Lista 1 P1 - Introd à Ciência e Tecnolog dos Materiais - 2023-1

Nome do aluno: Nº matricula Turma: 1 - Sabe-se que qualquer ação que cause modificação na estrutura interna do material, afetará suas propriedades. Essas ações podem ocorrer durante o processamento, como parte deste, ou durante o uso do produto (material), por esforços e/ou condições ambientais. Como por exemplo: - um fio elétrico é fortalecido por processo de trefilamento (afinamento por estiramento); - processamentos térmicos dos materiais (recozimento, resfriamento bruscos); - borracha ou plásticos expostos à luz e ao ar por longo tempo sofrem endurecimento; - metal rompe sob fadiga sob esforço mecânico cíclico; - um plástico de commodities pode se degradar quando submetido a novos ciclos térmicos (reprocessamento); - um vidro pode ser opaco, translúcido ou transparente em função do processo de fabricação. Dentre as relações acima, escolha uma e descreva os mecanismos ou parâmetros, e princípios físicos envolvidos na relação que você escolheu, e que podem afetar o desempenho dos materiais em uso. 2 - Considere que dois átomos se aproximam e ligam-se quimicamente no sentido de minimizar a energia total do sistema. Observa-se que existe uma distância r0 em que a energia é mínima, que será o parâmetro de rede do sistema, ou a distância natural entre esses dois átomos. Observa-se ainda que este tipo de curva pode ser aproximado por uma função que segue: E(r) = A/rn - B/rm onde A, B, n e m são constantes que dependem do tipo de material e de outros parâmetros do sistema, onde n representa atratividade eletrostática enquanto m representa uma repulsividade eletrostática entre os átomos. a - Esboce o gráfico de E(r) em função de r. b - Explique resumidamente o que acontece quando r > r0 e quando r < r0. c – Calcule r0, pelo método de derivação onde a energia mínima ocorre quando não há força. 3 - Escolha um dos tipos de material abaixo (inicialmente no estado sólido) e descreva de forma qualitativa e sucinta, os efeitos observados no aquecimento deste material (microscópicos e macroscópicos) considerando se há ou não mudanças de estado físico. Quais outras mudanças nas propriedades elétricas são evidenciadas pelo fenômeno descrito? a - (material compósito – ex, pá da tecsis ou asa de avião) b - (polímero de engenharia ou commodities – ex. PMMA, PVC, PET, poliamida, etc.) c - (liga de aço-carbono usado na indústria automotiva, naval, ou civil) 4 - A radiação é a propagação de um conjunto de partículas denominadas fótons e quanta. Alternativamente, a radiação pode ser vista como a propagação de ondas eletromagnéticas. Para a propagação da radiação em um meio particular, as propriedades de freqüência ν e comprimento de onda λ são relacionadas por: λ = ν / c Curso: Engenharia de Produção Prof. Péricles L. Sant’Ana Introdução à Ciência e Tecnologia de Materiais Lista de exercícios 1 de 2 para P1 Visão geral dos materiais na sociedade, ligações químicas e propriedades gerais dos materiais. Onde c é a velocidade da luz no meio. O espectro eletromagnético pode ser observado na figura abaixo, e descreva se as opções abaixo de A a F, são falsas ou verdadeiras e porque? (a) O fluxo eletromagnetico de calor ocorre naturalmente, sempre que um foton da parte hachurada interagir com uma superficie. (b) A intensidade de um fluxo de calor através de uma parede plana, pode ser amplificada quando houver transição de fase de sua rede cristalina. (c) O coeficiente ρ, de condutividade térmica, que varia entre os sólidos, é constante para altas frequências, por exemplo, dos raios gama interagindo com uma parede. (d) Dentre as radiações acima, o microondas consegue se difundir no meio com mais eficiência, enquanto a radiação de raios X, é mais direcional a um ponto, portanto, não se difunde por áreas maiores (e) Na faixa delimitada por 0,4 a 0,7 μm, pode-se obter informaçoes a cerca da estrutura quimica de um material que sofre esta radiação, ja que a maioria dos grupos quimicos vibram com mesma faixa de frequência. (f) Com o aumento de temperatura, a rede atômica de um material sólido emite radiação eletromagnética, que pode estar contido em qualquer faixa do espectro eletromagnético. Justifique todas as respostas 5 - Calcule a temperatura do termômetro da direita, caso uma resistência de um material X de resistividade ρ = 3 10-6 no sistema internacional, com dimensões L = 20 cm e diâmetro de 15,0 cm. esteja conectado a um tanque onde escoa um fluido no sentido indicado. Considere a voltagem de 110 V e potência de 25 W. Considere que não há perdas de energias entre os pontos A e D e que a massa do fluido no tanque é de 80 kg. A capacidade específica do fluido é igual a 1 J/Kg °C. Dados: R = ρL/A ; Q = mcdT ; P = Vi ; P = V2/R 6 - Além da redução em seu peso a madeira se contrai, reduzindo volume. A saída de água de impregnação provoca importantes modificações estruturais na madeira, como a aproximação das fibrilas e micelas, conferindo maior rigidez a madeira, conforme visto pelo gráfico abaixo: (a) Analogamente aos materiais víetros, existem duas formas de secar a madeira: i - deixar secar ao ar livre (difusão natural de temperatura da madeira para o ambiente, ou ii - em estufas, com temperaturas controladas. Qual a diferença na estrutura final da madeira nas duas formas de secagem, e quais as vantagens e desvantagens de cada método de secagem? (b) Dada a estrutura da madeira, conforme visto na figura, qual o comportamento das diferentes estruturas químicas da madeira durante o processo de secagem? 7 - Questão: A figura abaixo esquematiza um experimento para o estudo da dilatação linear em sólidos. Uma haste longa de comprimento l0 é aquecida pelo vapor transferido por um reservatório térmico. A variação na temperatura do sistema, T pode ser medida através de um termopar. A variação do comprimento da barra é dada por: T l l    0 onde  representa o coeficiente de dilatação linear, que é uma característica do material da haste. Pode-se determinar, em experimentos como este, o coeficiente de dilatação de materiais específicos. 0 10 20 30 40 50 100 TU (%) RESISTENCIA (a) Explique em termos de microestrutura, porque alguns materiais dilatam mais para uma mesma variação de temperatura. Compare a quantitativamente  de metais, polímeros e compósitos. (b) Cite e explique um sistema térmico industrial, que se comporta analogamente com o sistema acima, ou seja, que seguem o mesmo princípio físico. (c) Explique todas as possíveis formas de energia transferidas internamente neste sistema. 8 - Analise o slide abaixo e responda as seguintes questões: (a) Qual a importância da nanotecnologia e ciência de materiais na vida de um Engenheiro que se depara com este tipo de problema? (b) Justifique um projeto de pesquisa tecnológica e um trabalho técnico que podem ser aplicados para minimizar o problema do pneu usado.