AS Matéria condensada

Prévia do material em texto

AS 1
Pergunta 1 
1. As indústrias brasileira e mundial realizam trabalhos de mineração e de processamento metalúrgico de diversos materiais para fins tecnológicos. Dentre esses materiais estão alumínio (Al), cobre (Cu), ouro (Au) e prata (Ag). Todos eles apresentam estrutura cúbica de face centrada. Sabendo que o conhecimento das características cristalográficas dos materiais está diretamente associado as suas aplicações diversas, calcule o fator de empacotamento atômico da rede cúbica de face centrada.
	
	a.
	 74%.
	
	b.
	 62%.
	
	c.
	60%.
	
	d.
	 72%.
	
	e.
	 76%.
0,25 pontos   
Pergunta 2 
1. A indústria de alta precisão trabalha com o desenvolvimento e otimização de materiais com elevada qualidade estrutural com o propósito de minimizar a presença de defeitos e perdas de energia ao longo da geometria desses materiais. Parte desse processo está na escolha inicial desses materiais de acordo com aplicações específicas. O fator de empacotamento atômico está relacionado, dentre muitos fatores, com maior probabilidade de interação entre seus átomos e elétrons contribuindo para as propriedades mecânicas e elétricas, por exemplo. Sabendo que cristais com estrutura cúbica simples têm 1 átomo na célula unitária, qual é o fator de empacotamento atômico desses materiais?
	
	a.
	  42,4%.
	
	b.
	52,4%.
	
	c.
	32,4%.
	
	d.
	 60%.
	
	e.
	  30%.
0,25 pontos   
Pergunta 3 
1. A indústria brasileira realiza trabalhos de mineração e de processamento metalúrgico de diversos materiais para fins tecnológicos. Dentre esses materiais estão ferro (Fe), Nióbio (Nb) e cromo (Cr). Todos eles apresentam estrutura cúbica de corpo centrado. Sabendo que o conhecimento das características cristalográficas dos materiais está diretamente associado as suas aplicações diversas, calcule o fator de empacotamento atômico da rede cúbica de corpo centrado
	
	a.
	 58%.
	
	b.
	  75%.
	
	c.
	  65%.
	
	d.
	 78%.
	
	e.
	 68%.
0,25 pontos   
Pergunta 4 
1. Em muitos processos laboratoriais e industriais, alguns materiais são submetidos a tratamentos térmicos com o propósito de tentar corrigir alguma possível deformação da estrutura cristalina. Esses materiais são submetidos a temperaturas abaixo de seu ponto de fusão durante um determinado intervalo de tempo previamente escolhido. Com isso, a estrutura cristalina, em alguns casos, pode sofrer leves processos de relaxação e contração. O processo de aquecimento e resfriamento é controlado. Tal processo recebe o nome de annealing ou recozimento. Sobre o exposto, é correto afirmar:
	
	a.
	 As mudanças de fase estruturais não ocorrem abaixo da temperatura de fusão.
	
	b.
	 Todos os materiais sofrem mudanças de fases nos annealings.
	
	c.
	  Alguns materiais apresentam mudança de fase estrutural em temperaturas específicas abaixo da temperatura de fusão.
	
	d.
	  Todos os materiais podem passar por qualquer processo de annealing sem sofrer quaisquer danos drásticos.
	
	e.
	 As mudanças de fase estrutural apenas ocorrem em temperaturas acima da temperatura de fusão.
AS2
1. A platina é um metal de transição muito utilizado em equipamentos laboratoriais, em contatos eletrônicos, em implantes médicos variados, em compostos magnéticos e na indústria de joias. Esse material passa por muitos processos de controle de qualidade desde sua obtenção e até um produto final, dentre eles, o controle e a verificação de sua estrutura cristalina. Determine o ângulo de difração aproximado esperado para a reflexão de primeira ordem da platina, quando é utilizada uma radiação monocromática com comprimento de onda de 0,1542nm. 
Considere a distância interplanar de 0,1183nm para a platina:
	
	a.
	  80,69o.
	
	b.
	  30,59o.
	
	c.
	 45,38o.
	
	d.
	 39,69o.
	
	e.
	81,38o.
0,25 pontos   
Pergunta 2 
1. Considerando a questão anterior sobre crescimento de cristais e orientações cristalográficas, pode-se destacar o aspecto termodinâmico dos processos envolvidos. Esse aspecto termodinâmico se manifesta por meio do gradiente de temperatura envolvido. Trata-se das relações entre tempo e temperatura utilizadas durante o processo de obtenção dos cristais para diversas finalidades. 
Sobre o exposto, é CORRETO AFIRMAR:
	
	a.
	As variações termodinâmicas são compensadas pelo controle de pressão durante o processo. Assim, não apresentam riscos após atingida a temperatura máxima.
	
	b.
	As variações de temperatura durante o aquecimento e o resfriamento podem causar interferências na estrutura cristalina, vez que podem interferir nas energias cinéticas dos átomos.
	
	c.
	As variações de temperatura durante o aquecimento e o resfriamento controlados não causam grandes interferências na estrutura cristalina, pois a formação de planos com orientação preferencial, de fato, não ocorre em altas temperaturas.
	
	d.
	As variações de temperatura durante o aquecimento e o resfriamento podem causar interferências na estrutura cristalina, mas apenas no nível microscópico, vez que podem interferir nas baixas energias cinéticas dos átomos.
	
	e.
	 As variações termodinâmicas durante o aquecimento e o resfriamento controlados não causam grande interferências na estrutura cristalina, pois a formação de planos com orientação preferencial ocorrerá necessariamente.
0,25 pontos   
Pergunta 3 
1. Um dos principais conceitos no tratamento quântico dos fenômenos é o que está relacionado à dualidade onda-partícula, que propõe a coexistência de um comportamento ondulatório e um comportamento corpuscular para tais fenômenos. A ideia de quantização de energia presente nesse conceito também está presente na análise quantitativa de energias em estruturas cristalinas. 
Assim, é CORRETO AFIRMAR:
	
	a.
	  O fônon não pode ser entendido como a entidade que transporta o quantum de energia de vibração na rede cristalina.
	
	b.
	 O fônon pode ser entendido como a entidade que transporta o quantum de energia de vibração na rede cristalina.
	
	c.
	 O fóton pode ser entendido como a entidade que transporta o quantum de energia de vibração na rede cristalina.
	
	d.
	 As chamadas correntes de fônons não têm relação com as energias dos elétrons dos átomos da estrutura cristalina.
	
	e.
	  O fóton pode ser entendido como a entidade que transporta a energia iônica de vibração na rede cristalina
0,25 pontos   
Pergunta 4 
1. O metal rubídio apresenta estrutura CCC e faz parte de diferentes aplicações, tais como exame PET em Medicina Nuclear, lâminas condutoras em baterias, camadas fotoemissoras em detectores eletrônicos. Suas propriedades químicas, eletrônicas e estruturais são bem conhecidas e empregadas. Quando é utilizada uma radiação X monocromática com comprimento de onda de 0,0711nm ocorre o fenômeno de difração nos planos (321) no ângulo de 27o (fenômeno de primeira ordem). 
Calcule o espaçamento interplanar para essas condições:
	
	a.
	  0,1123 nm.
	
	b.
	0,1723 nm.
	
	c.
	 0,12 nm.
	
	d.
	  0,1523 nm.
	
	e.
	 0,1824 nm.
AS 3
1. Em relação à situação da questão anterior, se o dispositivo e as fontes não apresentassem qualquer tipo de identificação visual em relação à natureza da radiação emitida pelas fontes, que tipo de equipamento deveria ser usado para diferenciar um tipo de radiação do outro de forma mais prática e adequada?
	
	a.
	 Colimadores de radiação;
	
	b.
	Blindagem;
	
	c.
	Detectores de radiação;
	
	d.
	Gerenciamento de rejeitos radioativos;
	
	e.
	Colimadores de radiação e alarmes.
0,25 pontos   
Pergunta 2 
1. O diodo ideal é um dispositivo semicondutor de dois terminais (junção pn) que é capaz de conduzir corrente elétrica em apenas um sentido. Toda, na prática, um diodo semicondutor apresenta outros parâmetros dinâmicos, tais como a corrente do diodo ID e a corrente de saturação Is. Calcule a corrente de diodo ID a 20oC para um diodo de Si com uma polarização direta aplicada de 0,6 V e com Is = 50 nA.
	
