Versão Estendida dos Objetivos do Aprendizado - Callister

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MATERIAL SUPLEMENTAR PARA ACOMPANHAR
iv •
Sumário
Prefácio 1
Capítulo 1 Introdução 2
Capítulo 2 Estrutura Atômica e Ligação Interatômica 3
Capítulo 3 A Estrutura dos Sólidos Cristalinos 4
Capítulo 4 Imperfeições nos Sólidos 6
Capítulo 5 Difusão 8
Capítulo 6 Propriedades Mecânicas dos Metais 9
Capítulo 7 Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência 11
Capítulo 8 Falha 13
Capítulo 9 Diagramas de Fases 15
Capítulo 10 Transformações de Fases: Desenvolvimento da Microestrutura e Alteração 
das Propriedades Mecânicas 17
Capítulo 11 Aplicações e Processamento de Ligas Metálicas 19
Capítulo 12 Estruturas e Propriedades das Cerâmicas 21
Capítulo 13 Aplicações e Processamento das Cerâmicas 23
Capítulo 14 Estruturas dos Polímeros 25
Capítulo 15 Características, Aplicações e Processamento dos Polímeros 26
Capítulo 16 Compósitos 28
Capítulo 17 Corrosão e Degradação dos Materiais 30
Capítulo 18 Propriedades Elétricas 32
Capítulo 19 Propriedades Térmicas 34
Capítulo 20 Propriedades Magnéticas 35
Capítulo 21 Propriedades Ópticas 37
Capítulo 22 Questões Econômicas, Ambientais e Sociais na Ciência e 
Engenharia de Materiais 39
• 1
Prefácio
As normas de certificação, conforme exigidas por muitas organizações de certificação, incluem 
agora componentes de avaliação de resultados. Frequentemente, um desses componentes inclui a 
especificação de objetivos educacionais detalhados e, além disso, algum meio de avaliar se esses 
objetivos foram ou não atingidos pelos alunos. Uma forma de abordar essa questão consiste em os 
professores dos departamentos de engenharia incorporarem objetivos do aprendizado aos seus 
cursos. Vários objetivos do aprendizado de natureza geral estão incluídos nas primeiras páginas de 
cada capítulo do livro, os quais são relevantes para o conteúdo do capítulo. Adicionamos aqui uma 
lista detalhada de objetivos para cada um dos 22 capítulos. Acreditamos que, além de prover crité-
rios para avaliação dos resultados, eles também auxiliarão o professor na organização do material 
do curso, assim como direcionarão as apresentações em sala de aula; da mesma forma, esses obje-
tivos permitem ao professor confirmar se as metas foram atingidas ou não durante o curso. Quando 
distribuídos e usados pelos alunos, o estudo se torna mais focado e efetivo, e o preparo para os exa-
mes fica facilitado.
2 •
Objetivos do Aprendizado
 1. Listar seis diferentes classificações das propriedades dos materiais as quais determinam a sua 
aplicabilidade.
 2. Definir o que significa elemento estrutural de um material e, então, citar dois elementos 
estruturais.
 3. (a) Citar os quatro componentes que estão envolvidos no projeto, produção e utilização dos 
materiais. 
(b) Descrever sucintamente as inter-relações entre esses componentes.
 4. Citar três critérios que são importantes no processo de seleção de materiais.
 5. (a) Listar as três classificações principais dos materiais sólidos e, então, citar as características 
químicas que distinguem cada uma delas.
(b) Citar os dois tipos de materiais avançados e, para cada um deles, sua(s) característica(s) 
distinta(s).
 6. Classificar (qualitativamente) metais, cerâmicas, polímeros e materiais compósitos em relação a 
cada um dos seguintes tipos de propriedades: (1) massa específica, (2) rigidez, (3) resistência e 
(4) resistência à fratura. As classificações devem ser em ordem decrescente das faixas de valores.
 7. Classificar (qualitativamente) metais, cerâmicas, polímeros e materiais semicondutores de acordo 
com a condutividade elétrica (em ordem decrescente das faixas de valores).
 8. (a) Definir sucintamente um “material/sistema inteligente”.
(b) Explicar sucintamente o conceito de “nanotecnologia” na medida em que este se aplica aos 
materiais.
C a p í t u l o 1 Introdução
• 3
C a p í t u l o 2 Estrutura Atômica e 
Ligação Interatômica
Objetivos do Aprendizado
 1. Identificar os dois modelos atômicos citados e identificar as diferenças que existem entre eles.
 2. Descrever o importante princípio quântico-mecânico que está relacionado às energias dos 
elétrons.
 3. (a) Citar os quatro números quânticos eletrônicos.
(b) Para um elétron específico, mostrar o que cada um dos números quânticos determina.
 4. Escrever uma definição para o princípio da exclusão de Pauli.
 5. Citar a configuração eletrônica distinta que caracteriza cada grupo de elementos na tabela 
periódica.
 6. Escrever a equação que relaciona energia e força.
 7. (a) Representar de forma esquemática as energias de atração, repulsão e resultante versus a 
separação interatômica para dois átomos ou íons.
(b) Identificar nesse diagrama a separação de equilíbrio e a energia de ligação.
 8. (a) Descrever de forma sucinta as ligações iônica, covalente, metálica, de hidrogênio e de van der 
Waals.
(b) Identificar quais materiais exibem cada um desses tipos de ligação.
 9. Dada a fórmula química de um material, citar qual(is) tipo(s) de ligação(ões) é(são) possível(eis).
10. Dadas as eletronegatividades de dois elementos, calcular a porcentagem do comportamento 
iônico da ligação que se forma entre eles.
11. Explicar sucintamente por que a água se expande ao congelar.
4 •
C a p í t u l o 3 A Estrutura dos Sólidos Cristalinos
Objetivos do Aprendizado
 1. Definir um sólido cristalino.
 2. Descrever a diferença entre a estrutura atômica/molecular dos materiais cristalinos e não 
cristalinos.
 3. Definir sucintamente uma célula unitária.
 4. Desenhar células unitárias para as estruturas cristalinas cúbica de faces centradas, cúbica de corpo 
centrado e hexagonal compacta.
 5. Desenvolver as relações entre o comprimento da aresta da célula unitária e o raio atômico para as 
estruturas cristalinas cúbica de faces centradas e cúbica de corpo centrado.
 6. Dado o raio atômico de um átomo que está em uma estrutura cristalina cúbica de faces centradas, 
assim como o peso atômico do metal, calcular sua massa específica.
 7. Dado o raio atômico de um átomo que está em uma estrutura cristalina cúbica de corpo 
centrado, assim como o peso atômico do metal, calcular sua massa específica.
 8. (a) Explicar o que significa número de coordenação e fator de empacotamento atômico.
(b) Citar os fatores de empacotamento atômico e os números de coordenação para as estruturas 
cristalinas cúbica de corpo centrado, cúbica de faces centradas e hexagonal compacta.
 9. Definir sucintamente polimorfismo (ou alotropia).
10. Distinguir sistema cristalino de estrutura cristalina.
11. Identificar e também fornecer as relações dos parâmetros da rede para todos os sete sistemas 
cristalinos, isto é, cúbico, hexagonal, tetragonal, romboédrico, ortorrômbico, monoclínico e 
triclínico.
12. Dadas uma célula unitária e três coordenadas de pontos, localizar o ponto representado por esses 
índices no interior da célula unitária.
13. Dada a localização de um ponto no interior de uma célula unitária, especificar as coordenadas do 
ponto.
14. Dados três índices inteiros, esboçar a direção que corresponde a esses índices no interior de uma 
célula unitária (para todos os sistemas cristalinos).
15. Dada uma direção traçada com referência a uma célula unitária (para todos os sistemas 
cristalinos), especificar seus índices.
16. Dados uma célula unitária e os índices de Miller para um plano, traçar o plano representado por 
esses índices com relação a essa célula unitária.
17. Especificar os índices de Miller para um plano traçado no interior de uma célula unitária.
18. Dado um plano que tenha sido traçado com referência a uma célula unitária hexagonal, 
especificar seus índices de Miller-Bravais.
19. Para os cristais hexagonais, converter tanto os índices de direção quanto os de planos do sistema 
com três eixos para o com quatro eixos (Miller-Bravais).
20. Dada a célula unitária para alguma estrutura cristalina, desenhar o arranjo de compactação 
atômico/iônico para um plano cristalográfico específico.
21. Definir tantoa densidade atômica linear quanto a densidade atômica planar.
22. Para uma dada estrutura cristalina, determinar a densidade linear para uma direção cristalográfica 
específica.
23. Para uma dada estrutura cristalina, determinar a densidade planar para um plano cristalográfico 
específico.
24. (a) Desenhar a disposição compacta para um plano compacto de esferas (átomos).
A Estrutura dos Sólidos Cristalinos • 5
(b) Descrever como as estruturas cristalinas cúbica de faces centrada e hexagonal compacta 
podem ser geradas por meio do empilhamento de planos compactos de átomos.
(c) Citar quais planos são compactos nas estruturas hexagonal compacta e cúbica de faces 
centradas.
25. Distinguir entre materiais monocristalinos e policristalinos.
26. Definir contorno de grão.
27. Definir isotropia e anisotropia em relação às propriedades dos materiais.
28. Descrever sucintamente o fenômeno da difração.
29. Dado o ângulo no qual ocorre um pico de difração de raios X, assim como o comprimento de 
onda dos raios X e a ordem da reflexão, calcular o espaçamento interplanar para os planos 
cristalográficos que são responsáveis pelo pico de difração.
30. Para os cristais com simetria cúbica, dado o parâmetro da rede cristalina (isto é, o comprimento 
da aresta da célula unitária), calcular o espaçamento interplanar para um conjunto de planos 
cristalográficos com índices de Miller específicos.
6 •
C a p í t u l o 4 Imperfeições nos Sólidos
Objetivos do Aprendizado
 1. Descrever os defeitos cristalinos de lacuna e autointersticial.
 2. Dados a massa específica e o peso atômico de um determinado material, assim como o número de 
Avogadro, calcular o número de sítios atômicos por metro cúbico.
 3. Para um certo material, dados o número de sítios atômicos por metro cúbico, a energia necessária 
para a formação de lacunas e, ainda, o valor da constante dos gases, calcular o número de lacunas 
em equilíbrio a uma temperatura específica.
 4. Definir o termo liga.
 5. Citar os dois tipos de soluções sólidas e fornecer uma definição por escrito e/ou um esboço 
esquemático de cada um deles.
 6. Estabelecer os critérios para a formação das soluções sólidas substitucionais e intersticiais.
 7. Dados os raios atômicos dos átomos hospedeiros e de impurezas, assim como suas estruturas 
cristalinas, eletronegatividades e valências, determinar se as soluções sólidas que se formam são:
(a) Substitucional com solubilidade apreciável,
(b) Substitucional com solubilidade limitada, ou
(c) Intersticial.
 8. Dadas as massas e os pesos atômicos de dois ou mais elementos em uma liga metálica, calcular a 
porcentagem em peso e a porcentagem atômica de cada elemento.
 9. (a) Dados a composição (em porcentagem em peso) e os pesos atômicos para dois elementos em 
uma liga, determinar a composição em porcentagem atômica.
(b) Converter as composições em porcentagem atômica para porcentagem em peso.
