CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS_atividade02

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CIÊNCIA E ENGENHARIA DOS MATERIAIS 
 
Universidade Estadual do Amazonas 
Escola Superior de Tecnologia 
Curso: Engenharia Naval 
Disciplina: ciência e engenharia dos materiais Cod: ESTENV002 
Turma: ENV03_T01 
Aluno: Brendo Xavier lima Matrícula: 1915200005 
 
Resumo: PTM3110_TOPICO_03_2018 
DEFEITOS DO SÓLIDO CRISTALINO 
 DEFEITO DO CRISTAL: imperfeição do reticulado cristalino. 
o Classificação geométrica dos defeitos cristalinos: 
 Defeitos puntiformes 
 Defeitos de linha 
 Defeitos bidimensionais 
 Defeitos volumétricos 
o Classificação termodinâmica dos defeitos cristalinos: 
 Defeitos de equilíbrio. 
 Defeitos de não-equilíbrio. 
 Defeitos Puntiformes: Lacunas 
o LACUNA (“vacancy”): ausência de um átomo em um ponto do 
reticulado cristalino. 
o Podem ser formadas durante a deformação plástica ou como resultado de 
vibrações atômicas. 
 Defeitos Puntiformes: Auto-Intersticiais 
o AUTO-INTERSTICIAL: é um átomo da rede (substitucional) que ocupa 
uma posição que não é uma posição típica da rede. 
 Impurezas 
o É impossível existir um metal consistindo de um só tipo de átomo (metal 
puro). 
 Soluções Sólidas 
o As ligas são obtidas através da adição de elementos de liga (átomos 
diferentes do metal-base). Esses átomos adicionados intencionalmente 
podem ficar em solução sólida e/ou fazer parte de uma segunda fase. 
o SOLUÇÃO SÓLIDA: ocorre quando a adição de átomos do soluto não 
modifica a estrutura cristalina do solvente, nem provoca a formação de 
novas estruturas. 
o SOLUÇÃO SÓLIDA SUBSTITUCIONAL: os átomos de soluto 
substituem uma parte dos átomos de solvente no reticulado. 
o SOLUÇÃO SÓLIDA: ocorre quando a adição de átomos do soluto não 
modifica a estrutura cristalina nem provoca a formação de novas 
estruturas. 
o SOLUÇÃO SÓLIDA INTERSTICIAL: os átomos de soluto ocupam os 
interstícios existentes no reticulado. 
 Composição de uma Liga 
o Concentração em massa 
o Concentração atômica 
 Defeitos puntiformes em sólidos iônicos 
o A neutralidade elétrica tende a ser respeitada. 
o Defeito schottky 
o Defeito frenkel 
 Defeitos de Linha 
o A magnitude e a direção da distorção do reticulado associada a uma 
discordância podem ser expressas em termos do VETOR DE BURGERS. 
o O vetor de Burgers fornece o módulo e a direção do escorregamento; ele 
é paralelo à direção do fluxo (ou movimento do material), não sendo 
necessariamente no mesmo sentido. 
 Defeitos Bidimensionais 
o Interface: contorno entre duas fases diferentes. 
o Contornos de grão: contornos entre dois cristais sólidos da mesma fase. 
 Quando o desalinhamento entre os grãos vizinhos é grande (maior 
que ~15º), o contorno formado é chamado contorno de grão ou 
contorno de alto ângulo. 
 Se o desalinhamento é pequeno (em geral, menor que 5º), o 
contorno é chamado contorno de pequeno ângulo, e as regiões que 
tem essas pequenas diferenças de orientação são chamadas de 
subgrãos. 
o Superfície externa: superfície entre o cristal e o meio que o circunda 
o Contorno de macla 
o Defeitos de empilhamento 
 IMPERFEIÇÕES TRIDIMENSIONAIS 
o Além dos defeitos apresentados nas transparências anteriores, os materiais 
podem apresentar outros tipos de defeitos, que se apresentam, usualmente, 
em escalas muito maiores. 
 OBSERVAÇÃO MICROESTRUTURAL 
o Observação estrutural: macroestrutura e microestrutura. 
o Observação da macroestrutura: a olho nu ou com baixos aumentos 
(até~10X). 
o Observação da microestrutura: microscopia óptica e microscopia 
eletrônica. 
 
