Lista de Materiais Elétricos Gabarito

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Lista de Materiais Elétricos – prof. Barbieri 6o Sem. 
 
 
1) Qual a grande necessidade da indústria elétrica e eletrônica de usar novos 
materiais com melhores características e de fácil caracterização? 
 
 Grandes avanços como os associados ao desenvolvimento de ligas metálicas, ligas 
avançadas em geral e materiais cerâmicos, tornaram possível melhorara eficiência e 
deixar menos consumo dos equipamentos eletrônicos e elétricos; 
 
 Substituição de novos materiais e o aperfeiçoamento de materiais existentes, bem como 
da disponibilização de materiais mais leves, mais resistentes, mais tenazes, mais 
tolerantes aos danos, e/ou mais resistentes a altas temperaturas, recicláveis e fáceis de 
reparar, para uma nova geração de componentes mais seguros, econômicos e eficientes; 
 
2) Quais são as regras práticas para seleção dos materiais elétricos? 
 
• Conhecimento do material e as condições a que estará sujeito. 
• Propriedades consistentes com as condições de serviço. 
• Efeito das mudanças de condições além dos limites normais. 
• Listagem de todos os materiais possíveis 
• Eliminação dos materiais de propriedades inadequadas, tais como fratura, corrosão, 
segurança, alto custo, disponibilidade, etc 
 
 
3) Como é feita a classificação dos materiais na engenharia elétrica? 
 
Divisão do Estudo dos Materiais Elétricos: 
 
• Materiais Condutores: São materiais que deixam a corrente elétrica circular livremente 
por seu interior. 
Exemplos: Alumínio, Bronze, Cobre, Estanho, etc. 
 
• Materiais Dielétricos ou Isolantes: São materiais capazes de prover a separação entre 
diferentes elementos condutores apresentando grande oposição a passagem de corrente 
elétrica em seu interior. 
Exemplos: Borracha, Porcelana, PVC, Papel etc. 
 
• Materiais Semicondutores: São materiais que possuem condutividade intermediária 
entre a dos condutores e isolantes. 
Exemplos: Germânio, Silício. 
 
• Materiais Magnéticos: São materiais que interagem com campos magnéticos. 
Exemplos: Aço Silício, Alnico e Ferrite de Bário. 
 
 
 
 
 
 
4) Como deve ser o comportamento dos materiais elétricos dos materiais? 
 
 
 
 
5) O que são materiais condutores? 
 
são caracterizados por diversas grandezas, dentre as quais se destacam: condutividade ou 
resistividade elétrica, coeficiente de temperatura, condutividade térmica, potencial de 
contato, comportamento mecânico, etc 
 
6) Do ponto de vista químico, qual a relação da formação de elétrons livre e a 
condução elétrica? 
 
 Em alguns tipos de átomos, especialmente os que compõem os metais - ferro, ouro, 
platina, cobre, prata e outros, a última órbita eletrônica perde um elétron com 
grande facilidade, por isso seus elétrons recebem o nome de elétrons livres. 
 Quanto menor for sua orbita, mais fácil de ser retirado o elétron da ultima 
camada. 
 No interior dos metais os elétrons livres vagueiam por entre os átomos, em todos 
os sentidos sem direção definida. 
 A teoria eletrônica clássica supõe-se que o corpo condutor sólido tenha uma cadeia 
cristalina iônica ou metálica envolvendo os íons, uma nuvem de elétrons livres. 
 A ligação metálica consiste de uma serie de átomos do metal que doam todos seus 
elétrons de valência para uma nuvem de elétrons que vagueia a estrutura 
cristalina. 
 Todos os átomos metálicos tornam-se cátions idênticos quando perde elétrons na 
sua ultima camada eletrônica que mantém unido os átomos de metais é a atração 
entre as núcleos positivas e o "mar de elétrons” negativos. 
 
7) A boa condutividade elétrica dos metais quando comparado a outros materiais 
ocorre por que: 
 
(A) A carga iônica tem boa mobilidade no reticulado cristalino 
(B) a condução de eletricidade ocorre devido à difusão; 
(C) O elétron de Valencia responsável pelas ligações químicas entre os íons positivos tem 
alta mobilidade no cristal; 
X(D) Todos os elétrons do metal são livres para se movimentar; 
(E) A movimentação dos elétrons ocorre nos defeitos do reticulado cristalino. 
 
 
8) O Cobre é um metal muito utilizado devido à alta condutibilidade elétrica e térmica 
que possui. Pode-se afirmar que: 
(A) Quanto maior o teor de Oxigênio maior a condutibilidade elétrica. 
X(B) Impurezas em solução sólida diminuem a condutibilidade elétrica. 
(C) A condutibilidade elétrica é pouco afetada pela presença de impurezas. 
(D) A condutibilidade elétrica só é afetada pela temperatura. 
(E)As alternativas (b) e (d) estão ambas corretas. 
 
