Trabalho 2º Bimestre Ciências dos Materiais

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1 Trabalho 2º Bimestre Ciências dos Materiais DIFUSÃO 1) Defina difusão. Como a difusão pode ocorrer em materiais sólidos? 2) Compare os mecanismos atômicos de difusão intersticial e por lacunas. Explique as razões pelas quais a difusão intersticial é mais rápida que a difusão por lacunas. 3) Para qual dos dois caminhos abaixo a energia de ativação para a difusão é maior? Justifique. (a) Ao longo de defeitos cristalinos como discordâncias e contornos de grão. (b) No volume do material. 4) Explicar sucintamente a diferença entre autodifusão e interdifusão. 5) O que acontece se um sólido for mantido a uma elevada temperatura por um curto período e resfriado rapidamente? 6) Explique sucintamente o conceito de estado estacionário e sua aplicação à difusão. 7) A difusividade do cobre em uma liga de bronze comercial é de m 2 /s a 400 C. A energia de ativação para a difusão do cobre nesse sistema é de 195 kj/mol. Calcule a difusividade a 600 C. 8) O Coeficiente de difusão do níquel em um aço inoxidável austenítico (estrutura cfc) é de m 2 /s a 500 C e de m 2 /s a C. Calcule a energia de ativação para a difusão do níquel nessa liga para esse intervalo de temperatura. 9) Existe uma diferença de pressão de nitrogênio através de uma parede de aço de um forno com espessura de 2 mm. Depois de algum tempo, a difusão em estado estacionário do nitrogênio é estabelecida na parede. Dado que a concentração de nitrogênio na superfície de alta pressão da parede é de 0,2 kg/m 3 e na superfície de baixa pressão é de 0,2 kg/m 3, calcule o fluxo de nitrogênio através da parede (em kg/m 2.h) se o coeficiente de difusão para o nitrogênio nesse aço for 1,0 x m 2 /s na temperatura de operação do forno. 10) Para o forno descrito no problema anterior, mudanças de projeto são feitas para incluir uma parede mais grossa (3 mm) e uma temperatura de operação inferior, que reduz a difusividade do nitrogênio para 5,0 x m 2 /s. Qual seria o fluxo de nitrogênio no estado estacionário através da parede nesse caso? 11) Muitos fornos de laboratório possuem pequenas paredes de vidro que oferecem acesso visual as amostras. O vazamento das atmosferas do forno pelas janelas pode ser um problema. Considere uma janela com espessura de 3 mm de sílica vítrea em forno contendo uma atmosfera inerte de hélio. Para uma janela com uma área de seção reta de 600 mm 2, calcule o fluxo em estado estacionário do hélio (em átomos/s) através da janela se a concentração de hélio na superfície de alta pressão (forno) da janela for de 6,0 x átomos/m 3 e na superfície de baixa pressão (exterior) for praticamente zero. O coeficiente de difusão para o hélio na sílica vítrea nessa temperatura é de 1,0 x m 2 /s.

2 DIAGRAMA DE FASES 1) Descreva qualitativamente o desenvolvimento microestrutural que ocorrerá no resfriamento lento de um líquido formado por partes iguais (em peso) de cobre e níquel. 2) Descreva qualitativamente o desenvolvimento microestrutural que ocorrerá no resfriamento lento de um líquido composto por 50% p Al e 50% p Si. 3) Descreva qualitativamente o desenvolvimento microestrutural que ocorrerá no resfriamento lento de um líquido composto de: (a) 10% p Pb e 90% p Sn, (b) 40% p Pb e 60% p Sn, (c) 50% p Pb e 50% p Sn.

3 4) Calcule a quantidade de cada fase presente em 1 kg de uma liga de solda 50% p Ni 50% p Cu (Figura exercício 1) a (a) C, (b) C e (c) C. 5) Calcule a quantidade de cada fase presente em 1 kg de uma liga de solda 50% p Pb 50% p Sn (Figura exercício 3) a (a) 300 C, (b) 200 C, (c) 100 C e (d) 0 C. 6) Repita o problema (6) para uma liga de solda 60% p Pb 40% p Sn. 7) Calcule a quantidade de cada fase presente em 50 kg de bronze com composição 35% p Zn 65% p Cu a (a) C, (b) 900 C, (c) 800 C, (d) 700 C e (f) 0 C. 8) Calcule a quantidade de α proeutetóide nos contornos de grão em 1 kg de um aço estrutural 1020 comum (contendo 0,20 % p C).

4 9) Determine as fases presentes, suas composições e suas quantidades (abaixo da temperatura eutética) para um refratário feito de frações molares iguais de caulita de mulita (3Al 2O 3.2SiO 2).

5 COMPORTAMENTO ELÉTRICO 1) a) Suponha que o circuito da figura abaixo contenha, por exemplo, uma barra de aço cilíndrica com 1 cm de diâmetro x 10 cm de comprimento, com uma condutividade de 7,00 x 10 6 Ω -1.m -1. Qual seria a corrente nessa barra devida a uma diferença de potencial de 10 mv? (b) Repita a parte (a) para uma barra de silício com alta pureza, com as mesmas dimensões (use a tabela abaixo). Repita a parte (a) para uma barra de vidro de borossilicato, com as mesmas dimensões. 2) Uma lâmpada opera uma diferença de potencial de 110 V. Se a resistência do filamento for de 200 Ω, calcule o número de elétrons por segundo que atravessam o filamento. 3) Uma pastilha semicondutora tem 0,5 mm de espessura. Um potencial de 100 mv é aplicado através dessa espessura. (a) Qual é a velocidade de arraste dos elétrons se sua mobilidade for de 0,2 m 2 /(V.s)? (b) Quanto tempo será necessário para um elétron se mover através dessa distância? 4) Uma tira de metalização de alumínio em um dispositivo de estado sólido possui 1 mm de extensão com uma espessura de 1 μm e uma largura de 5 μm. Qual é a resistência dessa tira. 5) Um projeto estrutural envolve um fio de aço de 2 mm de diâmetro que transportará uma corrente elétrica. Se a resistência do fio tiver de ser menor que 25 Ω, calcule o comprimento máximo do fio, segundo dados da tabela do exercício 1. 6) Um fio metálico de 1 mm de diâmetro x 10 m e comprimento transporta uma corrente de 0,1 A. Se o metal for cobre puro a 30 C, qual será a queda de potencial ao longo desse fio?

6 7) Um termopar tipo K é operado com uma temperatura de referência de 100 C (estabelecida pela ebulição da água destilada). Qual é a temperatura em um cadinho para a qual é obtida uma diferença de potencial de 30 mv no termopar? 8) Um forno para oxidar silício é operado a C. Qual seria a tensão (relativa a um banho gelo-água) em um termopar (a) tipo S, (b) tipo K e (c) tipo J. 9) Um filamento de lâmpada de tungstênio possui 10 mm de comprimento e 100 μm de diâmetro. Qual será a corrente no filamento quando este estiver operando a 1000 C sob uma diferença de potencial de 110V?