10. Dados os pesos atômicos e as massas específicas para dois elementos em uma liga:
(a) Determinar a massa específica média quando a composição é especificada em porcentagem 
em peso.
(b) Determinar a massa específica média quando a composição é especificada em porcentagem 
atômica.
11. Dado o peso atômico para cada um de dois elementos em uma liga:
(a) Determinar o peso atômico médio quando a composição é especificada em porcentagem em 
peso.
(b) Determinar o peso atômico médio quando a composição é especificada em porcentagem 
atômica.
12. Para as discordâncias aresta, espiral e mista:
(a) Descrever e fazer um desenho esquemático da discordância;
(b) Observar a localização da linha da discordância; e
(c) Indicar a direção ao longo da qual a linha da discordância se estende.
13. (a) Descrever a estrutura atômica na vizinhança de um contorno de grão.
(b) Fazer uma distinção entre os contornos de grão de alto e de baixo ângulo.
(c) Explicar como um contorno de inclinação de baixo ângulo se forma por um conjunto de 
discordâncias aresta.
14. Descrever o arranjo de átomos na vizinhança de um contorno de macla.
15. Observar o papel dos defeitos de superfície na operação dos conversores catalíticos de 
automóveis, os quais reduzem as emissões dos gases de exaustão poluentes.
16. Definir os termos microestrutura e microscopia.
Imperfeições nos Sólidos • 7
17. Explicar quais preparativos são necessários para a observação da estrutura do grão de um material 
policristalino com um microscópio óptico.
18. Citar e descrever sucintamente a operação de cada um dos dois tipos de microscópios eletrônicos.
19. Em termos gerais, explicar sucintamente como operam os microscópios de varredura por sonda.
20. Dada uma fotomicrografia de um material policristalino, assim como sua ampliação, determinar o 
tamanho do grão empregando os métodos da interseção e da ASTM.
8 •
C a p í t u l o 5 Difusão
Objetivos do Aprendizado
 1. Definir sucintamente o termo difusão.
 2. Explicar os termos interdifusão e autodifusão.
 3. (a) Citar e descrever os dois mecanismos atômicos da difusão.
(b) Indicar para qual tipo a difusão ocorre mais rapidamente e, então, explicar por que isso 
ocorre.
 4. Calcular o fluxo difusivo, dada a massa de material que está difundindo através de uma área de 
seção transversal ao longo de um período de tempo específico.
 5. Definir os termos perfil de concentração e gradiente de concentração.
 6. Distinguir entre a difusão em regime estacionário e a difusão em regime não estacionário.
 7. Para a difusão em regime estacionário através de uma lâmina metálica, determinar o fluxo difusivo 
dados os valores para o coeficiente de difusão, a espessura da lâmina e as concentrações do 
componente em difusão em ambas as superfícies.
 8. Citar a força motriz para a difusão em regime estacionário.
 9. Escrever a segunda lei de Fick na forma de uma equação e definir todos os seus parâmetros.
10. Para a difusão para o interior de um sólido semi-infinito e quando a concentração do componente 
em difusão na superfície do sólido é mantida constante, calcular a concentração em uma 
determinada posição após um tempo especificado, dado o seguinte:
(a) a concentração no sólido antes da difusão,
(b) a composição na superfície e
(c) o valor do coeficiente de difusão do componente que está difundindo.
Além disso, considerar que está disponível uma tabulação dos valores para a função erro 
(semelhante à Tabela 5.1).
11. Citar dois fatores que influenciam a taxa de difusão (isto é, a magnitude do coeficiente de 
difusão).
12. Dadas a constante pré-exponencial, D0, a energia de ativação, a temperatura absoluta e a 
constante dos gases, calcular o valor do coeficiente de difusão.
13. Dado um gráfico do logaritmo do coeficiente de difusão (na base 10) em função do inverso da 
temperatura absoluta, determinar valores para a constante pré-exponencial do coeficiente de 
difusão e para a energia de ativação.
14. Citar e descrever os dois tratamentos térmicos usados para difundir impurezas para o interior do 
silício durante a fabricação de um circuito integrado.
15. A partir do ponto de vista da difusão, explicar por que as interconexões nos circuitos integrados 
são feitas de alumínio.
• 9
C a p í t u l o 6 Propriedades Mecânicas 
dos Metais
Objetivos do Aprendizado
 1. Listar três fatores que devem ser considerados ao projetar ensaios de laboratório para avaliar as 
características mecânicas dos materiais para uso em serviço.
 2. Dada a carga de tração sobre uma amostra e suas dimensões original e instantânea da seção 
transversal, calcular a tensão de engenharia e a tensão verdadeira.
 3. Dados os comprimentos original e instantâneo de uma amostra que está sendo carregada em 
tração, calcular a deformação de engenharia e a deformação verdadeira.
 4. Dada a magnitude de uma tensão de tração que é aplicada paralelamente ao eixo da amostra, 
calcular as magnitudes das tensões normal e cisalhante em um plano que está orientado em algum 
ângulo específico em relação à extremidade da amostra.
 5. Distinguir entre as deformaçõeselástica e plástica tanto em termos da definição quanto em 
termos do comportamento em um gráfico tensão-deformação.
 6. Calcular o módulo de elasticidade a partir de um diagrama tensão-deformação.
 7. Dados o módulo de elasticidade e a tensão ou a deformação de engenharia elástica, calcular o 
outro termo (deformação ou tensão).
 8. Para um material que exibe comportamento elástico não linear, calcular os módulos tangente e 
secante a partir de seu diagrama tensão-deformação.
 9. Dizer o que está ocorrendo ao nível atômico quando um material sofre uma deformação elástica.
10. Explicar sucintamente como a forma da curva da força em função da separação interatômica para 
um material influencia seu módulo de elasticidade.
11. Dada a área da seção transversal de uma amostra sobre a qual uma força cisalhante com 
magnitude especificada atua e, além disso, dada a deformação cisalhante resultante, calcular o 
módulo de cisalhamento.
12. Definir anelasticidade.
13. Dados o coeficiente de Poisson e a deformação elástica na direção da carga aplicada (ou 
deformação axial), calcular a deformação elástica na direção lateral (ou perpendicular).
14. Citar a faixa de valores típica para o coeficiente de Poisson de materiais metálicos.
15. Dados os valores para o módulo de elasticidade e o coeficiente de Poisson de um material 
isotrópico, estimar o valor de seu módulo de cisalhamento.
16. Dado um diagrama tensão-deformação de engenharia para um material metálico, determinar (a) 
o limite de proporcionalidade, (b) a tensão limite de escoamento (na pré-deformação de 0,002), 
(c) o limite de resistência à tração e (d) estimar o alongamento percentual.
17. Esboçar esquematicamente o comportamento tensão-deformação para um metal que exibe 
limites de escoamento superior e inferior diferentes e, então, explicar como o limite de 
escoamento é determinado.
18. Dados os comportamentos tensão-deformação para dois metais, distinguir qual é o mais 
resistente.
19. Para a deformação por tração de um corpo de prova cilíndrico dúctil, descrever as mudanças no 
perfil do corpo de prova até ele atingir o ponto de fratura.
20. Explicar por que a tensão de engenharia diminui com o aumento da deformação de engenharia 
após o ponto do limite de resistência à tração.
21. Citar faixas de valores típicas para o limite de escoamento e o limite de resistência à tração para 
ligas metálicas.
10 • Propriedades Mecânicas dos Metais
22. Definir de forma sucinta o termo ductilidade, e esboçar esquematicamente os comportamentos 
tensão-deformação de engenharia tanto para metais dúcteis quanto para frágeis.
23. Dadas as dimensões original e após a fratura de um corpo de prova deformado em tração, calcular 
a ductilidade em termos tanto do alongamento percentual quanto da redução percentual de 
área.
24. Para os materiais metálicos, citar quais parâmetros de tração são sensíveis (e também insensíveis) a 
qualquer deformação anterior, à presença de impurezas e/ou a qualquer tratamento térmico.
25. Para os materiais metálicos, citar como o módulo de elasticidade, os limites de resistência à tração 
e de escoamento e a ductilidade variam com o aumento da temperatura.
26. Dar definições sucintas e unidades para o módulo de resiliência e a tenacidade (estática).
27. Dados os valores para o limite de escoamento e o módulo de elasticidade de um determinado 
material, calcular seu módulo de resiliência.
28. Dados os comportamentos tensão-deformação para dois metais, determinar qual é o mais 
resiliente e qual é o mais tenaz.
29. Dados os valores para as constantes K e n na equação que relaciona a tensão plástica verdadeira e 
a deformação plástica verdadeira, calcular a tensão verdadeira necessária para produzir alguma 
deformação verdadeira específica.
30. Traçar esquematicamente os gráficos para os comportamentos tensão-deformação de engenharia 
e tensão-deformação verdadeiras em tração para o mesmo material e explicar a diferença entre as 
duas curvas.
31. Descrever o fenômeno da recuperação elástica usando um gráfico tensão-deformação.
32. Determinar a deformação elástica recuperada por um certo material, dados seu gráfico tensão-
deformação e a deformação total à qual uma amostra foi submetida.
33. Definir dureza em uma ou duas frases.
34. Citar três razões para que os ensaios de dureza sejam realizados mais frequentemente que 
qualquer outro ensaio mecânico em metais.
35. Citar as duas técnicas mais comuns de ensaios de dureza; observar duas diferenças entre elas.
36. Citar e descrever sucintamente as duas técnicas diferentes para ensaios de microdureza por 
impressão. Citar casos para os quais essas técnicas são geralmente utilizadas.
37. Citar três precauções que devem ser tomadas ao realizar ensaios de dureza para assegurar leituras 
precisas.
38. Traçar um diagrama esquemático do limite de resistência à tração em função da dureza para um 
metal típico.
39. Citar cinco fatores que podem levar a um espalhamento dos dados medidos.
40. A partir de um conjunto de valores de dados coletados, calcular tanto a média quanto o desvio-
padrão.
41. Dado o limite de escoamento de um material dúctil, calcular a tensão de trabalho.
• 11
C a p í t u l o 7 Discordâncias e Mecanismos 
de Aumento de Resistência
Objetivos do Aprendizado
 1. Descrever o movimento das discordâncias aresta pela translação de um semiplano extra de átomos 
conforme as ligações atômicas são repetida e sucessivamente rompidas e, então, restabelecidas.
 2. Descrever como ocorre uma deformação plástica pelo movimento de discordâncias aresta e espiral 
em resposta a tensões de cisalhamento aplicadas.
 3. Distinguir entre as discordâncias aresta e espiral em termos da direção do movimento da linha em 
resposta à aplicação de uma tensão de cisalhamento.
 4. Definir densidade de discordâncias e citar suas unidades.
 5. Dado um desenho das posições atômicas ao redor de uma discordância aresta, localizar as regiões 
das deformações compressiva e de tração que são criadas no cristal devido à presença da 
discordância.
 6. Citar e descrever os tipos de deformações da rede cristalina que são encontrados na vizinhança de 
uma discordância espiral.
 7. Definir sistema de escorregamento.
 8. Especificar as características de um sistema de escorregamento para uma dada estrutura cristalina.
 9. Especificar os sistemas de escorregamento para as estruturas cristalinas cúbica de faces centradas e 
cúbica de corpo centrado.