9) Como é a movimentação dos elétrons livres de um condutor quando se aplica uma 
ddp? Qual o sentido os elétrons? 
 
 Para orientá-los estabelece-se entre dois pontos desse condutor uma diferença de 
potencial (ddp), que origina um campo elétrico (E), responsável pela orientação do 
movimento desses elétrons livres. 
 Sendo a carga de um elétron negativa, eles se movem em sentido contrário ao do 
campo elétrico. Observe na figura, que, devido à diferença de potencial (VA – VB), os 
elétrons livres (portadores de carga) são repelidos pelo pólo negativo , de potencial 
VB da bateria (gerador) e atraídos pelo pólo positivo VA, deslocando-se no sentido 
anti-horário 
 
10) O que é condutividade elétrica? Qual a faixa de condutividade nos condutores, 
isolantes e semicondutores? 
 
Condutividade elétrica quantifica a disponibilidade ou a facilidade de circular corrente 
elétrica em um meio material submetido a uma diferença de potencial 
Metais   ≈107 (Ω.m)-1 
Isolantes  10-10 ≤  ≤ 10-20 (Ω.m)-1 
Semicondutores 10-6 ≤  ≤ 104 (Ω.m)-1 
 
11) O que é resistividade elétrica? Qual a faixa de resistividade nos condutores, 
isolantes e semicondutores? 
 
Resistividade elétrica (também resistência elétrica específica) é uma medida da oposição de um 
material ao fluxo de corrente elétrica. 
 Quanto mais baixa for a resistividade mais facilmente o material permite a passagem de 
uma carga elétrica. 
materiais condutores, l0-2 a 10 .mm2/m, 
materiais semicondutores, 10 a 1012 .mm2/m; 
materiais isolantes, 1012 a l024 .mm2/m. 
 
12) Deduza a partir da primeira lei do Ohm a segunda lei da resistividade ( formula da 
resistividade)? 
 
 A resistência elétrica R obedece a 1 lei de Ohm (U=R.I) e pode ser entendida como a 
avaliação quantitativa da resistividade, pois depende da geometria do material. 
 Fazendo-se um estudo dos fatores que determinam a resistência, estabeleceu-se pela lei 
de Ohm que 
 
 U = R.I (1) (1ª Lei) 
 
Onde u = diferença de potencial elétrico 
R = resistência elétrica 
I = intensidade de corrente elétrica 
i
U
R 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_el%C3%A9ctrica
http://pt.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica
Por outro lado, sendo N o número de elétrons livres por unidade de volume de material, elétrons 
estes que se deslocam a uma velocidade vd através de uma seção A, e sendo e a carga de um 
elétron, a corrente elétrica i será: 
i = N.e.vd .A (2) 
 
 Se, por outro lado, um condutor de comprimento l está sob a ação de uma diferença de 
potencial U, a intensidade de campo elétrico E será: 
 
 (3) 
 
além disso, 
 
ou 
 (4) 
 
 
onde  mobilidade do elétron. Substituindo (4) o valor (2), temos: 
 
 (5) 
 
e usando a eq. (1), temos: 
 
 (6) 
 
simplificando R, 
 
 (7) 
 
O quociente é denominado de resistividade : 
 
 
 (2ª Lei) onde 
 = resistividade elétrica do material (. cm), 
R = resistência elétrica () 
A = seção transversal (cm2) 
l = comprimento do corpo condutor (cm)13) O que diz a regra de Mathiessen com relação o efeito da temperatura, impureza e 
defeitos? 
A corrente elétrica é o movimento ordenado dos portadores de carga elétrica. Assim, todos os 
fatores que dificultam a movimentação dos portadores contribuem para a resistividade  do 
material. 
 
 Matematicamente, a resistividade total de um material metálico é a soma de três 
contribuições. 
 
 
l
U
E 
Ed . 
l
U
d . 
A
l
U
eNi .... 
A
l
U
eN
R
U
.... 
AeN
R
1
.
..
1


..
1
eN
 Com o aumento da temperatura, aumentam as amplitudes das vibrações cristalinas, 
aumentando o espalhamento dos elétrons. 
 A presença de impurezas deforma a rede cristalina, aumentando o espalhamento dos 
elétrons. 
 
14) O que é coeficiente de temperatura de um condutor? 
 
 Um metal quando aquecido aumenta sua amplitude de vibração dos átomos que o 
constituem, esta agitação interfere no deslocamento dos elétrons periféricos ao longo do 
corpo condutor. 
 Portanto, em função direta da temperatura, há o aumento da resistência elétrica R do 
condutor metálico. 
 
