Propriedades de Materiais Elétricos

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO

2 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS

        2.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

        2.2 CONCEITOS DE TENSÃO E DEFORMAÇÃO

2..3 - ENSAIOS DE TRAÇÃO

2.4 - ENSAIOS DE COMPRESSÃO

2.5 - ENSAIOS DE CISALHAMENTO E DE TORÇÃO

2. 6 - DEFORMAÇÃO ELÁSTICA

3 - PROPRIEDADES ELÉTRICAS DOS MATERIAIS

3.1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS

3.2 - CONDUÇÃO ELÉTRICA

3.3 - CONDUTIVIDADE ELÉTRICA

3.4 - CONDUÇÃO ELETRÔNICA

3.5 - CONDUÇÃO IÔNICA

3.6 - ESTRUTURAS DA BANDA DE ENERGIA NOS SÓLIDOS

3.7 – METAIS

3.8 - ISOLANTES E SEMICONDUTORES

1 – Introdução

O estudo dos materiais se torna necessário e de extrema importância na área da engenharia. Pois quando se fabrica é necessário eficiência do produto e proteção ao usuário de acordo com as conformidades mundiais de uso. Prevenindo acidentes em grandes escalas, imprecisões de uso, proteção a favor do meio ambiente, desde sua “lapidação” até seu descarte. Neste presente material estará alguns estudos importante para o conhecimento do estudante, o comportamento mecânico, elétrico, magnético e térmico dos materiais de forma microscópica.

2 - Propriedades Mecânicas dos Meteriais:

        2.1 - Considerações iniciais:

Quando são utilizados, em campo, diversos materiais estão sujeitos a ações de forças ou cargas externas sobre estes. Aqui se aborda o estudo sobre o comportamento das propriedades dos metais, sujeito à comportamento mecânico, e os exemplificando com algumas aplicações. Vale ressaltar que o que será abordado, grande parte do conteúdo, se torna mais interessante para os estudantes de engenharia elétrica.

        2.2 - Conceitos de Tensão e Deformação:

Se um corpo possui propriedade estática ou seu comportamento físico se altera, de forma relativamente lenta ao decorrer do tempo e nesta é aplicada, de forma uniforme, sobre uma das suas faces (superfícies), o seu comportamento mecânico pode ser analisado mediante um simples teste de tensões que o deformarão. Para estes testes conduzidos à metais, geralmente estão livres de estresses térmicos, ou seja, são postos em condições normais de temperatura. As maneiras que as Cargas podem ser aplicadas são, tração, compressão e cisalhamento.

Figura 1 – Deformação de corpos por tensão e cisalhamento (representação ilustrativa)

[pic 1]

(a)Deformação de um corpo devido a uma tração vertical normal a superfície superior e inferior. (b)Deformação de um corpo devido a uma compressão vertical normal a superfície superior e inferior. (c)Deformação de um corpo devido a uma tensão de cisalhamento aplicada paralelamente à face sua superior. (d)Deformação de um corpo devido a uma torção -Ø (sentindo anti-horário).

Fonte: Ciência e engenharia dos materiais, William Callister, 5 ed., p. 80

2..3 - Ensaios de Tração

Dentre o ensaio mecânico de tensão-deformação, o mais realizado em laboratório é exercido sob tração. Na realização deste ensaio uma dada amostra é deformada até sua ruptura, através de uma carga aplicada de forma gradualmente crescente, ao longo de seu eixo. Durante o experimento a deformação no sentido central-exterior do corpo, ou seja, a grande parte da força aplicada fica sobre a parte central do objeto, já que a tração é aplicada nas suas extremidades. o agente (máquina) aplica a força de forma gradual, de forma contínua, representada por uma função, que pode ser linear crescente, após a sua ruptura o gráfico já não se comporta de forma linear e ne constante.

Figura 2 – Corpo sendo tensionado, através de uma prensa mecânica (agente)

[pic 2]

Fonte: Ciência e engenharia dos materiais, William Callister, 5 ed., p. 80

Se a área da seção reta do corpo for dobrada, será necessário o dobro da força para produzir a mesma deformação, isso mostra o comportamento linear, pois são grandezas diretamente proporcionais. Para diminuir os fatores geométricos do sistema, a força e deformação são padronizados de acordo com a tensão de engenharia e a deformação de engenharia.

A tensão possui esta relação:  ;[pic 3]

A deformação possui esta relação:  ;[pic 4]

2.4 - Ensaios de Compressão

Esta aplicação pode ser compreendia de forma semelhante ao ensaio anterior, sobretudo a forma é inversa, ou seja, ao invés de “esticar” o corpo desta vez será pressionado, ou seja, comprimido. Pode-se entender de forma física e matematica inversamente ao anterior. Logo por convenção, pode ser chamado de “tensão inversa”, ou seja, negativa. Portanto as equações anteriores se comportam,

A compressão possui esta relação:  [pic 5]

A deformação possui esta relação:  [pic 6]

2.5 - Ensaios de Cisalhamento e de Torção

Para aplicações em ensaios quando a força é aplicada paralela a superfície (tensão de cisalhamento), temos

A tensão de cisalhamento possui esta relação: [pic 7]

Observação: o vetor F aplicado a superfície é paralela a ela, diferente a da aplicada a na de tensão em que seu vetor F é perpendicular a superfície em que será aplicada a carga.

A deformação causada pela tensão cisalhante é definida como a tangente do ângulo de deformação. Neste comportamento se percebe que a ruptura, é consequência da ação cisalhante. Pode ser ilustrada na figura a seguir,

Figura 3 – Comportamento do corpo mediante a tensão de cisalhamento

[pic 8]

(a)Tensão de cisalhamento aplicada de paralelamente a área do corpo. (b)Representa a ruptura -Ø, causada pela tensão cisalhante.

Fonte: Ciência e engenharia dos materiais, William Callister, 5 ed., p. 80

2. 6 - Deformação elástica

O quanto a estrutura se deforma ou busca depende da magnitude da força imposta. Para grande parte dos metais, em condições de esforço mais baixo, a tensão de deformação é proporcional entre si

[pic 9]