10. Definir tensão cisalhante rebatida e tensão cisalhante rebatida crítica.
11. Calcular a tensão cisalhante rebatida em um plano específico, dado o valor da tensão de tração 
aplicada, assim como 1) o ângulo entre a normal ao plano de escorregamento e a direção da 
tensão aplicada e 2) o ângulo entre as direções de escorregamento e da tensão.
12. Descrever a natureza da deformação plástica em termos do movimento de discordâncias para um 
monocristal que é puxado em tração.
13. Descrever como a estrutura do grão de um metal policristalino é alterada quando ele é 
deformado plasticamente.
14. Descrever sucintamente, a partir de uma perspectiva atômica, como a deformação plástica resulta 
da formação de maclas de deformação.
15. Citar duas diferenças entre a deformação por escorregamento e a por maclação.
16. Explicar por que e descrever como o limite de escoamento de um metal está relacionado à 
habilidade de as discordâncias se moverem.
17. Explicar como os contornos dos grãos impedem o movimento das discordâncias e por que um 
metal que possui grãos pequenos é mais resistente que um com grãos maiores.
18. Dado um gráfico do limite de escoamento em função de d1/2 (em que d é o tamanho médio do 
grão), determinar os valores de 0 e kl e também o limite de escoamento em um valor de d 
específico.
19. Descrever o fenômeno do aumento de resistência por solução sólida.
20. Explicar sucintamente o aumento da resistência por solução sólida para átomos de impurezas 
substitucionais em termos das interações das deformações da rede comas discordâncias.
21. Descrever o fenômeno do encruamento (ou trabalho a frio) em termos (a) das mudanças nas 
propriedades mecânicas e (b) do comportamento tensão-deformação.
22. Dadas as dimensões original e deformada da seção transversal de uma amostra metálica que foi 
trabalhada a frio, calcular a porcentagem de trabalho a frio.
23. Traçar esquematicamente o limite de resistência à tração, o limite de escoamento e a ductilidade 
em função da porcentagem de trabalho a frio para uma amostra metálica.
12 • Discordâncias e Mecanismos de Aumento de Resistência
24. Descrever e explicar o fenômeno do encruamento em termos das interações e das discordâncias 
do campo de deformações.
25. Citar três características/propriedades que ficam alteradas quando um metal é deformado 
plasticamente.
26. Descrever sucintamente as mudanças que ocorrem quando um metal sofre recuperação.
27. Descrever a recristalização em termos tanto da alteração da microestrutura quanto das 
características mecânicas do material.
28. Citar a força motriz para a recristalização.
29. Para um metal que foi previamente trabalhado a frio, traçar um gráfico esquemático de como o 
limite de resistência à tração e a ductilidade à temperatura ambiente variam com a temperatura 
(para um tempo de tratamento térmico constante) na vizinhança da temperatura de 
recristalização. 
30. Definir temperatura de recristalização.
31. Citar dois fatores que influenciam a temperatura de recristalização de um metal ou liga e, então, 
avaliar de que maneira eles influenciam a temperatura de recristalização.
32. Fazer uma distinção entre trabalho a quente e trabalho a frio.
33. Descrever um procedimento que possa ser empregado para reduzir a área de seção transversal de 
uma amostra cilíndrica, dados os raios original e após a deformação e, além disso, a resistência e a 
ductilidade desejada após a deformação.
34. Descrever o fenômeno do crescimento dos grãos a partir das perspectivas macroscópica e atômica.
35. Citar a força motriz para o crescimento do grão.
36. Para um material policristalino, dado um valor para o expoente do diâmetro (n) e, além disso, os 
diâmetros dos grãos em dois momentos diferentes em uma temperatura elevada, calcular o 
seguinte: 1) o diâmetro original do grão e 2) o diâmetro do grão após um determinado período 
de tempo.
• 13
C a p í t u l o 8 Falha
Objetivos do Aprendizado
 1. Citar as três causas usuais de uma falha.
 2. (a) Citar os dois modos de fratura e as diferenças entre eles.
(b) Indicar qual é o tipo de fratura preferido e relacionar duas razões para tal.
 3. Descrever o mecanismo da propagação de trincas para as modalidades de fratura dúctil e frágil.
 4. Descrever os dois tipos diferentes de superfícies de fratura para os metais dúcteis e, para cada um, 
citar as características mecânicas gerais do material.
 5. Descrever sucintamente o mecanismo de formação e crescimento de trincas nos materiais 
moderadamente dúcteis.
 6. Descrever sucintamente o perfil macroscópico de uma fratura para um material que falhou de 
maneira frágil.
 7. Citar e descrever sucintamente os dois percursos de propagação de trincas para materiais frágeis 
policristalinos.
 8. Explicar por que as resistências dos materiais frágeis são muito menores do que as estimadas pelos 
cálculos teóricos.
 9. Dados a magnitude de uma tensão de tração aplicada, o comprimento e o raio da extremidade de 
uma pequena trinca cujo eixo é perpendicular à direção da tensão aplicada, calcular a tensão 
máxima que pode haver na extremidade da trinca.
10. Citar as condições que devem ser atendidas para que um material frágil sofra fratura.
11. Descrever de forma sucinta a razão pela qual cantos afilados devem ser evitados ao se projetar 
estruturas que estão sujeitas a tensões.
12. Para um determinado material, dados os valores do módulo de elasticidade e da energia de 
superfície específica, além do comprimento de uma trinca interna, calcular a tensão crítica para a 
propagação dessa trinca.
13. Descrever/ilustrar os três diferentes modos de deslocamento de trincas.
14. Descrever a condição de deformação plana.
15. Definir tenacidade à fratura em termos de (a) uma explicação sucinta e (b) uma equação (definir 
todos os parâmetros nessa equação). (c) Especificar as unidades para a tenacidade à fratura.
16. Fazer uma distinção entre tenacidade à fratura e tenacidade à fratura em deformação plana.
17. Dados a tenacidade à fratura em deformação plana de um material, o comprimento da mais longa 
trinca superficial e o valor de Y, calcular a tensão crítica (ou de projeto).
18. Determinar se um defeito de comprimento crítico está ou não sujeito a detecção, dados o limite 
de resolução do aparelho de detecção, a tensão máxima de tração aplicada, a tenacidade à 
fratura em deformação plana do material, assim como um valor para o parâmetro de escala (Y).
19. Citar três fatores que são críticos em relação a um metal apresentar uma transição de fratura 
dúctil para fratura frágil.
20. Citar e descrever as duas técnicas empregadas para medir a energia de impacto (ou tenacidade ao 
entalhe) de um material.
21. Traçar um gráfico esquemático da dependência da energia de impacto em relação à temperatura 
para um metal que apresenta uma transição dúctil – frágil.
22. Indicar quais os tipos de materiais que apresentam, assim como aqueles que não apresentam uma 
transição dúctil – frágil com a diminuição da temperatura.
23. Citar duas medidas que podem ser tomadas para reduzir a temperatura de transição dúctil – frágil 
nos aços.
14 • Falha
24. Definir fadiga e especificar as condições sob as quais ela ocorre.
25. Citar e descrever as três diferentes modalidades de ciclo da tensão em função do tempo que 
levam à falha por fadiga.
26. Dada uma curva tensão em função do tempo com forma senoidal, determinar a amplitude da 
tensão e a tensão média.
27. (a) Descrever sucintamente a maneira pela qual são realizados ensaios para gerar um gráfico da 
tensão de fadiga em função do logaritmo do número de ciclos.
(b) Observar quais são as três condições de serviço que devem ser replicadas em um ensaio de 
fadiga.
28. Traçar esquematicamente a tensão de fadiga como uma função do logaritmo do número de ciclos 
até a falha tanto para materiais que exibem um limite de resistência à fadiga quanto para 
materiais que não exibem. Para o primeiro grupo, identificar o limite de resistência à fadiga.
29. A partir de um gráfico de fadiga para um material específico, determinar:
(a) a vida em fadiga (para um nível de tensão específico), e
(b) a resistência à fadiga (para um número de ciclos específico).
30. Descrever os dois diferentes tipos de características das superfícies de fadiga e citar as condições 
sob as quais eles ocorrem.
31. Citar cinco medidas que podem ser tomadas para melhorar a resistência à fadiga de um metal.
32. Descrever a falha por fadiga térmica e indicar como ela pode ser prevenida.
33. Descrever a fadiga associada à corrosão e, então, citar cinco medidas que podem ser tomadas para 
sua prevenção.
34. Definir fluência e especificar as condições sob as quais ela ocorre.
35. Traçar um esboço esquemático de uma curva típica de fluência e, então, indicar nessa curva os 
três diferentes estágios da fluência.
36. Dado um gráfico da fluência para um material específico, determinar (a) a taxa de fluência 
estacionária e (b) o tempo de vida até a ruptura.
37. Dada a temperatura absoluta de fusão de um metal, estimar a temperatura na qual a fluência 
torna-se importante.
38. Esboçar esquematicamente como o comportamento em fluência de um material muda com o 
aumento da temperatura e com o aumento da carga (ou tensão).
39. Traçar gráficos esquemáticos que mostram como o tempo de vida até a ruptura e a taxa de 
fluência estacionária para um material são representados como funções da tensão e da 
temperatura.
40. Citar a expressão matemática geral para a dependência da taxa de fluência estacionária em 
relação à tensão aplicada e à temperatura.41. A partir de um gráfico geral de Larson-Miller para os dados de fluência de algum material, 
determinar o tempo de vida até a ruptura em uma determinada temperatura e um dado nível de 
tensão.
• 15
C a p í t u l o 9 Diagramas de Fases
Objetivos do Aprendizado
 1. Definir fase.
 2. Citar três características microestruturais importantes para as ligas multifásicas.
 3. Citar três fatores que afetam a microestrutura de uma liga.
 4. Explicar sucintamente o conceito de equilíbrio de fases.
 5. Definir sucintamente metaestável em termos microestruturais.
 6. Traçar o diagrama de fases unário para H2O; legendar ambos os eixos, assim como todas as regiões 
de fases no diagrama.
 7. (a) Esboçar esquematicamente diagramas de fases isomorfos e eutéticos simples.
(b) Nesses diagramas, identificar as diferentes regiões das fases.
(c) Identificar também as curvas liquidus, solidus e solvus.
 8. Dados um diagrama de fases binário, a composição de uma liga e sua temperatura, e assumindo 
que a liga está em equilíbrio, determinar:
(a) qual(is) fase(s) está(ão) presente(s);
(b) a(s) composição(ões) da(s) fase(s); e
(c) a(s) fração(ões) mássica(s) da(s) fase(s).
 9. Dadas as frações mássicas e as massas específicas para ambas as fases de uma liga bifásica, 
determinar as frações volumétricas das fases.
10. Considerando um diagrama de fases isomorfo, explicar o fenômeno de formação de estruturas 
zonadas para a solidificação fora de equilíbrio de uma liga que pertence a esse sistema isomorfo.
11. Dado um diagrama de fases binário, localizar as temperaturas e composições de todas as reações 
eutéticas e, então, escrever as reações para o aquecimento ou para o resfriamento.
12. Dado um diagrama de fases eutético binário para uma liga com composição específica e cuja 
microestrutura consiste tanto de microconstituintes primários quanto de eutéticos, fazer o 
seguinte:
(a) calcular as frações mássicas de ambos os microconstituintes; e
(b) esboçar e identificar um desenho esquemático da microestrutura.
13. Definir microconstituinte e então citar dois exemplos.
14. Dado um diagrama de fases binário, determinar o limite de solubilidade de um dos elementos em 
uma fase a uma dada temperatura.
15. Explicar os seguintes termos: (a) solução sólida terminal, (b) solução sólida intermediária e (c) 
composto intermetálico.
16. Para um dado diagrama de fases binário, fazer o seguinte:
(a) localizar as temperaturas e as composições de todos os eutetoides, peritéticos e 
transformações de fase congruentes; e
(b) escrever reações para todas essas transformações, tanto no aquecimento quanto no 
resfriamento.
17. Escrever a regra das fases de Gibbs em sua forma mais geral e explicar cada termo na equação.
18. Aplicar a regra das fases de Gibbs nas regiões monofásicas e bifásicas, assim como em linhas de 
isotermas em diagramas de fases binários.
19. Nomear as estruturas cristalinas tanto para a ferrita (ferro ) quanto para a austenita (ferro ).
20. Fornecer a composição (em porcentagem em peso de carbono) do carbeto de ferro, Fe3C, e 
também a solubilidade máxima do carbono tanto nas fases ferrita  quanto austenita.
16 • Diagramas de Fases
21. Especificar a temperatura e a composição na qual a reação eutetoide ocorre e escrever essa 
reação eutetoide para o aquecimento e o resfriamento.
22. Citar os três tipos de ligas ferrosas com base no teor de carbono e a faixa de composições para 
cada uma.
23. Descrever sucintamente a estrutura da perlita e, então, calcular as quantidades relativas das duas 
fases nesta estrutura.
24. Dada a composição de uma liga ferro-carbono contendo entre 0,022%p C e 2,14%p C, seja 
capaz de:
(a) especificar se a liga é hipoeutetoide ou hipereutetoide;
(b) identificar a fase proeutetoide;
(c) calcular as frações mássicas da fase proeutetoide e de perlita; e
(d) fazer um diagrama esquemático da microestrutura em uma temperatura imediatamente 
abaixo da eutetoide.
25. Dados a composição de uma liga Fe–C–M (na qual M representa um elemento metálico que não 
o ferro, por exemplo, Cr, Ni, Mo etc.) e um gráfico da composição eutetoide em função da 
concentração do elemento M, determinar (a) a fase proeutetoide e (b) as frações mássicas 
aproximadas dos microconstituintes proeutetoide e de perlita.
• 17
C a p í t u l o 10 Transformações de Fases: 
Desenvolvimento da Microestrutura e 
Alteração das Propriedades Mecânicas
Objetivos do Aprendizado
 1. Citar os dois métodos distintos envolvidos na formação de partículas de uma nova fase.
 2. (a) Para a nucleação, traçar um gráfico esquemático da variação da energia livre em função do 
raio do núcleo e, nesse gráfico, identificar o raio crítico e a energia livre de ativação.
(b) Sobre esse mesmo gráfico, esboçar outra curva esquemática para a nucleação em uma 
temperatura mais elevada.
 3. (a) Citar a diferença entre nucleação homogênea e nucleação heterogênea.
(b) Esboçar e identificar sobre o mesmo gráfico as curvas esquemáticas para a energia livre em 
função do raio do núcleo para as nucleações homogênea e heterogênea.
 4. (a) Esboçar e identificar no mesmo gráfico as curvas esquemáticas para a taxa de nucleação em 
função da temperatura para as nucleações homogênea e heterogênea.
(b) Para cada curva, então, indicar o grau de super-resfriamento.
 5. Em um único gráfico, esboçar e identificar as curvas esquemáticas para a taxa de nucleação em 
função da temperatura, a taxa de crescimento em função da temperatura e a taxa global de 
reação em função da temperatura.
 6. Traçar um gráfico esquemático para a fração transformada em função do logaritmo do tempo 
para uma transformação sólido-sólido típica e, então, destacar as regiões de nucleação e de 
crescimento na curva.
 7. Para uma certa reação sólido-sólido, dados os valores para as constantes k e n, calcular a fração 
transformada após um tempo específico.
 8. Dada uma curva da fração transformada em função do logaritmo do tempo em uma certa 
temperatura, determinar a taxa global da transformação.
 9. Definir os termos super-resfriamento e superaquecimento.
10. Explicar como um diagrama de transformação isotérmica para alguma liga é gerado a partir de 
uma série de curvas isotérmicas da fração transformada em função do logaritmo do tempo.
11. Descrever a diferença na microestrutura para as perlitas fina e grosseira e, então, explicar essa 
diferença em termos da faixa de temperatura isotérmica ao longo da qual cada uma se transforma.
12. Descrever sucintamente as microestruturas da bainita e da cementita globulizada.
13. Descrever sucintamente a martensita em termos de sua estrutura cristalina e de sua 
microestrutura.
14. Descrever a diferença entre as transformações termicamente ativadas e as transformações 
atérmicas e, então, citar um exemplo de cada tipo de transformação.
15. Descrever o tratamento térmico necessário para produzir martensita e explicar por que ela se 
forma em lugar da perlita ou da bainita.
16. Dados o diagrama de transformações isotérmicas para uma dada liga ferro-carbono e também um 
tratamento térmico isotérmico específico, descrever a microestrutura resultante. A microestrutura 
pode consistir em austenita, uma fase proeutetoide, perlita fina, perlita grosseira, cementita 
globulizada, bainita e/ou martensita.
17. Dados um diagrama de transformação por resfriamento contínuo para uma certa liga e uma curva 
de resfriamento específica, descrever a microestrutura existente à temperatura ambiente.
18. Definir o que significa taxa de resfriamento crítica e, dado um diagrama de transformação por 
resfriamento contínuo, traçar esquematicamente a curva de resfriamento crítica.
18 • Diagramas de Fases
19. Descrever ou fazer um diagrama de como elementos de liga diferentes do carbono alteram o 
diagrama de transformação por resfriamento contínuo para um aço. Então, explicar em termos 
dessa alteração como os elementos de liga tornam um aço mais “tratável termicamente.”
20. Fazer um diagrama esquemático de como o limite de resistênciaà tração, a dureza e a ductilidade 
variam com o teor de carbono para aços que possuam uma microestrutura consistindo nas perlitas 
fina e grosseira e em cementita globulizada. Explicar ainda por que a dureza e a resistência 
aumentam com o aumento do teor de carbono.
21. Explicar sucintamente por que a perlita fina é mais dura que a perlita grosseira, que por sua vez é 
mais dura que a cementita globulizada.
22. Comparar qualitativamente as características mecânicas da bainita e de ligas ferro-carbono que 
possuem outras microestruturas.
23. Citar duas razões pelas quais a martensita é tão dura e frágil.
24. Descrever a microestrutura da martensita revenida.
25. Descrever o tratamento térmico necessário para produzir martensita revenida.
26. Comparar as propriedades da martensita e da martensita revenida e, também, explicar as 
propriedades da martensita revenida em termos de sua microestrutura.
27. Para a martensita revenida, traçar um gráfico esquemático de como a dureza depende do tempo 
de revenido a uma temperatura constante e explicar sucintamente esse comportamento.
28. Para a martensita revenida, traçar um gráfico esquemático de como o limite de escoamento, o 
limite de resistência à tração e a ductilidade dependem da temperatura de revenido (para um 
tempo de revenido constante) e, então, explicar esse comportamento.
29. (a) Descrever o fenômeno da fragilização por revenido.
(b) Listar quais procedimentos levam à sua ocorrência.
(c) Listar medidas que podem ser tomadas para prevenir/eliminar a fragilização por revenido.
30. Descrever sucinta e qualitativamente o procedimento necessário para transformar uma 
microestrutura do aço em outra (por exemplo, bainita em cementita globulizada).
31. (a) Descrever o fenômeno da memória da forma, e
(b) Explicar o fenômeno em termos de transformações de fases.
• 19
C a p í t u l o 11 Aplicações e Processamento 
de Ligas Metálicas
Objetivos do Aprendizado
 1. Citar três razões para que as ligas ferrosas sejam usadas extensivamente como materiais de 
engenharia e, ainda, três de suas principais limitações.
 2. Definir o que significa um aço carbono comum e citar três aplicações típicas.
 3. Reconhecer a designação de quatro dígitos da AISI/SAE para os aços carbono comuns e os aços de 
baixa liga e, a partir dela, determinar o teor de carbono.
 4. Citar três outros tipos de aços e para cada um deles citar as diferenças na composição, suas 
propriedades particulares e aplicações típicas.
 5. Especificar as três classes de aços inoxidáveis.
 6. Citar duas diferenças entre os ferros fundidos e os aços.
 7. Citar os cinco tipos principais de ferro fundido e para cada tipo (a) desenhar e identificar um 
diagrama esquemático de sua microestrutura e (b) observar suas características mecânicas gerais.
 8. Citar as características que distinguem as ligas forjadas e as ligas fundidas.
 9. Citar sete tipos diferentes de ligas não ferrosas e, para cada, citar as características físicas e 
mecânicas que as distinguem. Além disso, listar pelo menos três aplicações típicas.
10. (a) Citar e descrever quatro operações de conformação que são usadas para dar forma às ligas 
metálicas.
(b) Citar as características mecânicas gerais dos materiais sujeitos a essas operações de 
conformação.
11. (a) Citar e descrever cinco técnicas de fundição.
(b) Citar três circunstâncias para as quais a fundição é o modo de fabricação preferido.
12. Descrever o processo de conformação por metalurgia do pó e citar duas razões pelas quais ele é 
usado.
13. (a) Descrever sucintamente o processo de soldagem e citar razões pelas quais ele é aplicado.
(b) Citar quatro problemas potenciais que podem ser encontrados com a formação de uma zona 
termicamente afetada na vizinhança de uma junção por solda.
14. Enunciar os objetivos e descrever os procedimentos para os seguintes tratamentos térmicos: 
recozimento intermediário, recozimento para o alívio de tensões, normalização, recozimento 
pleno e recozimento subcrítico.
15. Definir temperabilidade.
16. Descrever o ensaio Jominy da extremidade temperada.
17. Traçar um esboço esquemático de uma curva de temperabilidade típica (identificar os eixos 
vertical e horizontal) e, então, explicar sucintamente a forma da curva.
18. (a) No mesmo gráfico, esboçar esquematicamente as curvas de temperabilidade para duas ligas 
diferentes, uma das quais é mais temperável que a outra.
(b) Explicar a diferença na forma dessas duas curvas.
19. Para a têmpera de uma amostra de aço, explicar sucintamente por que o tipo do meio de têmpera 
e o grau de agitação do meio influenciam a taxa de resfriamento da amostra.
20. Gerar um perfil de dureza para uma amostra de aço cilíndrica que tenha sido austenitizada e em 
seguida temperada, sendo dada a curva de temperabilidade para a liga específica, assim como as 
informações a respeito da taxa de têmpera em função do diâmetro da barra em várias posições 
radiais para o meio de têmpera usado.
20 • Aplicações e Processamento de Ligas Metálicas
21. Traçar um gráfico esquemático do limite de resistência à tração em função da temperatura de 
revenido para uma amostra cilíndrica. Então, sobrepor nesse mesmo gráfico uma segunda curva 
para uma amostra cilíndrica com maior diâmetro.