	a.
	5,193 mA;
	
	b.
	5,197 mA;
	
	c.
	7,197 mA;
	
	d.
	  7,67 mA;
	
	e.
	7,257 mA.
0,25 pontos   
Pergunta 3 
1. Profissionais que trabalham com análise de circuitos usam softwares para fazersimulações dos valores necessários para cada componente de um determinado circuito, com o propósito de se obter os melhores rendimentos e o mínimo de gasto com energia e utilização desses componentes. Considere uma situação simples de transporte de cargas através de uma diferença de potencial. Calcule a energia em joules que é necessária para mover uma carga de 6 C por meio de uma tensão de 3 V.
	
	a.
	 1,8 J;
	
	b.
	2,3 J;
	
	c.
	18 J;
	
	d.
	 13 J;
	
	e.
	2 J.
0,25 pontos   
Pergunta 4 
1. Tomando-se como base uma situação similar à do exercício anterior e sabendo que 48 V são necessários para mover uma carga por meio de uma ddp de 12V, calcule a carga relacionada a essa situação.
	
	a.
	6,4.10-18 C;
	
	b.
	3,4.10-19 C;
	
	c.
	6,4.10-19 C;
	
	d.
	7,4.10-16 C;
	
	e.
	3,4.10-18 C;
AS 4
Pergunta 1 
1. A Física possui áreas de estudos que abrangem diferentes aspectos da natureza passando por uma ampla gama de escalas. Essas escalas de ocorrência de fenômenos vão desde a escala subnuclear (Física de Partículas Elementares) até as dimensões de aglomerados de galáxias e da estrutura do universo em larga escala (Cosmologia). Sobre os focos de estudos da Física da Matéria Condensada, é correto afirmar:
	
	a.
	Apenas do ponto de vista teórico, a Física da Matéria Condensada lida com fenômenos que ocorrem na escala de anos-luz.
	
	b.
	Tanto do ponto de vista teórico, quanto do ponto de vista experimental, a Física da Matéria Condensada lida com fenômenos que ocorrem na escala de anos-luz;
	
	c.
	Tanto do ponto de vista teórico, quanto do ponto de vista experimental, a Física da Matéria Condensada lida com fenômenos que ocorrem na escala nanométrica;
	
	d.
	Tanto do ponto de vista teórico, quanto do ponto de vista experimental, a Física da Matéria Condensada lida com fenômenos que envolvem diretamente quarks, léptons e mésons sob altas energias de colisão;
	
	e.
	Tanto do ponto de vista teórico, quanto do ponto de vista experimental, a Física da Matéria Condensada lida com fenômenos que envolvem diretamente quarks, léptons e mésons sob baixas temperaturas e energias de colisão;
0,25 pontos   
Pergunta 2 
1. O fenômeno da supercondutividade pode ser observado em alguns materiais específicos quando estes são refrigerados a temperaturas muito baixas e específicas, as chamadas temperaturas de valor crítico Tc. A energia térmica fornecida a um determinado material influencia a cinética e disposição dos seus elétrons e, consequentemente, seu ordenamento magnético e resistividade. Assim, podemos afirmar corretamente sobre materiais supercondutores:
	
	a.
	Seus elétrons de condução apresentam-se em um estado ordenado no material. Essa ordem consiste em pares de elétrons fracamente relacionados. Esses elétrons são ordenados em temperaturas abaixo da Tc, mas apresentam-se desordenados em temperaturas acima da Tc;
	
	b.
	Seus elétrons de valência apresentam-se em um estado desordenado no material. Essa ordem consiste em pares de elétrons fracamente relacionados. Esses elétrons são desordenados em temperaturas abaixo da Tc, mas apresentam-se ordenados em temperaturas acima da Tc;
	
	c.
	Seus elétrons de condução apresentam-se em um estado ordenado no material. Essa ordem consiste em elétrons isolados fracamente relacionados. Esses elétrons são desordenados em temperaturas abaixo da Tc, mas apresentam-se ordenados em temperaturas acima da Tc.
	
