aumento proporcional da outra.
 
17- Qual a possível relação entre resistência mecânica e limite a
fadiga de um metal? Por quê?
Quanto maior a resistência mecânica de um material, maior será a sua
resistência á tração e consequentemente maior será oseu limite de
resistência à fadiga.
 
18- Em que etapas podem-se dividir o processo de fadiga de um
material metálico?
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Fadiga é a ruptura de um componente pela propagação de uma
fissura gerada pela aplicação de tensões cíclicas.
Esse processo ocorre em 3 etapas:
1-Nucleação de uma fissura em alguma irregularidade (ponto de
concentração de tensões) após aplicação de um determinado número
de ciclos de carregamento, formam-se extrusões e intrusões, onde é
intensa a concentração de tensões. Taxa de crescimento de trinca:
muito baixa (10-10 m/ciclo).
2- Propagação da fissura, ocorre a propagação da trinca bem definida
com velocidade elevada.
3- Ruptura catastrófica quando a trinca já percorreu uma área
suficiente e o material não consegue suportar a carga aplicada e
ocorre a fratura.
 
19- A presença de discordância contribui positivamente ou
negativamente para a deformação plástica de um metal?
A presença de discordâncias contribui negativamente para a
deformação plástica de um metal, a resistência mecânica aumenta
com a presença das discordâncias e a capacidade de deformação
plástica diminui.
 
20- Explique a Figura 1 abaixo.
 
 
 
 
O trabalho a frio é acompanhado do encruamento que é ocasionado
pela interação das discordâncias entre si e com outras barreiras, tais
como contornos de grão que impedem o seu movimento através da
rede cristalina. A deformação plástica produz também um aumento
no número de discordâncias, as quais, em virtude de sua interação,
resultam num elevado estado de tensão interna na rede cristalina. Um
metal cristalino contém em média 106 a 108 cm de discordâncias por
cm³, enquanto que um metal severamente encruado apresenta cerca
de 1012 cm de discordâncias por cm³. A estrutura característica do
estado encruado examinada ao microscópio eletrônico, apresenta
dentro de cada grão, regiões pobres em discordâncias, cercadas por
um emaranhado altamente denso de discordâncias nos planos de
deslizamento.Tudo isto resulta macroscopicamente num aumento de
resistência e dureza e num decréscimo da ductilidade do material
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21- Relacione a estrutura e as propriedades mecânicas apresentadas
na Figura 2.
 
O gráfico da figura dois ilustra a resistência à tração e a ductibilidade
em função do aumento do tamanho do grão e aumento da
temperatura de uma liga de latão, o gráfico abaixo representa a
recuperação por recristalização e o aumento do grão da liga em
função do aumento de temperatura, inicialmente os grãos foram
submetidos ao trabalho á frio, ocorrendo a diminuição dos grãos e o
aumento das discordâncias, nesta etapa o material consegue suportar
à uma deformação tensão maior com menor deformação, a medida
que a temperatura aumenta ocorre a recristalização do material, nesta
etapa o material se reorganiza e forma novos grãos, ocorre também á
medida que a temperatura aumenta o aumento do grão, com a
reorganização e aumento do tamanho médio do grão o material tende
perder resistência à tração e aumentar sua ductibilidade.
 
22- O cloreto de sódio é isolante no estado sólido. Entretanto no
estado líquido, ele e um bom condutor. Justifique.
O cloreto de sódio em estado sólido forma um arranjo cristalino e não
possui elétrons livres, isto é, não tendo condutibilidade elétrica. No
estado líquido o cloreto de sódio se dissocia em Na+ e Cl-, formando
íons que irão disponibilizar uma boa condutibilidade a solução.
 
23- 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.
A queda da condutibilidade elétrica dos metais com o aumento da
temperatura se deve ao aumento das vibrações térmicas e de outras
irregularidades de rede), que servem como centros de espalhamento
de elétrons aumentando a resistividade do material, enquanto que os
materiais semicondutores o aumento da temperatura resulta em um
aumento da na energia térmica que está disponível para a excitação
dos elétrons , desta forma mais elétrons são promovidos para a banda
de condução, o que dá origem a maior condutividade elétrica.
 