22. Traçar um gráfico esquemático da ductilidade em função da temperatura de revenido para uma 
amostra cilíndrica. Então, sobrepor nesse mesmo gráfico uma segunda curva para uma amostra 
cilíndrica com maior diâmetro.
23. Usando um diagrama de fases, descrever os dois tratamentos térmicos (solubilização e 
precipitação) envolvidos no endurecimento por precipitação de uma liga binária. Explicar por que 
cada tratamento térmico é conduzido e o que acontece com a microestrutura durante cada 
tratamento térmico.
24. (a) Construir um gráfico esquemático para o limite de escoamento, o limite de resistência à 
tração e a dureza à temperatura ambiente em função do logaritmo do tempo para um tratamento 
térmico de precipitação à temperatura constante.
(b) Explicar as formas dessas curvas em termos do mecanismo de endurecimento por precipitação 
(isto é, das interações entre as discordâncias e as partículas de precipitado).
25. Citar dois requisitos necessários para que uma liga seja temperável por precipitação.
• 21
Objetivos do Aprendizado
 1. Fazer uma distinção entre cátions e ânions.
 2. Citar duas características dos íons que determinam a estrutura cristalina de um material cerâmico.
 3. Esboçar/descrever as células unitárias para as estruturas cristalinas do cloreto de sódio, cloreto de 
césio, blenda de zinco, fluorita e perovskita.
 4. Dados a fórmula química para um composto cerâmico e os raios iônicos dos seus íons 
componentes, e usando a Tabela 12.4, determinar a estrutura cristalina.
 5. Para um material cerâmico cuja estrutura cristalina pode ser gerada pelo empilhamento de planos 
compactos de ânions e dado o tipo da posição intersticial (tetraédrica ou octaédrica) ocupada 
pelos cátions, fazer o seguinte:
(a) especificar qual fração desses sítios está preenchida, e
(b) identificar as posições intersticiais ocupadas entre dois planos compactos desenhados 
empilhados um sobre o outro.
 6. Para um composto iônico que possui uma das estruturas cristalinas discutidas neste capítulo, 
calcular sua massa específica dados os pesos atômicos dos elementos constituintes, o comprimento 
da aresta da célula unitária e o número de Avogadro.
 7. Dada a célula unitária para uma estrutura cristalina, desenhar o arranjo de compactação 
atômico/iônico para um plano cristalográfico específico.
 8. Desenhar e descrever a unidade estrutural básica para as cerâmicas à base de silicato.
 9. Fazer um diagrama esquemático da estrutura atômica de um vidro de sílica.
10. Esboçar (ou descrever) o seguinte:
(a) uma célula unitária para a estrutura cristalina cúbica do diamante,
(b) a estrutura atômica da grafita,
(c) a estrutura de uma molécula de fulereno C60, e
(d) a estrutura de um nanotubo de carbono.
11. Citar e descreveroito defeitos pontuais iônicos diferentes encontrados nos compostos cerâmicos 
(incluindo os defeitos de Schottky e Frenkel).
12. Definir o termo eletroneutralidade e anotar o papel que ela desempenha na formação de 
defeitos pontuais iônicos nos materiais cerâmicos.
13. Definir estequiometria e citar um exemplo de material não estequiométrico.
14. Observar duas maneiras pelas quais um composto iônico pode se tornar não estequiométrico.
15. (a) Para um certo material cerâmico, dado o número de sítios atômicos por metro cúbico, a 
energia necessária para a formação de defeitos de Frenkel e, ainda, o valor da constante dos 
gases, calcular o número de defeitos de Frenkel em equilíbrio a uma dada temperatura.
(b) Fazer o mesmo cálculo para os defeitos de Schottky.
16. (a) Dado um íon de impureza substitucional, determinar se ele irá ou não tornar um composto 
iônico não estequiométrico.
(b) Se o material hospedeiro tornar-se não estequiométrico, verificar qual(is) tipo(s) de 
defeito(s) se forma(m) e quantos se formam para cada íon de impureza substitucional.
17. Observar três exigências que devem ser atendidas para que haja uma solubilidade sólida 
significativa de um composto iônico em outro.
18. Citar uma diferença no mecanismo de difusão para as cerâmicas iônicas e os metais.
19. (a) Estabelecer a faixa de concentrações de CaO que deve ser adicionada para estabilizar 
parcialmente a ZrO2.
C a p í t u l o 12 Estruturas e Propriedades 
das Cerâmicas
22 • Estruturas e Propriedades das Cerâmicas
(b) Indicar quais fases estão normalmente presentes à temperatura ambiente para a zircônia 
parcialmente estabilizada.
20. Citar as principais diferenças nas características mecânicas à temperatura ambiente entre os metais 
e as cerâmicas.
21. Explicar sucintamente por que existe normalmente um espalhamento significativo na resistência à 
fratura para amostras idênticas de um mesmo material cerâmico.
22. Indicar a razão pela qual os materiais cerâmicos são mais resistentes em compressão que em 
tração.
23. Citar e descrever (ou esboçar) as características típicas que são observadas na superfície de fratura 
de um material cerâmico frágil.
24. Dar as três razões pelas quais as características tensão-deformação dos materiais cerâmicos são 
determinadas usando ensaios de flexão transversal em vez de ensaios de tração.
25. Dadas as dimensões da seção transversal de uma barra cerâmica retangular flexionada até a fratura 
empregando uma técnica de carregamento em três pontos, assim como a distância entre os pontos 
dos suportes e a carga na fratura, calcular a resistência à flexão.
26. Dados o raio de uma barra cerâmica cilíndrica flexionada até a fratura usando uma técnica de 
carregamento em três pontos, assim como a distância entre os pontos dos suportes e a carga na 
fratura, calcular a resistência à flexão.
27. Descrever sucintamente o mecanismo pelo qual a deformação plástica ocorre para os materiais 
cerâmicos cristalinos e não cristalinos.
28. Com base em considerações do escorregamento, explicar por que os materiais cerâmicos 
cristalinos são, em geral, frágeis.
29. Definir sucintamente viscosidade e citar as unidades nas quais ela é expressa.
30. Para uma cerâmica porosa, fazer o seguinte:
(a) Dado o módulo de elasticidade para o material não poroso, calcular E para uma dada fração 
volumétrica de porosidade.
(b) Dados os valores das constantes experimentais 0 e n, calcular a resistência à flexão em um 
dado valor de P.
• 23
C a p í t u l o 13 Aplicações e Processamento 
das Cerâmicas
Objetivos do Aprendizado
 1. Listar os três componentes primários de um vidro de cal de soda.
 2. Citar as duas principais características positivas dos vidros.
 3. Definir cristalização no sentido de como ela se aplica às vidrocerâmicas.
 4. (a) Fazer um esboço esquemático de um diagrama de transformação isotérmica para a 
cristalização de uma vidrocerâmica. Certificar-se de identificar ambos os eixos.
(b) Sobre esse gráfico, desenhar uma curva de resfriamento que corresponda à taxa de 
resfriamento crítica.
 5. (a) Descrever o processo usado para produção de vidrocerâmicas.
(b) Identificar duas propriedades desses materiais que os tornam superiores ao vidro.
 6. Citar os dois tipos de produtos à base de argila e, então, dar dois exemplos de cada.
 7. Para as cerâmicas refratárias, fazer o seguinte:
(a) Citar três requisitos importantes que normalmente devem ser atendidos por esse grupo de 
materiais.
(b) Para as quatro classificações discutidas, citar os componentes principais e suas aplicações 
típicas.
 8. Para as cerâmicas abrasivas, fazer o seguinte:
(a) Citar três exigências importantes que normalmente devem ser atendidas por esse grupo de 
materiais.
(b) Citar quatro materiais cerâmicos diferentes que são usados comumente como abrasivos.
(c) Citar as três formas diferentes de abrasivos.
 9. Descrever sucintamente o processo pelo qual o cimento portland é produzido.
10. Descrever o mecanismo pelo qual o cimento endurece quando é adicionada água.
11. Explicar sucintamente o papel do cimento em uma mistura de concreto.
12. Listar três aplicações para as cerâmicas avançadas e, para cada uma delas, identificar suas 
características importantes e/ou a(s) função(ões) que ela desempenha.
13. (a) Traçar um gráfico esquemático do volume específico em função da temperatura para as 
cerâmicas cristalinas e não cristalinas.
(b) Nesse gráfico, indicar as temperaturas de fusão e de transição vítrea.
14. (a) Esboçar esquematicamente um gráfico da dependência da viscosidade de um vidro em relação 
à temperatura.
(b) Então, mostrar como a curva varia com o aumento de adições de impurezas.
15. Citar e descrever sucintamente quatro métodos de conformação empregados para fabricar peças 
de vidro.
16. Explicar sucintamente por que são estabelecidas tensões térmicas nas peças de vidro conforme 
elas são resfriadas.
17. Descrever e explicar sucintamente o procedimento pelo qual as peças de vidro são temperadas 
termicamente.
18. Citar os dois papéis que os minerais à base de argila desempenham na fabricação de corpos 
cerâmicos.
19. Citar e descrever sucintamente duas técnicas usadas para fabricar os produtos à base de argila.
20. Explicar sucintamente os processos que ocorrem durante a secagem e o cozimento de peças 
cerâmicas à base de argila.
21. (a) Definir vitrificação.
24 • Aplicações e Processamento das Cerâmicas
(b) Identificar o papel que esse processo desempenha no desenvolvimento da resistência em um 
corpo cerâmico.
22. Citar e descrever sucintamente as três técnicas de prensagem de pós cerâmicos que foram 
discutidas neste capítulo.
23. Descrever/diagramar sucintamente o processo de sinterização de agregados de partículas 
pulverizadas.
24. Descrever o processo de fundição em fita.
• 25
Objetivos do Aprendizado
 1. Definir isomerismo.
 2. Descrever uma molécula polimérica típica em termos da estrutura da sua cadeia e, além disso, 
descrever como a molécula pode ser gerada a partir de unidades repetidas.
 3. Desenhar as unidades repetidas para polietileno, cloreto de polivinila, politetrafluoroetileno, 
polipropileno e poliestireno.
 4. Diferenciar um homopolímero de um copolímero.
 5. Diferenciar unidades repetidas bifuncionais de trifuncionais.
 6. Para um dado homopolímero, calcular as massas molares numérica média e ponderal média, assim 
como o grau de polimerização.
 7. Para um copolímero, dados as fórmulas químicas de suas unidades repetidas, os pesos atômicos 
dos átomos constituintes e a fração de cada tipo de unidade repetida, calcular a massa molar 
média da unidade repetida.
 8. Citar duas características das cadeias poliméricas que restringem sua habilidade de girar e dobrar.
 9. Citar e descrever sucintamente os quatro tipos gerais de estruturas moleculares encontradas nos 
polímeros.
10. Diferenciar as configurações cabeça a cauda de cabeça a cabeça.
11. Citar e descrever sucintamente:
(a) os três tipos de estereoisômeros,
(b) as duas espéciesde isômeros geométricos, e
(c) os quatro tipos de copolímeros.
12. Citar as duas classificações dos materiais poliméricos de acordo com suas respostas mecânicas a 
temperaturas elevadas.
13. Citar as diferenças no comportamento e na estrutura molecular entre os polímeros termoplásticos 
e os termofixos.