15) O que é condutividade térmica? Como é o mecanismo da condutividade térmica 
por elétrons e fônons? 
 
Condutividade térmica é capacidade de um material de conduzir calor. 
Mecanismos de condutividade térmica 
 
condutividade térmica por elétrons (ke) 
 
 Os elétrons livres que se encontram em regiões quentes ganham energia 
cinética e migram para regiões mais frias. 
 
 Em conseqüência de colisões com fônons, parte da energia cinética dos 
elétrons livres é transferida (na forma de energia vibracional) para os átomos 
contidos nessas regiões frias, o que resulta em aumento da temperatura. 
 
 Quanto maior a concentração de elétrons livres, maior a condutividade térmica. 
 
condutividade térmica por fônons (kq) 
 
 A condução de calor pode ocorrer também através de vibrações da rede 
atômica. O transporte de energia térmica associada aos fônons se dá na mesma 
direção das ondas de vibração. 
Transporte de calor = Fônons + elétrons livres 
 
16) O que é dilatação térmica? E quais os tipos? 
 
Dilatação térmica é o nome que se dá ao aumento do volume de um corpo ocasionado pela 
aumento de sua temperatura, o que causa o aumento no grau de agitação de suas moléculas e 
conseqüente aumento na distância média entre as mesmas. 
 A dilatação ocorre de forma mais significativa nos gases, de forma intermediária nos 
líquidos e de forma menos explícita nos sólidos, podendo-se afirmar que: 
 Dilatação nos gases > Dilatação nos líquidos > Dilatação nos sólidos. 
 Nos sólidos, o aumento ou diminuição da temperatura provoca alteração nas dimensões 
lineares, como também nas dimensões superficiais e volumétricas. 
 
Dilatação Linear dos Sólidos 
Dilatação Superficial dos Sólidos 
Dilatação Volumétrica dos Sólidos 
 
 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Volume
17) Pretende-se que um fio de 0,2cm de diâmetro por 1 m de comprimento transporte 
uma corrente de 20 A. A potencia máxima dissipada ao longo do fio é de 4W/s. 
Calcule a condução mínima possível do fio em .m. 
 
 
 
 
18) Para que um fio de cobre de pureza comercial possa conduzir uma corrente de 
10 A com uma queda de tensão máxima de 0,4 V/m, qual deve ser o diâmetro 
mínimo do fio?  (Cu comercial = 5,85 .107 ( .m) -1 
 
 
19) Calcule a resistividade do cobre puro a 1320C, usando o coeficiente de 
temperatura da resistividade do cobre. 
Dados: 00C = 1,6  .m. 
 
 
 
20) (ENADE) Em um laboratório de maquinas elétricas de 20 m2 de área, a tensão 
máxima disponível é 440V. Para prevenir o risco de choques elétricos, emprega-se 
um tapete eletricamente isolante, que cobre todo o chão da sala. A espessura deste 
tapete foi calculado por um especialista considerando a corrente máxima 
permitida igual 1 mA. A resistência do homem é desprezada e a área de contado 
do usuário com o tapete foi arbitrada em 1000 cm2. O isolante empregado 
apresenta resistividade igual a 4,4 108.cm. e massa especifica igual a 2 g/cm3. 
Qual a massa em kg, deste tapete? 
 
 
21) Uma amostra de fio (1 mm de diâmetro por 1 m de comprimento) de um liga de 
alumínio é colocada em um circuito elétrico como mostrado na figura abaixo. Uma 
queda de tensão de 432mV é medida entre as extremidades do fio quando este 
transporta uma corrente de 10A . Calcule a condutividade dessa liga? 
 
 
 
 
 
 
22) Calcule a velocidade de arraste dos elétrons livres no cobre para uma intensidade 
de campo elétrico de 0,5 V/m. Dados:  Cu = 3,5.10-3 m2 /V.s 
 
 
 
 
23) Duas barras de 3 metros de alumínio encontram-se separadas por 1 cm á 200C. 
Qual deve ser a temperatura para que elas se encostem, considerando que a 
única direção da dilatação acontecerá no sentido do encontro? 
 Sendo Al 22.10-6 0C -1 
 
 
24) Uma peça de zinco é constituída a partir de uma chapa de zinco com lados 30cm, 
da qual um pedaço de área 500cm2. elevando-se a temperatura de 500C a 
temperatura da peça restante, qual será a área final em cm2 ? 
 Dados: Zn 2,5.10-5 0C -1 
 
 
 
25) Um paralelepípedo de uma liga de alumínio (Al 22.10-6 0C -1) tem arestas que , 
à 0 0C, medem 5cm, 40cm e 30cm. De quanto aumenta seu volume ao ser 
aquecido à temperatura de 100 0C?