24- Por que o efeito da temperatura na condutividade elétrica é, em
geral, mais acentuado em um semicondutor do que em um isolante?
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https://paulosacchet.wordpress.com/2015/12/04/capitulo-5-resposta-de-questoes-1-a-51/ 10/36O efeito da temperatura em materiais semicondutores e isolantes
pode ser relacionado ao modelo de ligação atômica, para os materiais
isolantes elétricos a ligação interatômica é iônica ou fortemente
covalente, desta forma os elétrons de valência se encontram
fortemente ligados, desta forma estes elétrons não estão livres para
conduzir, a ligação dos semicondutores é covalente (ou
predominantemente covalente) e relativamente fraca, neste caso os
elétrons de valência não estão firmemente ligados aos átomos,
consequentemente estes elétrons são mais facilmente removidos por
excitação térmica do que os elétrons dos materiais isolantes.
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25- A adição de pequenas quantidades (menos de um ppm) de
arsênio no germânio aumenta drasticamente sua condutividade
elétrica (semicondutor do tipo n), enquanto que a adição de
pequenas quantidades (menos de um ppm) de gálio no germânio
também aumenta drasticamente sua condutividade elétrica
(semicondutor do tipo p). Explique estes dois comportamentos.
O átomo de arsênio corresponde a um semicondutor tipo “n”, com
cinco elétrons de valência, ao se incorporado em uma matriz de
germânio só quatro de seus elétrons formarão ligações com os
elétrons vizinhos, deixando um livre com energia de ligação
relativamente pequena, desta forma ele é removido com facilidade do
átomo de impureza, se tornando um elétron livre ou de condução, no
caso Ga dentro do Ge, geram-se semicondutores tipo “p”, onde, em
lugar de um elétron livre, falta um elétron dentro da ligação e forma-
se um buraco que se encontra fracamente ligado ao átomo da
impureza, o elétron e o buraco trocam de posições, quando em
movimento o buraco é considerado em um estado excitado, a
movimentação sofrida pelo buraco ocasiona a condução de
eletricidade dentro deste tipo de semicondutores.
 
26- Por que a deformação plástica de um metal ou liga aumenta sua
resistividade elétrica e o posterior recozimento a diminui?
A deformação plástica aumenta a resistividade elétrica dos materiais
em consequência do maior número de discordâncias que causam o
espalhamento dos elétrons, quando o material é recozido ocorre uma
recristalização, em consequência da recristalização ocorre à redução
das discordâncias e defeitos cristalinos, reduzindo o espalhamento e
aumentando a mobilidade dos elétrons, isto reduz a resistividade
elétrica.
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27- Por que pequenas adições de soluto aumentam a condutividade
elétrica do germânio e diminuem a do cobre?
No germânio existem buracos dentro da matriz que poderão
movimentar-se com a presença de um soluto, aumentando a
condutividade elétrica, no cobre quando adicionado um soluto vai
ocasionar em um excesso de elétrons livres, que irão impedir a sua
própria movimentação, deixando a transmissão de energia mais lenta
e aumentando a resistividade elétrica.
 
28- Pode um condutor metálico apresentar os fenômenos de
ferroeletricidade e/ou piezoeletricidade?
A ferroeletricidade e a piezoeletricidade são propriedades elétricas
 características de materiais com geometria de molécula assimétrica e
ligações iônicas, os materiais metálicos apresentam uma estrutura
uniforme e mesma carga para cada átomo propriedades opostas às
necessárias para os fenômenos ferroeletricidade e piezoeletricidade.
 
29- Qual a diferença entre condução eletrônica e condução iônica?
Uma corrente elétrica resulta do movimento de partículas
eletricamente carregadas em resposta às forças que atuam sobre elas
á partir de um campo elétrico aplicado externamente, na maioria dos
materiais sólidos, uma corrente tem origem á partir do escoamento de
elétrons, que forma a condução eletrônica, condução iônica é quando
é possível um movimento líquido de íons carregados produzindo
uma corrente elétrica.
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30- Em termos de bandas de energia eletrônica discuta a razão para
a diferença na condutividade elétrica entre metais, semicondutores
e isolantes.
A diferença de condutividade elétrica dos metais, semicondutores e
isolantes está relacionada com o espaçamento entre as bandas de
energia, os metais apresentam elétrons livres na banda de valência e
na banda de condução, neste caso pode-se dizer que nos metais o
espaçamento entre as bandas está preenchido com elétrons livres,
alguns metais apresentam superposição das bandas de valência e de
condução. Os semicondutores apresentam a banda de valência
separada da banda de condução por um espaçamento entre as
bandas, os elétrons da banda de valência só precisam de uma
quantidade baixa de energia para se promoverem para a banda de
condução. No caso dos isolantes os espaçamentos entre as bandas são
relativamente grandes, para promover um elétron da banda de
valência até a banda de condução é preciso fornecer uma quantidade
alta de energia.
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31- Quais são as principais diferenças e similaridades entre um
material:
(a) Diamagnético e paramagnético;
Entre as similaridades dos materiais diamagnéticos e paramagnéticos
está a característica de que os dois materiais são magnéticos , e sua
magnetização ocorro somente com a presença de um campo
magnético, a principal diferença é de que os materiais diamagnéticos,
quando submetidos ao campo, geram um momento magnético muito
pequeno em direção oposta ao campo, os paramagnéticos geram
momentos magnéticos na mesma direção do campo.
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(b) Ferromagnético e ferrimagnético?
Os materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos apresentam
praticamente o mesmo comportamento com a presença de dipolos
magnéticos permanentes em ausência de um campo magnético
externo, a diferença entre eles é que os ferromagnéticos, por serem
metais apresentam os momentos magnéticos determinados pelos
elétrons, enquanto que os materiais ferrimagnéticos, que são
geralmente óxidos metálicos, têm momentos magnéticos
determinados pelas cargas dos íons que estão presentes namolécula,
cujos spins não ficam cancelados por completo.
 
32- O que e material magnético mole?
Um material magnético mole é aquele que apresenta perdas de
energia baixas, um material magnético mole deve possuir uma
elevada permeabilidade inicial, além de uma baixa coercividade, este
material pode atingir a sua magnetização de saturação com a
aplicação de um campo relativamente pequeno, isto permite que este
material possa ser magnetizado e desmagnetizado com facilidade
com baixas perdas de energia por histerese.
 
33- O que e magnetico duro?
Um material magnético duro retém o magnetismo mesmo na
ausência de um campo magnético externo, um magnético duro
possui remanência, coercividade, e densidade do fluxo de saturação
elevadas, assim como baixa permeabilidade inicial e grandes perdas
de energia por histerese, estes materiais mesmo quando submetidos a
um campo magnético externo conseguem induzir um campo
magnético grande.
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34- Desenhe um ciclo de histerese para um material magnético mole
(por exemplo, ferro) recozido. Como a deformação plástica a frio
altera o ciclo dehisterese deste material?
 
A deformação plástica á frio reduz o tamanho do grão e produzem
discordâncias nos metais, os defeitos estruturais tendem a restringir o
movimento das paredes do domínio, e desta forma aumentar a
coercividade, a presença de defeitos estruturais faz com que seja
necessário um campo magnético muito forte para magnetizar o
material.
 
35- Explique porque materiais ferromagnético podem ser
permanentemente magnetizados, enquanto materiais
paramagnéticos não podem.
Os materiais paramagnéticos não podem ser magnetizados
permanentemente porque eles perdem a orientação ordenada dos
spins quando elimina-se o campo magnético ao que estão
submetidos, enquanto que os materiais ferromagnéticos ao serem
submetidos a campos magnéticoa muito fortes podem mudar a
orientação dos spins magnéticos, e com a energia fornecida podem
manter a nova orientação adquirida.
 
36- Qual e a diferença entre a estrutura cristalina espinélio e
espinélio inverso?
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A estrutura do espinélio é do tipo A B X , nesta estrutura os íons
O formam um arranjo CFC enquanto os íons de Fe enchem os
sítios octaédricos e os Fe localizam-se nas posições tetraédricas, as
estruturas de espinélio inverso possuem simetria cúbica similar à do
espinélio, nesta estrutura os cátions Fe ocupam as posições
tetraédricas, enquento que os cátions Fe ocupam as octaédricas, as
diferentes posições do Fe são responsáveis pela magnetização do
material.
 
37- Explique brevemente porque a magnitude de saturação de
magnetização diminui com o aumento da temperatura para um
material ferromagnético e porque o comportamento ferromagnético
cessa acima da temperatura de Curie.
A magnetização de saturação é máxima na temperatura de 0 K, nesta
condição as vibrações térmicas são mínimas, com o aumento da
temperatura, a magnetização de saturação diminui gradualmente,
então cai abruptamente para zero, esta temperatura é conhecida como
temperatura Curie, as alterações nos momentos magnéticos são
geradas pelas vibrações em consequência do aumento de temperatura
reduzindo gradativamente magnetização de saturação.
 