14. Desenhar as unidades repetidas para os seguintes elastômeros: poliacrilonitrila, polibutadieno, 
policloropreno, poli(cis-isopreno), poli-isobutileno e polidimetilsiloxano.
15. (a) Descrever sucintamente o estado cristalino nos materiais poliméricos.
(b) Citar a principal diferença entre o estado cristalino nos polímeros e nos materiais metálicos.
16. Dadas a massa específica de uma amostra polimérica, assim como as massas específicas para os 
materiais totalmente cristalino e totalmente amorfo do mesmo polímero, calcular a porcentagem 
de cristalinidade.
17. Citar como o grau de cristalinidade em um material polimérico é afetado pela composição 
química do polímero, pelas características da estrutura do polímero e para os vários copolímeros.
18. Descrever sucintamente a estrutura de um cristalito polimérico com cadeias dobradas.
19. Descrever/esboçar na forma de diagramas, de maneira sucinta, a estrutura esferulítica para um 
polímero semicristalino.
20. Citar e descrever cinco defeitos encontrados nos materiais poliméricos.
21. Indicar uma diferença no mecanismo de difusão para os polímeros e os metais.
22. Escrever a equação da permeabilidade (isto é, a primeira lei de Fick) para os materiais 
poliméricos. Definir os parâmetros nessa equação e dar as unidades para cada um deles.
C a p í t u l o 14 Estruturas dos Polímeros
26 •
C a p í t u l o 15 Características, Aplicações e 
Processamento dos Polímeros
Objetivos do Aprendizado
 1. (a) Traçar gráficos esquemáticos para os três comportamentos tensão-deformação característicos 
observados nos materiais poliméricos.
(b) Então, identificar qual(is) o(s) tipo(s) de polímero que exibe(m) cada um desses 
comportamentos.
 2. Fazer uma comparação entre as propriedades mecânicas gerais (isto é, módulo de elasticidade, 
limite de resistência à tração e ductilidade) dos plásticos e materiais elastoméricos com os metais 
e as cerâmicas.
 3. Citar três efeitos sobre as características mecânicas de um polímero conforme a temperatura é 
aumentada ou conforme a taxa de deformação é diminuída.
 4. (a) Descrever a deformação macroscópica em tração de uma amostra cilíndrica padrão (isto é, 
com redução de seção) de um típico plástico dúctil até a fratura.
(b) Correlacionar esse comportamento com o gráfico tensão-deformação.
 5. Definir viscoelasticidade.
 6. (a) Descrever a maneira pela qual são conduzidas as medidas de relaxação de tensões.
(b) Considerando os resultados de um ensaio de relaxação de tensões, explicar sucintamente 
como é determinado o módulo de relaxação.
 7. (a) Em um gráfico do logaritmo do módulo de relaxação em função da temperatura, traçar curvas 
esquemáticas para polímeros semicristalinos, amorfos e com ligações cruzadas.
(b) Neste gráfico, indicar as temperaturas de fusão e de transição vítrea.
(c) Além disso, indicar neste mesmo gráfico as regiões vítrea, coriácea, borrachosa e de 
escoamento viscoso.
 8. (a) Descrever sucintamente o fenômeno da fibrilação.
(b) Indicar para quais tipos de polímero e sob quais condições experimentais/de serviço a 
fibrilação é observada.
(c) Citar condições experimentais/de serviço que produzem fibrilação nos materiais poliméricos.
 9. Descrever/esboçar os vários estágios da deformação elástica de um polímero semicristalino 
(esferulítico).
10. Descrever/esboçar os vários estágios da deformação plástica de um polímero semicristalino 
(esferulítico).
11. Descrever sucintamente os efeitos do recozimento em um polímero semicristalino que foi 
deformado permanentemente.
12. Discutir a influência dos seguintes fatores sobre o módulo de tração e/ou limite de resistência à 
tração de um polímero:
(a) massa molar,
(b) grau de cristalinidade,
(c) extensão das ligações cruzadas,
(d) pré-deformação, e
(e) tratamento térmico de materiais não deformados.
13. (a) Descrever o mecanismo molecular pelo qual os polímeros elastoméricos se deformam 
elasticamente.
(b) Citar, então, a força motriz para o reenrolamento de um material elastomérico.
14. Listar quatro critérios necessários para um polímero exibir comportamento elastomérico.
Características, Aplicações e Processamento dos Polímeros • 27
15. Descrever sucintamente o processo de vulcanização e qual efeito ele possui sobre as 
características mecânicas dos materiais elastoméricos.
16. Para os materiais poliméricos, descrever sucintamente a partir de uma perspectiva molecular:
(a) cristalização,
(b) fusão, e
(c) transição vítrea.
17. Para a cristalização de um polímero, dados os valores das constantes k e n, calcular a fração 
cristalizada após um dado tempo.
18. Traçar esquematicamente o volume específico em função da temperatura para polímeros 
altamente cristalinos, semicristalinos e amorfos, observando as temperaturas de transição vítrea e 
de fusão.
19. (a) Listar quatro características ou componentes estruturais de um polímero que afetam sua 
temperatura de fusão.
(b) Indicar como cada característica/componente influencia a magnitude de Tf.
20. (a) Listar seis características ou elementos estruturais de um polímero que influenciam sua 
temperatura de transição vítrea.
(b) Então, indicar como cada uma dessas características/elementos afeta a magnitude de Tv.
21. Citar os sete tipos diferentes de aplicações dos polímeros e, para cada um deles, comentar suas 
características gerais.
22. Esboçar esquematicamente a estrutura de uma unidade repetida de silicone.
23. (a) Citar propriedades importantes que normalmente são necessárias para os polímeros que são 
estirados na forma de fibras.
(b) Indicar aplicações comuns para as fibras poliméricas.
24. Para o polietileno de ultra-alto peso molecular, os cristais líquidos poliméricos e os elastômeros 
termoplásticos, fazer o seguinte:
(a) Descrever características estruturais importantes;
(b) Citar propriedades críticas e exclusivas; e
(c) Listar pelo menos quatro aplicações típicas.
25. Descrever sucintamente os mecanismos de polimerização por adição e por condensação.
26. Citar os cinco tipos de aditivos para polímeros e, para cada um deles, indicar como ele modifica as 
propriedades.
27. Citar e descrever sucintamente cinco técnicas de fabricação usadas para os polímeros plásticos.
28. Descrever sucintamente as técnicas de conformação/processamento tipicamente empregadas na 
fabricação de fibras e filmes.
28 •
C a p í t u l o 16 Compósitos
Objetivos do Aprendizado
 1. Definir compósito no contexto da discussão deste capítulo.
 2. Citar os termos usados para descrever as fases na maioria dos compósitos bifásicos.
 3. Citar as três divisões principais dos materiais compósitos e citar a característica que distingue cada 
uma delas.
 4. Citar as diferenças nos mecanismos de aumento da resistência para os compósitos reforçados com 
partículas grandes e reforçados por dispersão.
 5. Para um compósito com partículas grandes, dados os módulos de elasticidade das fases matriz e 
particulada, assim como a fração volumétrica de cada fase, calcular os limites superior e inferior 
do módulo de elasticidade.
 6. Citar um exemplo de um compósito reforçado com partículas grandes e de um reforçado por 
dispersão.
 7. Indicar sucintamente a diferença entre cimento e concreto.
 8. Citar três maneiras pelas quais a resistência do concreto pode ser melhorada por reforço.
 9. Dados o módulo de elasticidade, o limite de resistência à tração e a densidade (em gramas por 
centímetro cúbico) de um material, calcular sua rigidez específica e resistência específica.
10. Dados a resistência e o diâmetro da fibra, além das magnitudes da ligação interfacial fibra-matriz e 
do limite de escoamento em cisalhamento, determinar o comprimento crítico da fibra para um 
reforço efetivo.11. Fazer a distinção entre fibras contínuas e descontínuas.
12. Traçar um esboço esquemático da carga suportada pela fibra em função da posição ao longo do 
comprimento da fibra para (a) uma fibra com comprimento crítico, e (b) uma fibra com 
comprimento maior que o crítico.
13. (a) Distinguir os três tipos diferentes de compósitos reforçados com fibras com base no 
comprimento e na orientação das fibras.
(b) Comentar a respeito das características mecânicas que distinguem cada tipo.
14. Fazer um gráfico esquemático da tensão em função da deformação e incluir curvas para o 
seguinte:
(a) fases fibra e matriz com propriedades mecânicas típicas daquelas usadas nos compósitos 
fibrosos; e
(b) um compósito que consiste dessas fibras contínuas e alinhadas nessa matriz e para o qual o 
carregamento se dá na direção longitudinal.
15. Para um compósito reforçado com fibras alinhadas e contínuas, dadas as frações volumétricas e os 
módulos de elasticidade das fases fibra e matriz, calcular o módulo de elasticidade nas direções 
longitudinal e transversal.
16. Calcular a resistência longitudinal para um compósito reforçado com fibras contínuas e alinhadas, 
dados os valores para a resistência da fibra, a tensão na matriz na falha da fibra e a fração 
volumétrica de fibras.
17. Para um compósito reforçado com fibras descontínuas e alinhadas, calcular a resistência 
longitudinal para (a) lc  l  15lc e (b) l  lc, dados os seguintes valores: resistência da fibra, 
comprimentos crítico e real das fibras, tensão na matriz na fratura da fibra, resistência da ligação 
fibra-matriz e limite de escoamento em cisalhamento da fase matriz.
Compósitos • 29
18. Calcular a resistência para um compósito reforçado com fibras descontínuas e aleatoriamente 
orientadas, dados os valores para o parâmetro de eficiência da fibra, os módulos de elasticidade 
para as fases fibra e matriz, assim como as frações volumétricas das fases.
19. Citar as três classes de fibras e, para cada uma delas, suas características distintas e pelo menos 
dois exemplos (de materiais).
20. Citar três funções da fase matriz nos compósitos reforçados com fibras.
21. (a) Identificar os três reforços fibrosos comuns empregados em compósitos com matriz polimérica.
(b) Para cada um deles, citar tanto as características desejáveis quanto as limitações.
(c) Indicar pelo menos três aplicações comuns para cada um desses tipos de compósito com matriz 
polimérica.
22. Para materiais compósitos de matriz metálica, (a) listar os materiais mais comumente utilizados na 
matriz e nas fibras, e (b) citar as principais vantagens desses materiais em relação aos compósitos 
com matriz polimérica.
23. Citar a principal razão para a fabricação dos compósitos com matriz cerâmica.
24. Descrever sucintamente o mecanismo do aumento da tenacidade por transformação.
25. Para os compósitos carbono-carbono, discutir sucintamente:
(a) a técnica de processamento empregada,
(b) suas propriedades desejáveis, e
(c) suas principais aplicações.
26. (a) Definir compósito híbrido.
(b) Citar a principal vantagem de usar este tipo de compósito.
27. (a) Descrever sucintamente cada uma das três técnicas de processamento de compósitos 
reforçados com fibras que foram discutidas neste capítulo.
(b) Discutir as principais vantagens para o emprego de cada técnica.
28. Citar e descrever sucintamente as duas subclassificações dos compósitos estruturais.
29. Citar a principal vantagem de se usar um laminado estrutural.
30. Citar os dois componentes de um painel sanduíche e pelo menos uma função de cada 
componente.
31. Descrever sucintamente a construção de uma estrutura em colmeia.
30 •
C a p í t u l o 17 Corrosão e Degradação 
dos Materiais
Objetivos do Aprendizado
 1. Definir corrosão.
 2. (a) Distinguir entre as reações de oxidação e redução.
(b) Estabelecer qual reação ocorre no anodo e qual ocorre no catodo.
 3. Listar cinco possíveis reações de redução que podem ocorrer em soluções aquosas.
 4. Dadas uma reação de oxidação e uma reação de redução, especificar a reação eletroquímica 
global.
 5. Descrever o seguinte:
(a) par galvânico,
(b) semipilha-padrão, e
(c) eletrodo-padrão de hidrogênio.
 6. Para dois metais puros que estejam eletricamente conectados e submersos em soluções dos seus 
respectivos íons, dadas as concentrações molares dessas soluções, a série de potenciais de 
eletrodo-padrão e a temperatura,
(a) calcular o potencial da pilha, e
(b) escrever a direção espontânea da reação eletroquímica.
 7. (a) Descrever a série galvânica, (b) as condições sob as quais ela foi gerada, e (c) sua utilidade.
 8. A partir da perda de peso ao longo de certo período de tempo para uma peça metálica com 
massa específica e área dadas, calcular a taxa de penetração da corrosão tanto em mils por ano 
quanto em milímetros por ano.
 9. Para uma certa reação de oxidação de um metal, dada a densidade da corrente, determinar a 
taxa de oxidação em unidades de mols por metros quadrados por segundo.
10. Definir (a) polarização e (b) sobrevoltagem.
11. (a) Citar e descrever sucintamente os dois tipos de polarização diferentes.
(b) Especificar as condições sob as quais cada um controla a taxa de reação.
(c) Fazer um gráfico da sobrevoltagem em função do logaritmo da densidade de corrente para 
ambos os tipos de polarização.
12. Definir densidade de corrente de troca.
13. Para uma dada reação eletroquímica cuja taxa é controlada pela polarização por ativação, 
determinar:
(a) a taxa de oxidação, e
(b) o valor do potencial de corrosão, dadas as informações apropriadas da polarização por 
ativação para as semirreações de oxidação e redução.
14. Definir passividade.
15. (a) Para um metal que exibe comportamento passivo, traçar um gráfico de polarização 
esquemático do potencial eletroquímico em função do logaritmo da densidade de corrente.
(b) Usando esse gráfico, demonstrar como um metal pode exibir um comportamento à corrosão 
tanto ativo quanto passivo.
16. (a) Listar quatro fatores ambientais que podem influenciar a corrosão.
(b) Descrever como cada um desses fatores normalmente afeta a taxa de corrosão.
17. Para cada uma das oito formas de corrosão e, ainda, para a fragilização por hidrogênio, fazer o 
seguinte:
(a) Descrever a natureza do processo de deterioração;
(b) Para todas as formas de corrosão, exceto a corrosão uniforme, citar o mecanismo de corrosão; e
Corrosão e Degradação dos Materiais • 31
(c) Indicar pelo menos uma medida que possa ser tomada para reduzir ou eliminar a probabilidade 
de haver corrosão.
18. Além da proteção catódica, listar quatro medidas gerais comumente empregadas para prevenir a 
corrosão.
19. (a) Descrever o mecanismo de proteção catódica.
(b) Descrever cada uma das três técnicas de proteção catódica.
20. Descrever sucintamente o mecanismo pelo qual uma camada de óxido se forma sobre a superfície 
de um metal.
21. (a) Dado o peso atômico de um metal e o peso molecular de seu óxido, assim como os valores de 
suas massas específicas, calcular a razão de Pilling-Bedworth.
(b) Com base nessa razão, estimar se o revestimento óxido atuará ou não como uma barreira 
protetora para o metal.
22. (a) Escrever equações para o ganho de peso por unidade de área em função do tempo para as 
taxas de oxidação linear, parabólica e logarítmica.
(b) A partir de informações para o ganho de peso em função do tempo para a oxidação de um 
dado metal ou liga, determinar se a cinética é linear, parabólica ou logarítmica.
23. Explicar por que os materiais cerâmicos são, em geral, muito resistentes à corrosão.
24. Para os materiais poliméricos, discutir (a) dois processos de degradação que ocorrem quando eles 
são expostos a solventes líquidos e (b) as causas e as consequências da ruptura de ligações na 
cadeia molecular.
32 •
C a p í t u l o 18 Propriedades Elétricas
Objetivos do Aprendizado
 1. Escrever duas formas da equação da lei de Ohm.
 2. Dados a resistência elétrica, assim como o comprimento e a área da seção transversal de umaamostra, calcular suas resistividade e condutividade.
 3. Calcular a intensidade do campo elétrico, dada a queda de voltagem ao longo de uma distância 
específica.
 4. Fazer a distinção entre as conduções eletrônica e iônica.
 5. Descrever a formação das bandas de energia eletrônicas conforme um grande número de átomos, 
de início largamente separados e isolados uns dos outros, gradualmente se aproximam e se ligam 
uns aos outros, tal que um sólido cristalino é formado.
 6. Descrever as quatro estruturas possíveis das bandas eletrônicas para os materiais sólidos.
 7. Descrever sucintamente os eventos de excitação eletrônica que produzem elétrons livres/buracos 
nos metais, semicondutores (intrínsecos e extrínsecos) e isolantes.
 8. Calcular a mobilidade de um elétron, dadas sua velocidade de arraste e a magnitude do campo 
elétrico.
 9. Calcular a condutividade elétrica de um metal, dado o número de elétrons livres por unidade de 
volume, a mobilidade dos elétrons e a carga elétrica de um elétron.
10. (a) Citar três fontes de centros de espalhamento dos elétrons nos metais.
(b) Escrever a regra de Matthiessen em forma de equação.
11. Calcular o componente de temperatura da resistividade elétrica para um metal em uma certa 
temperatura, dados os valores para as constantes 0 e a.
12. Para uma liga por solução sólida, dados a concentração de impurezas (em fração atômica) e um 
valor para a constante A, calcular a contribuição das impurezas para a resistividade elétrica.
13. Para uma liga metálica bifásica, determinar a contribuição das impurezas para a resistividade 
elétrica dadas as frações volumétricas e os valores da condutividade elétrica para as duas fases.
14. (a) Explicar sucintamente a natureza e a fonte do problema de segurança que existe no ponto de 
conexão entre os fios de alumínio e cobre.
(b) Descrever o melhor procedimento para tornar essas conexões seguras.
15. Distinguir entre os materiais semicondutores intrínsecos e extrínsecos.
16. Citar dois exemplos para materiais semicondutores de cada um dos Grupos IVA, IIIA-VA e IIB-VIA.
17. Descrever a formação de um buraco em termos das excitações eletrônicas nos semicondutores.
18. Calcular a condutividade elétrica de um condutor intrínseco, dadas as mobilidades dos elétrons e 
dos buracos, as cargas eletrônicas e a concentração de portadores intrínsecos.
19. Para a semicondução extrínseca do tipo n:
(a) Descrever a excitação de um elétron doador em termos tanto do modelo da ligação eletrônica 
quanto da banda de energia.
(b) Calcular a condutividade elétrica, dados a mobilidade do elétron, o número de elétrons livres 
por unidade de volume e a carga eletrônica.
20. Para a semicondução extrínseca do tipo p:
(a) Descrever a excitação eletrônica que envolve a formação de um buraco em termos tanto do 
modelo da ligação eletrônica quanto da banda de energia.
(b) Calcular a condutividade elétrica, dados a mobilidade do buraco, o número de buracos por 
unidade de volume e a carga eletrônica.
Propriedades Elétricas • 33
21. (a) Em um gráfico do logaritmo da concentração do portador (elétron, buraco) em função da 
temperatura absoluta, traçar curvas esquemáticas para materiais semicondutores intrínsecos e 
extrínsecos.
(b) Na curva para o semicondutor extrínseco, determinar as regiões de congelamento, extrínseca 
e intrínseca.
22. Em um gráfico do logaritmo da mobilidade do portador em função do logaritmo da concentração 
de impurezas, traçar curvas esquemáticas para as mobilidades dos elétrons e dos buracos.
23. Para um semicondutor extrínseco, dado um gráfico do logaritmo da mobilidade elétron/buraco 
em função do logaritmo da temperatura (com curvas para vários níveis de dopantes), calcular a 
condutividade para uma certa concentração de dopante e uma dada temperatura.
24. (a) Descrever sucintamente o aparato experimental usado para demonstrar o efeito Hall.
(b) Indicar a razão principal pela qual são realizadas as medições do efeito Hall.
25. Calcular a constante de Hall, dados a espessura da amostra e os valores para a corrente elétrica, o 
campo magnético aplicado e a voltagem de Hall.
26. (a) Para uma junção retificadora p-n, descrever as distribuições de elétrons e de buracos nos 
fluxos para frente e reverso.
(b) Então, explicar o processo de retificação em termos dos movimentos dos elétrons e dos 
buracos em resposta a esses dois modos de fluxo.
27. Em termos das características corrente-voltagem nos fluxos para frente e reverso, descrever como 
uma junção p-n atua como um retificador.
28. Tanto para os transistores de junção quanto para os MOSFET: (a) detalhar a configuração dos 
vários componentes e (b) explicar a operação de ambos os tipos de transistores.
29. Calcular a mobilidade de uma espécie iônica, dados sua valência e seu coeficiente de difusão, 
além da temperatura, da constante de Boltzmann e da carga elétrica associada ao elétron.
30. Comparar as magnitudes da condutividade elétrica de cerâmicas e de polímeros típicos com 
aquelas dos materiais metálicos.
31. Definir o seguinte: (a) dipolo elétrico, (b) material dielétrico e (c) polarização.
32. Calcular a capacitância, dadas a voltagem aplicada e a magnitude da carga armazenada em cada 
placa.
33. Dadas a área das placas e a separação entre as placas em um capacitor de placas paralelas, além 
da permissividade do vácuo, calcular a capacitância.
34. Definir a constante dielétrica em termos das permissividades.
35. Calcular o momento dipolar para um único dipolo, dadas a magnitude de cada carga do dipolo e 
a distância de separação entre as cargas.
36. Dados o campo elétrico e a permissividade para um material, determinar o deslocamento 
dielétrico.
37. Explicar sucintamente como a capacidade de armazenamento de cargas de um capacitor pode ser 
aumentada pela inserção e pela polarização de um material dielétrico entre suas placas.
38. Calcular a polarização para um material dielétrico típico dada sua permissividade, assim como a 
permissividade do vácuo e o campo elétrico aplicado.
39. Citar e descrever os três tipos de polarização.
40. Definir e explicar frequência de relaxação na medida em que esta se aplica a materiais dielétricos.
41. Definir (a) ruptura dielétrica e (b) resistência dielétrica.
42. (a) Descrever sucintamente o fenômeno da ferroeletricidade.
(b) Explicar o comportamento ferroelétrico no titanato de bário.
43. Descrever sucintamente o fenômeno piezelétrico.
34 •
Objetivos do Aprendizado
 1. Definir capacidade calorífica e calor específico.
 2. Indicar o mecanismo principal pelo qual a energia térmica é assimilada nos materiais sólidos.
 3. Definir fônon.
 4. Citar a equação para a dependência, em baixas temperaturas, da capacidade calorífica em relação 
à temperatura a volume constante.
