Resposta Questão 2. a) O N O b) Linear

Transcrição

1 GABARITO DA PROVA DO PROCESSO DE SELEÇÃO PARA O PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO 1 SEMESTRE DE 2016 FÍSICA E QUÍMICA DE MATERIAIS UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI Resposta Questão 1. A amônia apresenta maior temperatura de ebulição, devido a capacidade de formação de ligações de hidrogênio entre o par de elétrons não ligantes do átomo de nitrogênio de uma determinada molécula com o átomo de hidrogênio de outra molécula. Já as moléculas do hidreto de fósforo não são capazes de forma ligações de Hidrogênio intermoleculares. Resposta Questão 2 a) O N O b) Linear Resposta Questão 3 A estrutura 1 representa a sílica sólida no estado cristalino e a estrutura 2 no estado amorfo. Em um sólido cristalino os átomos, moléculas ou íons se encontram em um arranjo ordenado, resultando em uma estrutura interna regular. Em um sólido amorfo isto não ocorre, estando os átomos, moléculas ou íons dispostos de forma desordenada, apresentando uma estrutura interna irregular. A estrutura 1 representa uma estrutura onde as moléculas de sílica se encontram de forma ordenada, já na estrutura 2 as moléculas se encontram dispostas de forma desordenada. 1

2 Resposta Questão 4 Para que o processo seja espontâneo o G deve ser menor que zero. Este processo será espontâneo a partir da temperatura onde a equação G = H - T S tenha valor igual a 0. Sendo assim, temos H = T S, resultando em Resposta Questão 5 O movimento da espira para fora da região com campo magnético faz com que ocorra uma diminuição do fluxo magnético através da espira. O fluxo pode ser dado por: De acordo com a lei de Faraday, esta diminuição faz com que uma força eletromotriz seja induzida na espira. Ignorando o sinal negativo tem-se: Considerando a resistência da lâmpada como R, tem-se que, o que resulta em: Resposta Questão 6 Pela lei de Gauss, o campo elétrico em um ponto b > R está relacionado à carga total envolvida por uma superfície gaussiana que passa pelo ponto b, pela seguinte equação: (a) A carga envolvida é dada por uma integral de volume da densidade de carga da esfera: (b) Assim o campo elétrico em b é dado por: 2

3 Resposta Questão 7 (a) A capacitância do capacitor sem dielétrico permanece a mesma. A capacitância do capacitor onde foi inserido um dielétrico aumenta de acordo com. (b) Com o aumento da capacitância de um dos dois capacitores, a capacitância equivalente do circuito aumenta de para. Sendo assim a carga aumenta, pois. Numa associação em série de capacitores a carga em cada capacitor é a mesma, sendo assim a carga em cada capacitor aumenta. (c) A diferença de potencial entre as placas do capacitor sem dielétrico ( ) é dada por, como a capacitância não se alterou (conforme item a) e a carga no capacitor aumentou (conforme item b) a diferença de potencial aumentou. A diferença de potencial entre as placas do capacitor com dielétrico consequentemente diminui, pois a diferença de potencial total não se alterou. (d) A energia potencial do capacitor sem o dielétrico é dada por,, como a diferença de potencial aumentou (item c) então a energia potencial aumentou. A energia potencial do capacitor com o dielétrico é dada por,. Do item b tem-se: Assim,. A energia potencial antes da inserção do dielétrico é Então, para o que leva a conclusão que a energia potencial do capacitor com o dielétrico diminui. Resposta Questão 8 (a) A componente da velocidade perpendicular ao campo magnético será responsável pelo movimento circular no plano, assim: Então, 3

4 (b) O período é igual a circunferência dividida pela velocidade: (c) A componente da velocidade paralela ao campo magnético será responsável pelo movimento helicoidal. O passo então pode ser obtido por: Resposta Questão 9 A curva tensão VS deformação é obtida por meio do ensaio de tração. Neste caso, um corpo de prova de dimensões normatizadas é tracionado até a sua ruptura. Deste modo, obtem-se a curva tensão versus deformação deste material. A curva σ vs ε apresenta no eixo X a deformação e no eixo Y a tensão (MPa) imposta no material. A tensão é calculada pela força dividida pela área da seção transversal do corpo de prova. Esta força é obtida através do tracionamento do material no sentido longitudinal do corpo de prova até a sua fratura. 4

5 As propriedades envolvidas na curva tensão VS deformação são: Regime elástico: Inicialmente o material apresenta somente deformação elástica. Ou seja, se a força for retirada a deformação do corpo de prova volta a zero. Tensão limite de escoamento: Regime de transição elasto plástico do material. A partir deste ponto, o material deixa de ter uma deformação elástica e passa a ter uma deformação plástica. Assim, se a tensão imposta pelo teste de tração for maior que a tensão limite de escoamento do material após a retirada da tensão o material apresentará uma deformação plástica definitiva. 5

6 Lei de Hooke: σ = E * ε. A lei de Hooke se aplica somente ao regime elástico do material. Neste caso, a tensão imposta é igual a deformação vezes ao modulo de elasticidade do material. O modulo de elasticidade, a nível atômico, mede a força de ligação entre os átomos. Regime Plástico: Após a tensão imposta ultrapassar a tensão limite de escoamento o material, este entra no regime plástico onde a deformação é permanente. No ponto máximo da curva tem-se a tensão de resistência máxima do material. Neste após, este ponto o material começa a apresentar um empescoçamento onde irá ocorrer a fratura do material. Ductilidade: é a capacidade do material de deformar plasticamente até a fratura. É medida pela equação: Ductilidade = (Li-Lo/Lo) *100%, onde Li: dimensão final do corpo de prova após ensaio de tração Lo: dimensão inicial do corpo de prova antes ensaio de tração Resposta Questão 10 Com base na curva abaixo, tem-se 6

7 Fratura dúctil: Trinca estável, após retirada da tensão a trinca para de se propagar. Grande deformação plástica Baixa tensão limite de escoamento do material Baixo módulo de elasticidade Alta ductilidade, que é a capacidade de deformação até a fratura. Alta tenacidade, que é a capacidade de absorção de energia até a fratura. A superfície de fratura apresenta dimples, que são micro vazios causados durante o processo de empescoçamento. Ver figura abaixo Fratura Frágil: Trinca instável, após retirada da tensão a trinca se propaga até a fratura. Sem deformação plástica. Alta tensão limite de escoamento do material. Alto módulo de elasticidade do material. Baixa ductilidade, que é a capacidade de deformação até a fratura. Baixa tenacidade, que é a capacidade de absorção de energia até a fratura. A fratura apresenta clivagem, que são a quebra dos planos cristalográficos. 7

8 Resposta Questão 11 O ensaio de Charpy é realizado para obter a temperatura de transição dúctil frágil do material e assim determinar sua tenacidade. Neste caso, o corpo de prova de dimensões normatizadas é submetido a uma força de impacto e mede-se a energia absorvida para fraturar o corpo de prova. Com este ensaio obtem-se a curva da temperatura de transição dúctil frágil, onde no eixo X tem-se a temperatura e no eixo Y a energia absorvida. O corpo de prova é fixado no equipamento é um martelo é solto de uma altura constante. Assim, com o impacto do martelo no corpo de prova mede-se a energia absorvida até a fratura do material. Resposta Questão 11 8