38- Em um dia frio, as partes metálicas de um carro causam maior
sensação de frio que as partes de plástico, mesmo estando na
mesma temperatura. Justifique.
A diferença está na condutividade térmica dos materiais, o metal
apresenta maior condutividade térmica que os plásticos, isto faz com
que este material libere a energia mais rapidamente para o ambiente,
no plástico existem diferentes condutividades, que perdem a sua
energia interna a uma taxa menor e conseguem manter energia por
mais tempo, o metal pode apresentar vibrações fortes devido á sua
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13/03/2020 Capitulo 5 resposta de questões 1 a 51 – paulosacchet
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estrutura cristalina, enquanto que os plásticos apresentam uma
estrutura amorfa, por onde as vibrações tem mais impedimentos para
se transmitirem.
 
39- Justifique as afirmativas a seguir:
(a) a condutividade térmica de um poli cristal e ligeiramente menor
que a de um monocristal (do mesmo material).
O policristal apresenta diferenças nos arranjos cristalinos que
dificultam a passagem das vibrações da rede, dificultando a
transferência de energia e reduzindo a condutividade térmica, em um
monocristal não existem impedimentos para a condutividade, às
vibrações da rede são uniformes o que o torna mais condutivo
termicamente.
 
(b) uma cerâmica cristalina e geralmente melhor condutora térmica
que uma
cerâmica amorfa.
Dentro de uma estrutura amorfa as vibrações encontram um caminho
impedido para se transferirem, portanto a energia fica dentro da
estrutura, neste caso a condução térmica é pouco eficiente e ocorre a
uma taxa pequena, em um material cristalino a rede oferece um
caminho adequado para transferências das vibrações ao longo da
rede facilitando a condutividade.
 
40- Defina nível de Fermi.
O nível de Fermi é relacionado a energia que corresponde ao estado
de preenchimento mais elevado de elétrons a 0 K nos materiais
sólidos.
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41- A condutividade elétrica do alumínio e cerca de 20 ordens de
grandeza maior que a da alumina. Por outro lado, a condutividade
térmica do alumínio e apenas 8 vezes maior que a da alumina.
Justifique.
A alumina é um material que se encontra em equilíbrio energético em
consequência da ligação iônica, a molécula é eletricamente neutra e
não possui cargas que possam ser movimentadas, o alumínio
apresenta um número muito maior de elétrons livres na estrutura
cristalina, que se movimentam para conduzir eletricidade. Porém a
alumina apresenta dois tipos diferentes de átomos que fazem com
que a transferência de energia por vibrações seja maior, isto aumenta
a condutividade térmica da alumina, o alumínio apresenta elétrons
livres e vibrações como formas para transferir energia térmica, a
diferença entre o alumínio e seu óxido e menor se for comparada com
a diferença de condutividade elétrica entre ambos.
 
42- A condutividade térmica da alumina é maior que a
condutividade térmica de um aço inoxidável austenítico do tipo 316
(Fe-19%Cr-11%Ni-2,5%Mo). Como você justifica o fato de um
material cerâmico ser melhor condutor de calor que um material
metálico?
Para metais a presença de elementos de liga e/ou impurezas dentro
do arranjo cristalino diminui a condutividade térmica, pois eles criam
obstáculos para o caminho de movimentação dos elétrons e assim
dificultam a transferência de energia reduzindo a condutividade , a
alumina possui uma estrutura cristalina bem definida e dentro dala o
transporte de energia é feito via vibrações de rede, neste caso resulta
em um material mais eficiente na movimentação eletrônica, o que
resulta em uma maior condutividade, quando comparado ao aço do
tipo 316.
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43- Explique brevemente a expansão térmica usando a curva do
potencial de energia versus a distância interatômica.
 
A dilatação térmica dos sólidos tem origem na variação assimétrica
da energia de ligação com a distância interatômica, com o
aquecimento os átomos aumentam a frequência e amplitude de
vibração, isto faz com que a distância média entre os átomos aumente
ocasionando na expansão térmica.
 
44- Compare o efeito da temperatura sobre a condutividade térmica
e elétrica para materiais cerâmicos e metálicos.
Para os metais, a condutividade térmica aumenta com a temperatura,
pois o transporte de energia térmica através de vibrações da rede
cristalina e a movimentação de elétrons está facilitado, entretanto a
condutividade elétrica diminui com o aumento da temperatura
porque os elétrons movimentam-se em excesso, com isto tomam
caminhos por onde perdem energia e fazem ineficiente a condução de
eletricidade, o efeito da temperatura e a relação das condutividades
térmica e elétrica para os metais são dados pela lei de Wiedemann
Franz:
L=k/σT
Onde L é a constante de Wiedemann Franz e que varia segundo o
metal, k é a condutividade térmica, σ a condutividade elétrica e T a
temperatura.
A condutividade térmica dos cerâmicos é determinada pela vibração
do arranjo cristalino; a condutividade elétrica em geral é baixa devido
a pouca movimentação de elétrons, na maioria dos cerâmicos sem
poros a condutividade diminui com a temperatura, enquanto ela
aumenta para materiais porosos. No relacionamento com a
condutividade elétrica dos materiais cerâmicos, eles apresentam
condução predominantemente iônica; portanto devem se formar
defeitos como vacâncias e deslocamentos de íons com o aumento da
temperatura, com isto o aumento de temperatura aumenta também a
condutividade térmica.
 
45- Para cada um dos pares de material apresentado decida qual
deles tem a maior condutividade térmica. Justifique sua resposta.
(a) Prata pura; prata esterlina (92,5 Ag e 7,5 Cu % em peso);
Neste caso a prata pura apresenta maior condutividade térmica por
não possuir átomos de impurezas que possam espalhar elétrons e
impedir uma transferência de energia.
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p g
(b) Silica fundida; sílica policristalina;
A sílica policristalina apresenta maior condutividade térmica, porque
contém menor número de defeitos que a sílica fundida, o material
fundido pode apresentar mais de um tipo de defeito, como poros, os
quais se constituem como uma resistência térmica, reduzindo a
condutividade térmica.
 
46- A pele humana e relativamente insensível a luz visível, mas a
radiação ultravioleta pode ser-lhe bastante destrutiva. Isto tem
alguma relação com a energia do fóton? Justifique.
O comprimento de onda da radiação ultravioleta é menor que o da
luz visível, portanto a radiação UV tem maior energia, este valor de
energia da luz UV é suficiente para romper as cadeias de carbono que
conformam a pele humana, a exposição a este tipo de radiação causa
queimaduras e outros tipos de danos ao curto e longo período de
tempo.
 
 
47- Quais as principais diferenças e similaridades entre um fóton e
um fônon?
Fóton é o pacote de energia da luz, fônon é o quanto de energia
térmica é transmitida por vibrações, o comportamento do fóton é do
tipo eletromagnético e do fônon é mecânico, a similaridade é que a
energia deles depende dos seus comprimentos de onda.
 
48- Quando um corpo e aquecido a uma temperatura muito alta ele
se torna luminoso. À medida que a temperatura aumenta a sua cor
aparente muda de vermelho para amarelo e finalmente para azul.
Explique.
Quando um corpo absorve energia, os elétrons que fazem parte de
sua estrutura promovem-se de estado. A energia absorvida por cada
elétron corresponde a um comprimento de onda da sua cor.
 
49 O silício não é transparente a luz visível, mas é transparente a
radiação infravermelha. Justifique
Quando um feixe de radiação infravermelha é incidido em uma
chapa de silício, este feixe vai atravessar totalmente a chapa, portanto
o silício é transparente para esta radiação, isto se deve a estrutura
cristalina tipo diamante do silício que forma uma rede com muito
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poucos defeitos que interfeririam no caminho do feixe. No caso de
um feixe de luz visível quando incide no silício algumas faixas de
energia são absorvidas, como resultado tem-se um material opaco.
 
50 Um cristal de KCl é irradiado com raios ᵞ e adquire a cor purpura.
O cristal é colocado em um dessecador na temperatura ambiente.
Com o passar do tempo, o cristal vai perdendo a cor. Justifique este
comportamento.
Quando o cristal de KCl é irradiado com raios ү, aumenta a sua
temperatura em consequência da absorção de energia para o
comprimento de onda da cor púrpura, ao voltar a temperatura
ambiente, a energia absorvida é liberada e deixa de transmitir a maior
parte da luz visível, perdendo a cor.
 
51- Por que alguns materiais transparentes são incolores e outros
são coloridos? Por que a adição de zinco muda a cor do cobre?
Um material transparente é incolor porque permite a passagem de
toda a luz do espectro visível. Quando ele é colorido ele pode
absorver algumas longitudes de onda do espectro e transmitir outras,
este fenômeno é conhecido como adsorção seletiva. Ao adicionar o
zinco no cobre, muda-se as longitudes da onda que são
correspondentes à energia que a liga pode absorver, em comparação
com o cobre puro.
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