	d.
	Seus elétrons de valência apresentam-se em um estado desordenado no material. Essa ordem consiste em elétrons isolados e fracamente relacionados. Esses elétrons são desordenados em temperaturas abaixo da Tc, mas apresentam-se ordenados em temperaturas acima da Tc
	
	e.
	Seus elétrons de valência apresentam-se em um estado ordenado no material. Essa ordem consiste em pares de elétrons fracamente relacionados. Esses elétrons são ordenados em temperaturas acima da Tc, mas apresentam-se desordenados em temperaturas abaixo da Tc;
0,25 pontos   
Pergunta 3 
1. Os materiais magnéticos são utilizados e aplicados de acordo com muitas de suas características, dentre elas, a intensidade e a durabilidade de resposta a estímulos eletromagnéticos, custo e disponibilidade do material, nível de toxicidade e afinidades químicas, índice de pureza e aparato operacional necessário. Com relação a suas propriedades magnéticas propriamente ditas, pode-se dizer que, dentre outros fatores, tem origem na natureza seus átomos, seus dipolos magnéticos intrínsecos (relação com o ordenamento de spin) e a somatória dos mesmos, bem como a já mencionada intensidade e a durabilidade de resposta a estímulos eletromagnéticos. Dessa forma, há materiais chamados de paramagnéticos e diamagnéticos, sobre os quais é correto afirmar, respectivamente, considerando a orientação dos dipolos magnéticos em campo nulo e temperatura ambiente:
	
	a.
	Apresentam susceptibilidade magnética muito grande, negativa e os dipolos se alinham na direção e sentido do campo; apresentam susceptibilidade magnética pequena, negativa e os dipolos são induzidos no sentido oposto ao campo;
	
	b.
	Apresentam susceptibilidade magnética muito grande, positiva e os dipolos se alinham na direção e sentido oposto ao campo; apresentam susceptibilidade magnética pequena, negativa e os dipolos são induzidos no sentido do campo;
	
	c.
	Apresentam susceptibilidade magnética pequena, positiva e os dipolos se alinham na direção e sentido do campo; apresentam susceptibilidade magnética pequena, negativa e os dipolos são induzidos no sentido oposto ao campo;
	
	d.
	Apresentam susceptibilidade magnética pequena, positiva e os dipolos se alinham na direção e sentido do campo; apresentam susceptibilidade magnética muito grande, positiva e os dipolos são induzidos no sentido oposto ao campo. Alternativa correta: c
	
	e.
	Apresentam susceptibilidade magnética pequena, negativa e os dipolos se alinham na direção e sentido do campo; apresentam susceptibilidade magnética pequena, positiva e os dipolos são induzidos no sentido oposto ao campo;
0,25 pontos   
Pergunta 4 
1. Materiais ferromagnéticos podem ser descritos por alguns parâmetros obtidos de uma curva de magnetização que caracteriza sua resposta à aplicação de um campo magnético externo. A curva de magnetização é obtida experimentalmente pela medida da magnetização M, ou densidade de fluxo B, como função da intensidade do campo magnético. Essas medidas são realizadas em um equipamento de magnetometria (medidas de magnetização) do tipo SQUID. É correto afirmar sobre essa metodologia experimental:
	
	a.
	Os valores de temperatura e as dimensões reduzidas (escala em nm) das estruturas das amostras exercem forte influência nas medidas de magnetização.
	
	b.
	Os valores de temperatura e as dimensões reduzidas (escala em cm) das estruturas das amostras exercem forte influência nas medidas de magnetização;
	
	c.
	Os valores de temperatura (que devem ser acima de 100K) e as dimensões reduzidas (escala em cm) das estruturas das amostras exercem forte influência nas medidas de magnetização;
	
	d.
	Os valores de temperatura e as dimensões reduzidas (escala em µm) das estruturas das amostras exercem forte influência nas medidas de magnetização. Mas a temperatura pode ser ajustada no equipamento, contornando as variações indesejadas na curva de magnetização;
	
	e.
	Os valores de temperatura e as dimensões reduzidas (escala em nm) das estruturas das amostras exercem forte influência nas medidas de magnetização. Mas a temperatura pode ser ajustada no equipamento, contornando as variações indesejadas na curva de magnetização;