 5. Definir a temperatura de Debye.
 6. Em temperaturas acima da temperatura de Debye, citar o valor aproximado para a capacidade 
calorífica a volume constante.
 7. Determinar o coeficiente linear de expansão térmica dada a alteração no comprimento que 
acompanha uma mudança de temperatura específica.
 8. Para um material isotrópico, estimar o coeficiente volumétrico de expansão térmica a partir do 
valor linear.
 9. Explicar sucintamente o fenômeno da expansão térmica a partir de uma perspectiva atômica 
utilizando um gráfico da energia potencial em função da separação interatômica.
10. Fazer uma comparação qualitativa entre os coeficientes de expansão térmica para os metais, as 
cerâmicas e os polímeros.
11. Definir condutividade térmica.
12. (a) Citar os dois mecanismos de condução de calor.
(b) Comparar as magnitudes relativas dessas contribuições para os metais, as cerâmicas e os 
polímeros.
13. (a) Determinar a constante de Wiedemann-Franz para um material em uma dada temperatura a 
partir dos valores para suas condutividades térmica e elétrica nessa temperatura.
(b) Explicar sucintamente por que os valores dessa constante são virtualmente os mesmos e são 
independentes da temperatura para todos os materiais metálicos.14. Para um material sólido isotrópico cujas extremidades estão restringidas por suportes rígidos, 
calcular a tensão térmica que resulta de uma mudança de temperatura específica, dados os 
valores do módulo de elasticidade e do coeficiente de expansão térmica.
15. Explicar o estabelecimento de tensões térmicas conforme um corpo de um material é aquecido ou 
resfriado.
16. Estimar o parâmetro do choque térmico para um material, dados sua resistência à fratura, 
condutividade térmica, módulo de elasticidade e coeficiente linear de expansão térmica.
C a p í t u l o 19 Propriedades Térmicas
• 35
Objetivos do Aprendizado
 1. Descrever um dipolo magnético.
 2. Calcular a intensidade do campo magnético em uma bobina, dado o número de espiras, o 
comprimento da bobina e a magnitude da corrente.
 3. Determinar a densidade do fluxo magnético para uma dada intensidade de campo:
(a) no vácuo, dada a permeabilidade do vácuo, e
(b) em algum material sólido, dado sua permeabilidade.
 4. Calcular a permeabilidade relativa para certo material, dada sua permeabilidade e a 
permeabilidade do vácuo.
 5. Calcular a suscetibilidade magnética de certo material, dado o valor de sua permeabilidade 
relativa.
 6. Determinar a magnetização de algum material, dadas sua suscetibilidade magnética e a 
intensidade do campo magnético aplicado.
 7. A partir de uma perspectiva eletrônica, indicar e explicar sucintamente as duas fontes de 
momentos magnéticos nos materiais.
 8. Para um dado elétron, conhecida sua orientação de spin, assim como seu número quântico 
magnético e, ainda, a magnitude do magneton de Bohr, calcular as contribuições orbital e de spin 
para seu momento magnético global.
 9. Explicar sucintamente por que alguns átomos não possuirão qualquer momento magnético 
resultante.
10. (a) Explicar sucintamente a natureza e a fonte do diamagnetismo.
(b) Indicar o valor da ordem de grandeza para a suscetibilidade volumétrica dos materiais 
diamagnéticos.
11. (a) Explicar sucintamente a natureza e a fonte do paramagnetismo.
(b) Indicar a faixa de valores da ordem de grandeza para a suscetibilidade volumétrica dos 
materiais paramagnéticos.
12. (a) Explicar sucintamente a natureza e a fonte do ferromagnetismo.
(b) Para um material ferromagnético, calcular a magnetização de saturação máxima, dados o 
número de magnetons de Bohr por átomo, o valor do magneton de Bohr, o número de Avogadro 
e a massa específica e o peso atômico do material.
13. Explicar sucintamente a natureza e a fonte do antiferromagnetismo.
14. (a) Em termos da estrutura cristalina das ferritas cúbicas, explicar a fonte do ferrimagnetismo.
(b) Calcular a magnetização de saturação para uma ferrita cúbica, dados sua composição, o 
número de magnetons de Bohr associado a cada tipo de cátion, o valor do magneton de Bohr e o 
comprimento da aresta da célula unitária.
15. (a) Definir a temperatura de Curie.
(b) Explicar sucintamente por que a magnetização de saturação diminui com o aumento da 
temperatura para os materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos.
16. Descrever as naturezas de (a) um domínio e (b) uma parede de domínio.
17. (a) Descrever a histerese magnética.
(b) Explicar por que os materiais ferromagnéticos e ferrimagnéticos apresentam histerese 
magnética.
(c) Em termos da histerese magnética, explicar por que esses materiais podem tornar-se ímãs 
permanentes.
C a p í t u l o 20 Propriedades Magnéticas
36 • Propriedades Magnéticas
18. Dado o ciclo completo de histerese para um material ferromagnético ou ferrimagnético, 
determinar:
(a) a permeabilidade inicial,
(b) a remanência, e
(c) a coercividade.
19. Em termos da anisotropia magnética, descrever o que significa uma direção de fácil 
magnetização.
20. Descrever sucintamente a técnica usada para minimizar as perdas de energia nos núcleos de 
transformadores feitos a partir de folhas de uma liga policristalina com composição 97%p Fe-3%p Si.
21. (a) Definir um material magnético mole.
(b) Citar as características necessárias para um material ferromagnético ou ferrimagnético ser 
magneticamente mole.
22. (a) Definir um material magnético duro.
(b) Citar as características necessárias para um material ferromagnético ou ferrimagnético ser 
magneticamente duro.
23. Explicar sucintamente como a informação é armazenada e recuperada de um meio magnético 
usando um cabeçote de gravação.
24. (a) Descrever as características dos meios de armazenamento magnéticos particulados e em fita.
(b) Para cada tipo de meio, explicar sucintamente o mecanismo do armazenamento magnético.
25. Descrever o fenômeno da supercondutividade.
26. Definir (a) temperatura crítica supercondutora, (b) campo magnético crítico e (c) densidade de 
corrente crítica.
27. Em termos de resposta magnética, descrever as características dos supercondutores dos tipos I e II.
28. Descrever sucintamente o efeito Meissner.
• 37
C a p í t u l o 21 Propriedades Ópticas
Objetivos do Aprendizado
 1. Citar a faixa de comprimentos de onda para a radiação da luz visível.
 2. Indicar a relação entre velocidade da radiação eletromagnética no vácuo e valores da 
permissividade elétrica e da permeabilidade magnética no vácuo.
 3. Dada a velocidade da radiação eletromagnética no vácuo, assim como a frequência da radiação, 
calcular o comprimento de onda da radiação.
 4. Definir fóton.
 5. Calcular a energia de um fóton, dada sua frequência e o valor da constante de Planck.
 6. Listar três fenômenos que podem ocorrer com a radiação luminosa quando ela passa de um meio 
para outro.
 7. Citar diferenças entre transparência, translucidez e opacidade óptica.
 8. (a) Descrever sucintamente a polarização eletrônica que resulta das interações entre a radiação 
eletromagnética e os átomos.
(b) Citar duas consequências da polarização eletrônica.
 9. Explicar sucintamente como a radiação eletromagnética pode ser absorvida por transições 
eletrônicas.
10. Explicar sucintamente por que os materiais metálicos são opacos à luz visível.
11. Indicar o que determina a cor dos materiais metálicos.
12. Definir índice de refração.
13. Calcular o índice de refração para um material, dados os valores de sua constante dielétrica e de 
permeabilidade magnética relativa.
14. Indicar a influência do tamanho atômico/iônico sobre o índice de refração.
15. Calcular a refletividade em uma interface para uma luz com incidência normal, dados os índices 
de refração dos meios em ambos os lados da interface.
16. Para isolantes e semicondutores de alta pureza:
(a) descrever o mecanismo da absorção de fótons;
(b) explicar como a magnitude da energia do espaçamento entre bandas influencia a absorção 
dos fótons;
(c) citar valores para a energia do espaçamento entre bandas para os quais não existe qualquer 
absorção de radiação da luz visível; e
(d) citar valores para a energia do espaçamento entre bandas para os quais existe apenas uma 
absorção parcial da radiação da luz visível.
17. Para isolantes e semicondutores com defeitos eletricamente ativos:
(a) descrever o mecanismo da absorção de fótons;
(b) citar duas trajetórias de decaimento que são possíveis quando os elétrons excitados retornam 
aos seus estados fundamentais.
18. Calcular a intensidade da radiação não absorvida que passa através de um meio transparente com 
espessura especificada, dada a intensidade da radiação incidente não refletida sobre a face 
anterior, assim como o coeficiente de absorção para o meio específico.
19. Determinar a intensidade da radiação que emerge a partir da face posterior de um sólido 
transparente com espessura especificada, dada a intensidade da radiação que impinge sobre a face 
anterior e, além disso, os valores da refletância e do coeficiente de absorção do material.
20. (a) Explicar sucintamente por que alguns materiais semicondutores têm aparência colorida.
(b) Então, explicar a fonte da cor em muitos materiais isolantes.
38 • Propriedades Ópticas
21. (a) Para os materiais dielétricos inerentemente transparentes, citar três fontesde espalhamento 
interno que podem levar à translucidez e à opacidade.
(b) Explicar sucintamente por que o espalhamento interno ocorre para cada uma dessas fontes.
22. Explicar sucintamente por que os materiais amorfos são, em geral, transparentes.
23. (a) Descrever os fenômenos da luminescência e da eletroluminescência.
(b) Diferenciar fluorescência e fosforescência.
24. Descrever sucintamente o fenômeno da fotocondutividade.
25. Descrever sucintamente a operação de um diodo semicondutor emissor de luz.
26. Descrever sucintamente a construção e a operação do (a) laser de rubi e do (b) laser 
semicondutor.
27. Listar e descrever as funções de vários componentes para um sistema de comunicações por fibras 
ópticas.
28. Explicar a transmissão de sinais digitalizados através de fibras ópticas.
29. Citar e explicar sucintamente as funções dos vários componentes que são encontrados em uma 
fibra óptica.
30. Explicar quais precauções são tomadas para minimizar o espalhamento e a atenuação de um feixe 
de luz que passa através de uma fibra óptica.
• 39
Objetivos do Aprendizado
 1. Listar e discutir de forma sucinta três fatores sobre os quais um engenheiro tem controle e que 
afetam o custo de um produto.
 2. (a) Fazer um diagrama do ciclo total dos materiais.
(b) Discutir sucintamente as questões relevantes que dizem respeito a cada estágio desse ciclo.
 3. Listar as duas entradas e as cinco saídas para o esquema de análise/avaliação do ciclo de vida.
 4. Citar questões relevantes para a filosofia de “projeto verde” no projeto de um produto.
 5. Discutir as questões de reciclagem/descarte em relação aos (a) metais, (b) vidros, (c) plásticos e 
borrachas e (d) materiais compósitos.
C a p í t u l o 22 Questões Econômicas, 
Ambientais e Sociais na Ciência 
e Engenharia de Materiais