Questões: PTM3110_TOPICO_03_2018 
1. Em condições de equilíbrio, qual é o número de lacunas presente em 1 m3 de cobre a 
1000oC? 
Dados: 
NL: número de lacunas por unidade de volume 
N: número total de sítios atômicos por unidade de volume 
T: temperatura em graus Kelvin 
QL: energia de ativação para formação de uma lacuna = 0,9 eV 
ρ: densidade do Cu (a 1000 oC) = 8,4 g.cm-3 
ACu: massa atômica do Cu = 63,5 g.mol-1 
k: constante de Boltzmann = 8,614 x 10 -5 eV.K-1 
NA: número de Avogadro = 6,022 x 1023 mol-1 
Sabe-se que: 
𝑁𝐿 = 𝑁𝑒𝑥𝑝 (
𝑄𝐿
𝐾𝑇
) com 𝑁 = (
𝑁𝐴𝜌
𝐴𝐶𝑢
) 
 Resposta: 
 
 
Resposta: 
 
 
Resumo: PTM3110_TOPICO_04_2018 
DIFUSÃO 
 Conceito de difusão: transporte de massa 
o Da mesma forma que a corrente elétrica está associada ao transporte de 
cargas elétricas através de um fio condutor quando este está sujeito a uma 
diferença de potencial elétrico, a DIFUSÃO está associada ao transporte 
de massa que ocorre em um sistema quando nele existe diferença de 
potencial termodinâmico 
 Conceito de difusão: estados da matéria 
o Governada por diferentes mecanismos e manifestando-se com magnitudes 
bastante distintas, a difusão ocorre no interior de sólidos, líquidos e gases. 
 Conceito de difusão: materiais sólidos 
o No interior dos sólidos, a difusão ocorre por movimentação atômica (no 
caso de metais), de cátions e ânions (no caso de cerâmicas) e de 
macromoléculas (no caso de polímeros). 
 Conceito de difusão: movimentos dos sólidos 
o A movimentação de cada átomo pode ser descrita como sendo um 
caminho aleatório (random-walk) no espaço. Por simplicidade será 
assumido uma movimentação unidimensional. 
 Par de difusão 
o Uma visão idealizada do fenômeno da difusão pode ser obtida com o 
auxílio do par de difusão. O par de difusão é formado quando as 
superfícies de duas barras de materiais metálicos distintos são colocadas 
em contato íntimo e aquecidas por um dado tempo. 
 Difusão por lacunas 
o Na difusão por lacunas um átomo (hospedeiro ou substitucional) se 
desloca de uma posição normal da rede cristalina para um sítio vago, ou 
lacuna, adjacente. 
 Difusão intersticial 
o Na difusão intersticial átomos intersticiais migram para posições 
intersticiais adjacentes não ocupadas do reticulado. 
 Fluxo de difusão 
o Para quantificar a rapidez com que o fenômeno da difusão se processa no 
tempo usamos o fluxo de difusão (J). 
o O Fluxo de Difusão é definido como sendo a massa (ou, de forma 
equivalente, o número de átomos) M que se difunde por unidade de tempo 
através de uma área unitária perpendicular à direção do movimento da 
massa. 
 Difusão em estados estacionários 
o Quando j não varia com o tempo (c também não varia com o tempo) e 
temos a difusão em estado estacionário (ou difusão em regime 
permanente). 
 Primeira lei de Fick 
o Para processos de difusão em estado estacionário, a equação que 
correlaciona o fluxo de difusão J com o gradiente de concentração dC/dx 
é chamada de primeira lei de fick. 
 Difusão em estado não-estacionário 
o A maioria das situações práticas envolvendo difusão ocorre em condições 
de estado não-estacionário (ou regime transitório ou condições 
transientes). 
 Segunda lei de Fick 
o Para descrever a difusão em estado não-estacionário unidimensional, é 
utilizada a equação diferencial parcial. 
o Quando são especificadas condições de contorno correspondentes a um 
fenômeno físico, é possível se obter soluções para segunda lei de Fick. 
Essas soluções são funções C = f(x,t) que representam as concentrações 
em termos tanto da posição quanto do tempo. 
 Caminhos para a Difusão 
o A movimentação de átomos pode ocorrer: 
 1) No volume do material 
 2) Ao longo de defeitos lineares: discordâncias 
 3) Ao longo de defeitos bidimensionais: contornos de grão, 
superfícies externas. 
 
 
Questões: PTM3110_TOPICO_04_2018 
1. A purificação de hidrogênio pode ser feita por difusão do gás através de uma 
chapa de paládio a 600oC. Calcule a quantidade de hidrogênio que passa por hora 
através de uma chapa de paládio com 6,0 mm de espessura e área de 0,25 m 2 a 
600°C. Assumir um coeficiente de difusão de 1,7×10–8 m2/s e que as 
concentrações de hidrogênio dos dois lados da chapa são 2,0 e 0,4 kg/m3 e que o 
sistema está em regime estacionário. 
Resposta: