Resumo PMT - Apostilas - Engenharia, Notas de estudo de Engenharia Matemática

Baixe Resumo PMT - Apostilas - Engenharia e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Matemática, somente na Docsity! I aula 01 - ver slides: 21, 22 (acho q slides de 2005) Quanto maior e mais estreito o poço de potencial (baixo coeficiente de expansao termica) , maior será a energia de ligação --> mais resistente e maior o Pf e Peb Quanto maior a derivada em "Ro", e mais simetrica a curva e maior o poço de energia --> maior dureza | | \/ menor variação na distancia inter-atomica ligaçao ionica - forte, nao-direcional, atração eletrostatica entre ions ligação covalente - , mt forte, mt direcional ligação metalica -forte,nao direcional ateh 3 atomos de valencia (livres), apresentam msm probabilidade de .................................associarem-se a atomos vizinhos ligacao de van-der-walls (secundarias), fracas - flutuantes, induzidas, permanentes, simetrica apesar que -pontes de hidrogenio (+ fortes (permanente(polar))) H-FON (mas as ligaçoes internas sao covalentes, as inter-moleculares q sao secundarias (polar)) METAIS- – Resistência mecânica de moderada a alta. – Moderada plasticidade – Opacos. – Bons condutores elétricos e térmicos. . – Alta tenacidade ( nao se partem aplicando pressao alta) CERAMICAS - ---combinação de elementos metálicos e não-metálicos (óxidos, carbetos e nitretos ). – Caráter misto, iônico-covalente • Tipos de materiais: Cerâmicas tradicionais.– de alto desempenho– Vidros e vitro-cerâmicas cimentos • Propriedades gerais : – Isolantes térmicos e elétricos. – Refratários. Inércia química. – Corpos duros e frágeis. POLIMEROS compostos orgânicos– Carbono, hidrogênio, oxigênio e outros elementos, tais como nitrogênio, enxofre e cloro. • Compostos de massas moleculares muito grandes (macro-moléculas). • Tipos de materiais : – Termo-plásticos.– Termo-rígidos.– Elastômeros . – Baixa densidade. Flexibilidade e facilidade de conformação.– Tenacidade. – Geralmente pouco resistentes a altas temperaturas COMPOSITOS - mistura de materiais buscando melhores caracteristicas de cada um |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| AULA 2: ver slides: 12, 14(miller), 16 , 17, e 25 a 27 de difraçao FAZER DESENHOS DO cfc, ccc e hc, VENDO EXATAMENTE ONDE SE ENCOSTA, OS ATOMOS, PRA VER DISTANCIA DE LADOS EM RELAÇÃO AO RAIO DO ATOMO SOLIDOS: cristalinos - periodicidade nos arranjos nas 3 dimensoes - de longo alcance amorfos - ordenação de curto alcance Índices de Miller: direções cristalográficas • Direção cristalográfica: vetor que une dois pontos da rede cristalina. • Procedimento para determinação dos índices de Miller de uma direção cristalográfica: – transladar o “vetor direção” de maneira que ele passe pela origem do sistema de coordenadas. – determinar a projeção do vetor em cada um dos três eixos de coordenadas. Essas projeções devem ser medidas em termos dos parâmetros de rede (a,b,c) – multiplicar ou dividir esses três números por um fator comum, tal que os três números resultantes sejam os menores inteiros possíveis. – representar a direção escrevendo os três números entre colchetes: [u v w]. Nota: uma família de direções, por exemplo [100], [1(barra)00], [010], [01(barra)0], [001] e [001(barra)] é representada por <100> barras em cima quer dizer Negativo Determinação dos índices de Miller de um plano cristalográfico: – determinar os interceptos do plano com os eixos do sistema de coordenadas em termos dos parâmetros de rede a, b e c. Se o plano passar pela origem, transladar o plano para uma nova posição no sistema de coordenadas. – obter os recíprocos desses três interceptos. Se o plano for paralelo a um dos eixos, considera-se o intercepto infinito e o seu recíproco zero. – representar na forma ( h k l ) Nota: uma família de planos, como por exemplo (1b1b1), (11b1b), (111b), (1b1b1), (11b1b), (1b11b), (1b1b1b) e (1b11) é representada por {111} Fator de empacotamento atomico - (volumetrico) FEA = VAtomos/VCelulas DENSIDADE ATOMICA PLANAR (area) DP = Aatomos no plano/Aplano DENSIDADE ATOMICA LINEAR (distancia) DL = Latomos/Llinha ESTRUTURAS::: CCC - A relação entre o raio atômico, R, e a aresta do cubo, a, é dada por: a=4R/sqrt3 • 2 átomos por célula unitária • número de coordenação =8. • Exemplo de metais CCC: Fe-α, cromo, tungstênio, molibdênio. CFC - A relação entre o raio atômico, R, e a aresta do cubo, a, é dada por: a=2R/sqrt2 • 4 por célula unitária • número de coordenação = 12. • Exemplo de metais CFC: cobre, alumínio, ouro, chumbo. obs: esferas rigidas (A) (2, e somente 2, pontas opostas); e dois tipos de intersticios (B e C) , cada um forma um triangulo. HC - c/a = 1,633 (ideal). (sendo "c" a altura, e "a" o lado da base) • 6 átomos por célula unitáriaé igual a 6. • número de coordenação = 12. • O FEA é igual a 0,74. • Exemplo de metais HC: cádmio, cobalto, zinco. obs: esferas rigidas (A, primeira camada), B e C sao intersticios(2ª e 3ª camadas) POLIMORFISMO- solido apresenta mais de uma estrutura cristalina possivel(depende de T e P) ALOTROPIA - polimorfismo em elemento puro, como o"Cdiamante" e o Cgrafite, Materias monocristalinos - um cristal só, sem interrupçoes policristalinos - mais cristais OU graos(de msm cristal) com orientaçoes espaciais diferentes Difração de raios-X ocorre qnd onda encontra obstaculos q espalham a onda e o espaçamento −−− σολιδο σεµι−ινφινιτο (semi- infinitos) −−> α διφυσαο ν χηεγα να συπερφιχιε ενθντ αχοντεχε, υσα−σε γενεριχαµεντε θ υµ σολιδο εη σεµι−ινφινιτο θνδ Λ>10σθρτ(∆τ) Para t = 0, C = f(x,0) = C0 em 0 = x = 8. Para t > 0, C = f(0,t) = CS. Para t = 0, C = f(t,x) = C0 em x = 8. Cs-Cx = erf(x/2sqrtDt) Cs-Co , podendo servir por ex. para cementação (carbonetação (Fe-C)) de chapas de aço p; endurecer superficies D=Do exp( - deltaGd ) e linearizando fica: lnD = lnDo - (deltaGd)(1) RT R T sendo Do uma constante, e R=8,31J/mol.K, e Gd a en. de ativação (Temp. aumenta) qnt maior a tangente no grafico LnD por 1/T, mais a energia de ativação e menor o D, e mais dificil de difundir -tudo depende entao de: •Espécie que se difunde • Meio onde ocorre a difusão • Temperatura -A movimentação de átomos pelos defeitos cristalinos é muito mais rápida que pelo volume |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| AULA 05 slides12,14 ver exercicio 1b/c da lista 4 -Equilibrio: caracteristicas n mudam com o tempo se n for perturbado externamente em termos termodinamicos, qnda energia livre de Gibbs eh minima (dG=dH - TdS) O equilíbrio entre duas fases num sistema monocomponente chama-se equilíbrio univariante. -sistema binario isomorfo: componentes totalm/ soluveis um no outro. Se o ponto estiver numa região onde existem duas fases em equilíbrio, a determinação da composição das fases presentes é possível traçando-se um segmento de reta horizontal que passa pelo ponto e atinge as duas linhas que delimitam o campo de duas fases (linhas liquidus e solidus ). As composições das fases líquida e sólida são dadas pelas intersecções deste segmento de reta e as respectivas linhas de contorno. Regra da Alavanca (lembra do negocio contrario) ou que Wb = Ca - Co Ca - Cb -sistemas meta-estaveis permanecem mt tempo fora do equilibro(lentos.sofrem pequenas mas uteis) -solidificação em condiçoes de equilibrio, vai formando q nem no exercicio( liquido eh bola vazia, entra alguns alphazinhos, aih vira linhas de alpha) -em nao-equilibro-(em vez de ficarem apenas um tipo de alpha (com tanto de composição de tal componente), tem varios alphas(com composiçoes diferentes) - (meta-estabilidade). pode acontecer -Segregação zonamento (coring) redução na temperatura da linha solidus diminuição das propriedades Pode haver a necessidade de recozimento P+F=C+N P = número de fases presentes • C = número de componentes do sistema • N = número de variáveis além da composição – p.ex., temperatura, pressão • F = número de graus de liberdade – número de variáveis que pode ser alterado de forma independente sem alterar o número de fases existente no sistema eh um criterio para ver qnts fases coexistirao no equilibro, mas nao a quantidade destas -qnd 3 fases estao em equilibro num sistema binario, F=0, equilibro invariante temos assim: eutetica - L --> alpha + beta eutetoide - gama --> alpha +beta euteticas - pode se formas alpha monofasica no resfriamento, (do liquido pro alpha mais liquido (lado esquerdo do grafico do exercicio) ---precipitação: qnd vai de alpha pra alpha + beta, essa linha e a linha de solubilidade...o beta começa a precipitar(antes tava soluvel)(no ex3,o Pb é pouco soluvel em Sn,e o contrario nao) -transformaçao eutetica - resfriamento passando por aquele ponto triplo (L-->alpha + beta), o desenho da bola fica com listras de alpha e listras de beta (crescimento cooperativo)... se nao passasse no ponto ficaria com listras dos dois e pontos do dendrito pro-eutetico(oq tava junto com o liquido antes) ( no exercicio essa transformação eh hipo-eutetica, forma alpha primeiro(fase primaria - dendritas de alpha pro-euteticas) em q o liquido eutetico residual (71,9%Ag) se transforma em micro-estrutura eutetica (92%Ag) VER EXERCICIO 2b PRA NÃO CONFUNDIR |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| Aula 6 Diagrama de Fases Fe-Fe3C (Ferro-Cementita) Até 912ºC – CCC – ferrita α - Fe-α (atraida por ima até 770ºC) De 912 a 1394 – CFC – austenita – Fe-γ De 1394 a 1538 – CCC – Ferrita δ - Fe-δ *Perlita: finas camads de Fe3C numa matriz de Fe-α slides 5,6,7 Transformações de Fase: -em maioria são heterogêneas, com formação de interfaces (separa fases produto e matriz) - (nucleação e crescimento) costuma envolver formação de um núcleo da nova fase, que assim cresce. Esta formação é difícil de acontecer pela alta energia na interface p/ núcleos pequenos, sendo mais freqüentes interfaces de menor energia com orientações do novo cristal coincidentes (direções de planos ou linhas de átomos) com a matriz. -solubilidade de cada componente é diferente em cada fase em sistemas com mais de um componente, tendo a transformação que ocorrer com difusão, movimentação de átomos depende então do tempo (não é instantânea) ---Cinética Global da tranformação -curva com comportamento sigmoidal -numa reação isotérmica temos: y = 1 – e^(-kt^n) sendo y a fração transformada e t o tempo -Taxa de Reação: medida geral/ p/ 50% da reação transformada (r=1/t0,5) -maioria das transf. Isotérmicas varia com a Tº: r = Ae^(-Q/RT) corresponde ao inicio de formação de estricção, onde a tensao cai ateh o limite inferior, devido a diminuição da seção resistente Na região do pescoço, as cadeias moleculares se orientam, o que leva a um aumento localizado de resistência. Em conseqüência, a deformação plástica prossegue em uma região vizinha à do pescoço (de menor resistência), resultando em um aumento do comprimento do pescoço. A tensão de escoamento aumenta devido ao aumento da resistência do polímero (alinhamento de cadeias). Nos metais, a deformação plástica se concentra no pescoço logo após a sua formação, levando rapidamente à ruptura. -qnt maior a T°, mais embaixo a curva eh...! p/ T° mt pekena, quase n deforma... O ensaio de dureza consiste na aplicação de uma cargaconhecida através de um penetradorde geometria conhecida e na medição da áreada impressão produzida na superfície do corpo de prova. -a Dureza ( resistencia as deformaçoes localizadas) nao eh caracteristico do material (ao contrario da tenacidade e limite de escoamento), depende do tipo de carga, penetrador, maquina, etc |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| Aula 8 - discordancias e defeitos cristalinos nos ceramicos - estruturas cristalinas mais complexas e e ligaçoes mais direcionais -- >discordancias imoveis -movimentação de discordancias -->deformação -dependem das propriedades mecanicas...composição, processamento, etc,mas afetam outras propriedades tb --Nos materias cristalinos a deformação plastica ocorre geralm/ pelas movimentação das discordancias (VER SLIDE 4), ja nos materiais amorfos (sem ordenaçao espacial a longas distancias) a deformaçao plastica consiste em escoamento viscoco SLIDE 5, 6, 7 -movimentação mo 'plano de deslizamento' (de maior densidade atomica) --> conservativo -movimentação perpendicular ao vetor de burgers --> nao-conservativo (escalada ou ascensao) A movimentação das discordâncias se dá preferencialmente através de planos específicos e, dentro desses planos, em direções específicas, ambos com a maior densidade atômica de um dado reticulado cristalino, formando um "sistema de escorregamento" (fig.slide8) SLIDE 9 e 12: a maclação (do tipo contorno de grao espelhado) pode ocorrer em def. plasticas, importante em metais HC e CCC obs.:ductilidade é o contrario de fragil. é suportar deformação sem se quebrar ---ENDURECIMENTO EM METAIS -por Encruamento: atraves da deformação plastica, as discordâncias movimentam-se, multiplicam- se, interagem entre si formando “emaranhados”, passando a haver a necessidade de tensoes crescente pra a deformação %CW = 100%*(Ao-Af)/Ao , sendo estas as areas de seçao trasnversal -por Refino de grao: contornos de grao sao obstaculos p/ movimentação de discordancias. o limite de escoamento em função de "d" (tamanho do grao), é ⌠y = ⌠o +ky/sqrt(d) qnt menor o grao mais duro eh sendo ⌠o o coeficiente linear, e ky o coef. angular num grafico de limite de escoamento em função de "d^(-1/2)" -por Solução Solida: os campos de tensao gerado pelo soluto interagem com os campos de tensao das discordancias, dificultando a movimentação destas -por precipitação ou dispersao: slide 19: PRECIPITADOS INCOERENTES: não existe continuidade entre os planos cristalinos do precipitado e os da matriz, e as discordâncias terão que se curvar entre os precipitados → MECANISMO DE OROWAN Se os PRECIPITADOS forem COERENTES, as discordâncias em movimento poderão cortá-los ou cisalhá-los, mas sao menos comuns q as incoerentes ---Recristalização ver slide 22 apos recristalizar, vaificando mais ductil e menos tensionavel. aumentando a T°, dps de uma certa T°, formam-se novos graos. ver slide 23 ---Em materias polimericos: estes apresentam prop. mecanicas pouco uniformes, estes quais depende do tipo de ligaçao e ordenação entre cadeias polimericas, e nao no interior destas, Por exemplo, a deformação plástica de polímeros de cadeia linear é devida ao “desdobramento” irreversível das cadeias sob o efeito da tensão aplicada. |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| AULA 9 - Comportamento mecânico dos materias II VER SLIDES: 4 Slides SUPER-IMPORTANTES = 6,7 -Comportamento elastico (reversivel): ⌠ = Ε∗ε, sendo E o modulo de elasticidade -Comportamento viscoso (irreversivel): υ=⎜δψ/δτ σενδο ⎜ α ϖισχοσιδαδε (Πα.σ), δισσιπα ενεργια −Comportamento Visco-Elástico: primeiramente elastico, dps visco-elastico, q estabiliza e, dps de solto, volta rapidam/ a deformação elastica, e o resto volta aos poucos (e dissipa parte da energia) -Comportamento Visco-plástico: primeiramente elastico, dps visco-elastico com visco-plastico, aih n forma uma reta (ver slide 8, comparar com 7). qnd eh solto, tem a contração elastica duma vez normal, dps a visco- elastica volta aos poucos tb, mas a plastica nao volta, tendo bastante dissipaçao de energia. EFEITOS DA TEMPERATURA SOBRE A DEFORMAÇÃO PLASTICA -Em baixas Tº e deformaçoes ---> deformação ε depende praticam/ só de tensao ⌠ -Em altas T° e baixas deformaçoes --> depende da tensao, tempo e da propria Tº -ALTA TEMPERATURA (depende do material) --> Tº na qual efeitos difusivos (difusao,ascensao de discordancias) começam a aparecer macroscopicamente - uh=T/Tf ; sendo T a T° do material, e Tf a de fusao (em K). Em metais, se uh>0,4 -->Alta temperatura. slide 12.13: FLUENCIA - ao passar da Alta Temperatura, os efeitos difusivos ficam mt significativos, ocorrendo deformaçoes plasticas ateh em baixas Tº (comportamento visco-plastico) -Estagio I (transiente) - taxa de deformaçaõ descrescente - encruamento -Estagio II (estacionario) - dε/dt minima (quase cte) -Estagio III (terciario) - dε/dt crescente - forma cavidades (cavitação), leva a ruptura ---qnt maior T° ou ⌠ --> menor t para quebrar e maior dε/dt ---Fatores que aumentam a resistencia --> maior complexidade das estruturas cristalinas, graos maiores (contornos), mais precipitados slide15: T° e dε/dt tem efeitos opostos sobre comportam/ mecanico --qnt maior T° --> maior amplitude vibração e rotação (atomos ou macromoleculas), mais facil discordancias deslizarem;;assim --> menos o ⌠e(ou Le) e maior o alongamento slide 17: as def. plasticas requerem reorganização de atomos e/ou moleculas, q dependem do tempo...delta⌠ proporcional a delta(dε/dt)^m; sendo m o expoente de sensibilidade a deformação..........taxas de def. mt altas sao solicitaçoes severas p/ os materiais. -Transição Dúctil-Frágil -- há uma Tc° de transição abrupta de alta fragilidade (T°baixa) p/ alta ductilidade (T°alta). nao recomendado uso qnd houver possibilidade de utilização em T°s mais baixas q a Tc°..mas permite comparar fragilidade de materiais em ensaios padronizados --Ensaio de impacto - joga-se um peso de uma certa altura em queda livre sobre a amostra e, qualitativam/, observa-se se quebra ou n quebra, trinca ou n, deforma ou n, podendo determinar a Tc°. interessante p/ projetos em T°s subambientes Fadiga - alem das solicitaçoes estaticas ou monotonicas (força cresce ou decresce continuamente), ha as ciclicas (como molas e eixos), estas quais implicam fadiga dos materias, q podem ocorrer ateh no regime elastico; dar uma olhada no slide 24: lembrar: N=delta t/lambda: n°ciclos no intervalo delta t |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| AULA 10 - MATERIAIS CERAMICOS -com elementos metalicos e n-metalicos -alto ponto de fusao -geralmente isolantes eletricos, frageis e duros -comumente estaveis a condiçoes ambientais severas -há os tradicionais (louças, ceramicas estruturais), ha os vidros; abrasivos, cimentos e ceramicas avançadas (aplicaçoes eletrica, termica, mecanica., optica, quimica, etc) slide 5 Vidros: principal eh o de sílica... predominam SiO2. sólido nao-cristalino (ordenação atomica de curto alcance). sao materiais conformados (moldados) a quente. qnd fundido tem alta viscosidade, podendo ser deformado plasticamente sem se romper --no resfriamento nao cristaliza, mas aumenta tanto a viscosidade q começa a apresentar comportam/ mecanico de um solido --nao existe T° de de fusao cristalina mas uma Tg° de transição vítrea slide 10 - comparação entres solido amorfo e cristalino --qnt maior o velô de resfriam/, menor a Tg° SLIDE SUPER IMPORTANTE = 11 - colar figura Ponto de deformação (Strain Point) – abaixo desta temperatura o vidro fica frágil: viscosidade ≈ 3x1014 P. • Ponto de recozimento (Annealing Point) – as tensões residuais podem ser eliminadas em até 15 min: viscosidade ≈ 1013 P. • Ponto de amolecimento (Softening Point) – Máxima temperatura para evitar alterações A T°de transição vítrea depende da flexibilidade das cadeias e da possibilidade de sofrerem rotação. Se T>Tg → alta mobilidade das cadeias Se T<Tg → baixa mobilidade Mais grupos atômicos grande ou ligações cruzadas diminuem flexibilidade → aumenta Tg --Os 100% amorfos n possuem T°de fusão cristalina. Se a T° estiver mt acima da Tg°vitrea, fica menos viscoso progressivam/ ateh chegar a T° de degradação --Elastomeros: se tensionados, deformam-se podendo voltar ao normal ao soltar. -tem baixo modulo de elasticidade. –amorfos ou com baixa cristalinidade(obtida sob tensao). -alta mobilidade local de trechos de cadeia (baixa energia de interação intermolecular) e baixa mobilidade total das cadeias (ligações covalentes cruzadas entre cadeias ou reticuladas). - vulcanização: reação (geralm/ com enxofre) q faz ligações cruzadas entre cadeias. As borrachas n-vulcanizadas são mais macias, pegajosas e menos resistentes a abrasão. As vulcanizadas tem maior modulo de elasticidade e + resistência a tração e a degradação oxidativa Ex: Poliisopreno (borracha natural), polibutadieno, SBS,borrachas de silicone, borracha nitrílica, borracha cloropreno -Processamento de polimeros: depende se é termoplástico ou termofixo; da T° na qual ele amolece(se for termoplástico); da estabilidade química (resistência à degradação oxidativa e à diminuição da massa molar das moléculas);da geometria e do tamanho do produto final. È feito em T°altas (+de 100°C), acima da Tg ou Tf dependendo do q se usa, e sob pressão. -Termofixos são feitos com preparação de um (pré)-polímero linear líquido de baixa massa molar e dps faz-se a peça dura e rígida (curada, com aquecim; e catalisadores, formando ligações cruzadas ou reticuladas), geralmente em um molde que tem a forma da peça acabada. AULA 12 - PROPRIEDADES ELÉTRICAS DOS MATERIAIS -As propriedades elétricas dependem da configuração eletrônica, tipo de ligação química e os tipos de estrutura e microestrutura. • A CORRENTE ELÉTRICA: movimento de portadores de carga (elétrons, buracos eletrônicos, cátions e ânions) sob um campo elétrico externo. -Lei de Ohm: U=RI -Resistividade: ρ = R (A / L) ; sendo A a área da seção tranversal R= ρ(L/A) do cilindro, e L o comprimento Obs.: resistência eh propriedade do corpo, e resistividade eh do material -Condutividade (facilidade de condução): σ = 1 / ρ -Densidade da corrente: J = σ E (equivalente a U=RI) ver slide 7 (condutores, semi-condutores, isolantes) -O modelo dos elétrons livres: material tem um gás de elétrons num retículo cristalino de íons pesados.De acordo com a forma funcional da lei de Ohm,mas erra nos valores da condutividade elétrica, sendo necessário considerar a ondulatória dos elétrons e mecânica quântica. -Bandas de energia eletrônica nos sólidos: Longe de outros, cada átomo é independente, e tem os níveis de energia atômica e a configuração eletrônica que teria se estivesse isolado. Qnd se aproximam, sentem elétrons e núcleo do outro, tal que cada estado atômico distinto pode se dividir em uma série de estados eletrônicos proximam/ espaçados no sólido, formando a banda de energia eletronica. • A extensão da divisão depende da separação interatômica começando pelas camadas + externas. Dentro de cada banda, os estados de energia são discretos,mas diferença de energia entre os estados adjacentes é pequena. slide super: 12 - A ENERGIA DE FERMI, Ef, vem do caráter estatístico dos elétrons e do Princípio de Exclusão de Pauli. Para metais a T = 0 K, Ef é definida como a energia máxima dos estados eletrônicos ocupados. Para semicondutores e isolantes Ef tem um valor situado na faixa de energias do poço de potencial. • Nos metais, somente elétrons com energia maior que Ef podem ser acelerados na presença de um campo elétrico. Esses sao os elétrons livres, que participam da condução • Em semicon-dutores e isolantes, os buracos eletrônicos têm energia menor que Ef e tb participam do processo de condução. • O processo de condução se origina na mobilidade dos PORTADORES DE CARGA. • NOS METAIS: eh preciso pouca energia prum eletron pra mudar prum estado de energia disponível e não-preenchido acima do Ef e tornar-se eletron livre Condutividade: σ = n |e| µe ; sendo n o n° de elétrons por volume, |e| a carga 1,602x10-19 C e µe a mobilidade destes. • NOS SEMICONDUTORES E ISOLANTES: eh preciso que o eletron excite-se a ponto de sair da banda de Valencia, passar o gap de energia e chegar à banda de condução. A largura da barreira eh o qnt precisa de energia. Quando o elétrons consegue, geram-se entao um eletron livre e um buraco eletronico -Semicondutores intrínsecos: comportam/ elétrico depende basicam/ da estrutura eletrônica do material puro. Condutividade elétrica pequena e varia muito com a T°(aumenta com esta). Dos grupos III-V e II-VI tem ficado importantes no mercado. -Semicondutores extrínsecos:comportam/ elétrico depende fortem/ do tipo e concentração dos átomos de impurezas. Dopagem: adição de impurezas p/ moldar o comportamento elétrico. Condutividade varia pouco com a T° e é controlado pela concentração de impurezas. São em maioria no mercado, como o Si, o Ge e o Sn. Slide 17 Nos semicondutores vale a relação: σ = n |e| µe + p |e| µb ; sendo b o n° de buracos eletrônicos e µb a mobilidade destes. Note que µe>µb. ; -Nos intrínsecos, n=p, portanto σ = n |e| (µe+ µb) -Nos extrínsecos do tipo n: no ex. de dopagem do Si (Valencia 4) com P (Val 5), um átomo deste q substitui um daquele deixa um eletron sobrando (livre) impureza doadora. n>>p; σ ≈ n |e| µe -Nos extrínsecos do tipo p: no ex. de dopagem do Si (Valencia 4) com B (Val 3), um átomo deste q substitui um daquele deixa um buraco eletrônico impureza receptora. p>>n; σ ≈ p |e| µb obs.: sob ação de um campo elétrico externo, elétrons se movem no sentido contrario ao do campo, e buracos eletronicos no mesmo sentido. |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||| AULA 13 – Propriedades Magnéticas dos Materiais Uso em Geradores elétricos, motores elétricos, transformadores elétricos, Rádios, Televisões, Vídeos, Telefones, Computadores, Dispositivos de armazenamento de dados (discos rígidos, fitas magnéticas etc), Cartões magnéticos, Alto-falantes.... CAMPOS MAGNÉTICOS B (do movimento INTERNO) representam gradientes de energia e são produzidos por cargas elétricas em movimento.ou magnetos permanentes (“ímãs”, pelo movimento dos elétrons (spin e orbital)). Representação do campo mag. por LINHAS DE FORÇA. A tangente à linha de força fornece a direção do campo naquele ponto. Maior a intensidade qnt maior o n° de linhas de força que atravessam uma área unitária na direção perpendicular à definida pelas linhas de força. (acho q qnt mais perto mais intenso). -Em uma bobina (espiral) – (lembrar regra da mão direita). H = N I / L (A/m); sendo H a intensidade do campo mag.; N o °de voltas; I a intensidade da corrente e L o comprimento -Em um fio reto longo: H =I / 2πr ; sendo r a distancia do eixo até onde se quer definir o campo. -A INDUÇÃO MAGNÉTICA ou DENSIDADE DO FLUXO MAGNÉ-TICO representa a intensidade do campo no interior de um material sujeito a um campo magnético externo. No vácuo vale Bo = µo H , (T ou Wb / m2= V / s-m2 (n°linhas por unidade de area), onde µo = 4 π x 10-7 H / m (ou Wb / A.m). é a permeabilidade magnética no vácuo. Num material e Bo = µ H (análoga a -Anisotropia magnética: o q influencia na forma das curvas de histerese? depende de: -monocristalino ou policristalino -orientação preferencial dos grãos em materiais policristalinos (como índices de Miller) -presença de poros ou de partículas de uma segunda fase -temperatura, tensões mecânicas -Os índices de Miller das DIREÇÕES DE FÁCIL MAGNETIZAÇÃO do níquel e do ferro são, respectivamente, [111] e [100]. AULA 14 – Propriedades Térmicas e Ópticas ---Ao mudar a T° dilatação (em aquecimento);contração (no resfriamento);calor é absorvido ou transmitido; transformações de fases. ---Capacidade térmica molar – calor necessário p/ aumentar em 1 grau K um mol = capacidade de absorver calor do meio circundante: C=dQ/dT ; sendo C dado em J/mol*K. Usa=se mt o termo calor especifico, dado em J/kg*K A capacidade térmica molar pode ser medida a volume constante (Cv) e a pressão constante (Cp) com: Cp> Cv (no entanto,esta diferença é pequena para a maioria dos materiais sólidos a temperaturas iguais ou abaixo da temperatura ambiente). ---Em geral, conteúdo térmico e energia vibracional dos átomos sao diretamente relacionados. A contribuição eletrônica para a capacidade térmica é, em geral, insignificante, a não ser para temperaturas próximas a zero graus Kelvin. ---Energia vibracional (energia cinética mais potencial): série de ondas elásticas de comprimento de onda mt pequeno e freqüências mt altas, q se propagam através do material com a velocidade do som, é quantizada em “fônons” (análogo ao fóton da radiação magnética). O espalhamento dos elétrons livres é devido às ondas vibracionais. ---Variação de comprimento: ∆l/lo = α∆T ; sendo α o coeficiente linear de expansão térmica (K-1) (este qual representa a capacidade do material de dilatar-se) ---Gráfico de distância de equilíbrio (ponto médio das flechas r) entre 2 átomos vizinhos. (a)aumenta distancia qnd aumenta T° (b)curva de em. potencial simétrica n aumenta distancia interatomica qnd T° aumenta (c)en. ligação + alta e + simétrico menor α (d)baixa em. ligação e + assimétrica maior α -condução térmica: calor é transportado de regiões de alta T° temperatura p/ de baixa T°. -condutividade térmica: capacidade de um material de conduzir calor. ; sendo “q” o fluxo de calor por unidade de tempo por unidade de área perpendicular ao fluxo(w/m^2). k é a condutividade térmica (W/m-K) e dT/dx o gradiente de T° (K/m). O sinal negativo quer dizer q o calor vai do lugar + quente pro + frio Equação válida qnd o fluxo de calor é estacionario (não varia com o tempo) - Condutividade térmica por elétrons(ke): Os eletrons livres nas regiões quentes ganham en. cinética e vao p/ regiões + frias, e há colisões com fônons, transformando parte da en. cinética em energia vibracional p/ os átomos dessas regiões frias aumenta T°. “mais elétrons livres = maior condutividade térmica.” - Condutividade térmica por fônons(kq): por vibrações da rede atômica. Se dá na msm direção da en. vibracional -Condutividade térmica k = ke + kq slide 11 p/ ter idéia de comparar materiais • PARTE OPTICA: ---qq radiação eletromagnética no vácuo tem velo 3*10^8 -Em forma de onda: c=λv ;sendo c o velô de propagação, λ comprim. onda, e v frequencia -Em forma de fótons (pacotes de energia): E=hv=hc/λ ; sendo h a constante de Planck = 6.63*10^-34 J-m e E a energia de um fóton -absorção de fótons na superfície de um metal (~1µm), acompanhada de excitação de elétrons, q passam de níveis energéticos preenchidos p/ n preenchidos (de maior energia). Qnd voltam pros níveis de menor energia, reemitem fótons. –Energia se conserva nessas transmissões, 5 a 10% é dissipado em calor, o resto é refletido. -Metais brancos(Ag, Pt, AL, Zn):refletem +ou– msm n° de fótons com msm freqüência do feixe de lux -Vermelhos e amarelos (Cu, Au): absorve fótons de λ(comprim. onda) menor e refletem os de λ maior ---qnt mais denso mais absorve -----qnt mais polido mais reflete ---Em não-metalicos, poucos fótons são absorvidos, por causa de um poço de energia separando bandas preenchidas e n-preenchidas, sendo entao a maioria transmitidos. – os refletidos são q nem nos metais. Em cerâmicos o poço eh mt grande. Para semicondutores eh pekeno e domina a refletividade. --fotons da radiação visível tem energia entre 1,8 eV(vermelho) e 3,1eV (violeta) -semicondutores q tem poço menor q 1,8 são opacos a luz mas tem aspecto metálico -materias com poços entre 1,8 e 3,1 são transparentes à luz, mas coloridos (absorvem os de maior E) -com poço maior q 3,1 são transparentes e incolores -Em materiais isolantes,dielétricos transparentes podem ficar translúcidos ou opacos,pois espalha-se luz por contornos de grão;partículas finas dispersas;porosidade;ou materiais com índice de refração anisotrópico -Em polímeros, o espalhamento ocorre nas contornos entre parte amorfa e cristalina. Qnt + cristalino (+denso) mais translúcido ou opaco. Os amorfos (menos denso) são total transparentes. AULA 15 – CORROSÃO E DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS --Fim dos materiais acontece por meio de: – Corrosão de metais e materiais cerâmicos e Degradação de polímeros • Desgaste mecânico: Desgaste abrasivo, Erosão e Cavitação (. -Se corrosão e desgaste mecânico são simultâneos (efeito sinérgico), aí é bem pior do q se acontecessem, mas separados. --Custos: Ctot = Cdc + Cdp + Cin ; Cdp maior costuma diminuiu Ctot. -Cdc (corretivo): reparos e reposição de material -Cdp (preventivo): revestimentos (pintura e outros), material resistente à corrosão, proteção catódica, inibidores de corrosão, desumidificação de armazém, superdimensionamento. -Cin (indireto): interrupção de produção, perda de materiais, perda de eficiência, contaminação. IMPORTÂNCIA SOCIAL DADETERIORAÇÃO: • Acidentes: queda de pontes, explosão de caldeiras. • Contaminação • Insalubridade: umidade causada por vazamentos. • Economia popular: produtos de consumo de durabilidade comprometida pela deterioração. --Como ocorre a corrosão e/ou degradação: •Metais: Por processos eletroquímicos -corrosão: dissolução do material, com ou sem a formação de produtos sólidos (óxidos, sulfetos, hidróxidos). Ou -oxidação: pela reação em atmosferas a alta T°. •Cerâmicas (mt resistentes) (corrosão ou degradação por fases vítreas ou dissolução): só em T° elevadas (com ácidos (como HF ou alcalinos + fortes) ou em ambientes mt agressivos. • Polímeros: Degradação. Alguns solventes líquidos provocam dissolução ou expansão (qnd é absorvido pelo polímero). Tb pode-se a alterar estrutura molecular pela exposição a radiações eletromagnéticas (luz, raiosX,...) ou calor. --Ver slide 11 -elétrons da reação anodica vão pra catodica -metal que sofre corrosão assume um potencial (de eletrodo) de corrosão. • Obs.: potencial de eletrodo = potencial medido com relação a um eletrodo de referência, como o de hidrogênio, ou calomelano saturado (ECS) (eletrodo de referência secundário) ---Passivação: película fina (óxidos geralm/) (4nm) q protege o metal contra corrosão, como o Al2O3 ou Cr2O3 ( é uma proteção anódica)