Ciencia e Tecnologia dos Materiais

Capitulo 1 - Propriedades Gerais dos Materiais

1.1 - Introdução

 O intuito da disciplina é auxiliar os alunos a entender e escolher os melhores materiais entre todos os componentes elétricos e magnéticos para diversas situações. Porém, mesmo com todo o avanço da tecnologia, nos engenheiros ainda encontramos problemas que não foram solucionados como o impacto ambiental com a produção de tais utensílios. Não há um tutorial sobre qual material usar, tudo depende da situação em que se encontra. Porem há alguns pontos para auxilio:

• Qualquer material selecionado precisa ter propriedades consistentes com as condições  de serviço.
• É preciso considerar os efeitos da mudança de tais condições do item acima para fora dos limites da normalidade.
• Para a seleção de materiais, primeiro é preciso fazer uma lista de possibilidades e como critério de eliminação use o custo, segurança e não atendimento as prioridades. Se não der certo, há algumas coisas que podem ser alteradas, como o ambiente de serviço.

1.2 Ligações Químicas

O átomo é composto por prótons e nêutrons em seu núcleo e elétrons. Os elétrons tem carga negativa e essa vale 1,6 x10^-19 C. Já os prótons possui a mesma carga, com sinal positivo. Um ele possui. Um bom exemplo é o hidrogênio, que por sua vez possui um próton e um elétron, se tornando neutro.

A massa de um elétron é 0,0005 vezes a massa de próton e a massa total de um átomo é proporcional ao numero de prótons e elétrons. Sua unidade é expressa por gramas/átomo-grama (6,02x10^23).  Os elétrons que circundam o nucleo do átomo têm níveis energéticos diferentes, sendo assim divididos por isso. A estrutura eletrônica dos átomos está  relacionada com as atrações interatomicas. Os únicos elementos estáveis, com 8 elétrons na ultima camada são os gases nobres. Os outros devem receber,  perder ou compartilhar elétrons.

1.2.1 Ligação Iônica

Pode ser vista como a atração de íons positivos e negativos. Átomos com poços elétrons na camada de valência tende a perdê-los e se tornam íons positivos. Já átomos com muitos elétrons e não estável tendem a recebê-los e se estabilizar.

A eletronegatividade é a força que um átomo tem de capturar elétrons do outro. Ao aproximarmos um átomo altamente eletronegativo a um pouco eletronegativo, o primeiro pega os elétrons do segundo e os dois se tornam íons. Assim, com um positivo e um negativo, eles ficarão ligados por atração eletromagnética, que é a ligação iônica. Um bom exemplo é o sal de cozinha.

Obs.: Na maioria das vezes são formados por metais e ametais, o ametal tem sua camada quase completa e facilmente ganham elétrons.

1.2.2 Ligação Covalente

É caracterizada como uma ligação forte, onde um elétron fica entre dois átomos, sendo compartilhado e não havendo formação de íons, sendo assim mais estável. Essa ligação ocorre entre átomos com eletronegatividade parecida e elevada, muitas vezes entre dois não metais. Assim, tem muita atração entre os átomos, já que não se tem força pra retirá-lo. Um exemplo é o diamante, todo formado por carbonos.

1.2.3 Ligação Metálica

Essa ligação tem vários elétrons presos ao núcleo e poucos elétrons na camada de valência, que podem ser facilmente retirados. Os íons positivos e os elétrons juntos formam uma estrutura.

1.2.4 Ligações Secundárias

Temos algumas ligações fracas, que aparecem a partir de dipolos, sejam eles atômicos moleculares. Os dipolos elétricos existem a partir de alguma assimetria. A ligação ocorre entre um polo positivo, e a região negativa de outro. Um exemplo é a ligação de hidrogênio.

1.3 – Propriedades Físicas

1.3.1 Massa, Volume e Densidade.

A densidade pode ser representada pela divisão de massa por volume e pode ser alterada pelas condições de temperatura em que se encontra, sendo adotada para indicar a pureza das substâncias. Os termos usados para cada estado físico é diferente, sendo densidade para sólidos e massa especifica para líquidos. A sua unidade pode ser expressa por GCM^-3 (em laboratório).

1.3.2 Estado Físico

a) Estado Sólido: É quando muitos átomos estão concentrados em um pequeno espaço, sem se agitar. Possui forma e volume únicos e intransferíveis. São utilizados em fios, capacitores e isolantes.

b) Estado Liquido:  O corpo não mantém a forma e posição das partículas, porém consegue manter estável a matéria que possuía e seu volume. São usados em tintas e baterias.

c) Estado Gasoso: O corpo só mantém sua matéria e varia sua forma volume até números muito grandes. São usados em lâmpadas  e disjuntores de potência.

1.4 – Propriedades Elétricas

1.4.1  Condutividade e Resistividade Elétrica

A mobilidade de transportar carga elétrica de íons ou elétrons se difere de material para material. A condutividade elétrica pode ser descrita como a fácil circulação de corrente em um material  com a influência de uma diferença de potencial.