Mat Eletricos2

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Introdução a disciplina de materiais elétricos

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  • Materiais Eltricos(Parte 2)

    Profa. Isabel Souza

  • Elementos com valncia 1, 2 ou 3; Ligao metlica (compartilhamento dos eltrons

    livres); Microestrutura cristalina; Dcteis (alta plasticidade); Rgidos (alto mdulo de elasticidade); Tenazes (resistentes a trincas); Encruveis (endurecem por deformao); Opacos; Bons condutores de calor e eletricidade; Temperveis ( mais de uma fase alotrpica); Ligas endurecveis por precipitao; Ativos quimicamente; Propagao de discordncias muito mais fcil;Exemplos: Aos, Ligas de alumnios, ligas de titnios,

    etc...

    Metais (condutores)

  • Em geral a combinao de metais com no-metais (valncia 5, 6 ou 7)

    Ligao inica ou covalente Micro estrutura cristalina (complexa)

    ou vtrea Alta rigidez Alta dureza Frgeis No maleveis Quimicamente estveis Propagao de discordncias quase

    impossvel Alto ponto de fuso Maus condutores de calor

    Materiais cermicos (isolantes)

  • Combinao de dois ou mais materiaiscujas propriedades so diferenciadas dasdos constituintes; Formados por dois materiais a nvelmacroscpico; Enorme gama de propriedades; Excelentes rigidez e resistnciaEspecficas; Baixa densidade; Excelente resistncia mecnica.

    Ex: fibras de carbono, matriz de epoxy,etc

    Compsitos (isolantes-condutores)

  • Longas cadeias de molculas repetidas; Ligaes covalentes nas cadeias; Baixa temperatura de fuso ou de

    decomposio; Microestrutura amorfa ou pouco cristalina; Pouco rgidos; Maus condutores de calor; Pouco densos; Bons isolantes eltricos; Podem ter boa resistncia qumica; tima fabricabilidade.

    Exemplos: termoplsticos, termoelsticos, elastmeros etc..

    Polmeros (isolantes)

  • Si, Ge, GaAs; Base da indstria eletrnica; Todos os componentes eletrnico doComputador; Condutividade finamente controlada pelapresena de impurezas (dopantes); Podem ser combinados entre si para gerarpropriedades eletrnicas e ticas sob medida; So a base da tecnologia de opto-

    eletrnicos,lasers, circuitos integrados ticos e clulassolares.

    Ex: Silcio , germnio, boro, carbono, etc

    Materiais semicondutores

  • Classificao dos materiais na tabela peridica

  • Classificao dos materiais na tabela peridica

  • Classificao dos materiais na tabela peridica

  • Diviso do Estudo dos Materiais Eltricos:

    Materiais Condutores: So materiais que deixam a corrente eltricacircular livremente por seu interior.Exemplos: Alumnio, Bronze, Cobre, Estanho, etc.

    Materiais Dieltricos ou Isolantes: So materiais capazes de prover aseparao entre diferentes elementos condutores apresentando grandeoposio a passagem de corrente eltrica em seu interior.Exemplos: Borracha, Porcelana, PVC, Papel etc.

    Materiais Semicondutores: So materiais que possuem condutividadeintermediria entre a dos condutores e isolantes.Exemplos: Germnio, Silcio.

    Materiais Magnticos: So materiais que interagem com camposmagnticos.Exemplos: Ao Silcio, Alnico e Ferrite de Brio.

    Classificao dos materiais na engenharia eltrica

  • Comportamento eltrico dos materiais

  • Comportamento eltrico dos materiais

  • Propriedades dos materiais slidos:

    Dependem do arranjo geomtricos dos tomos Dependem das interaes que existem entre os tomos e asmolculas que constituem os slidos

    Em materiais slidos:

    Os tomos so mantidos por ligaes

    Ligaes:

    Propiciam resistncia

    Propiciam propriedades eltricas e trmicas dos materiais

    Ligaes fortes:

    Baixa condutibilidade eltrica Coeficientes de dilatao trmicas bem baixas

    Comportamento eltrico dos materiais

  • Classificao das 14 Clulas Unitrias de Bravais, baseada nos 7 Sistemas Cristalinos

    Comportamento eltrico dos materiais

  • Comportamento eltrico dos materiais

  • CONDUTORES

  • Materiais condutores : podem ser caracterizados por

    condutividade ou resistividade eltrica, coeficiente de temperatura,

    condutividade trmica, comportamento mecnico, etc.

    Estas grandezas so importantes na escolha adequada dos

    materiais, uma vez que dependendo das mesmas, diferentes funes

    lhes sero atribudas.

    A escolha do material condutor adequado nem sempre aquele

    com caractersticas eltricas mais vantajosas, mas sim o que satisfaz

    suas demais condies de utilizao.

    Conceituao

  • Em um tomo neutro o nmero de eltrons igual ao nmerode prtons (o tomo um sistema eletricamente nulo);

    Quando h um desequilbrio, dizemos que o tomo estionizado;

    Se apresentar eltrons em excesso, o tomo estar ionizadonegativamente, se apresentar falta de eltrons estar ionizadopositivamente: Ganham-se eltrons anions (-) Perdem-se eltrons ctions (+)

    importante observar que o nmero de prtons constante, oque se altera o nmero de eltrons, isto , para ionizar o tomonegativamente colocamos eltrons a mais, e se quisermos ionizaro tomo positivamente, retiramos eltrons.

    Conceituao

  • Alguns tipos de tomos, especialmente os que compem os metaiscomo ferro, ouro, platina, cobre, prata e outros, a ltima rbitaeletrnica perde um eltron com grande facilidade, por isso seuseltrons recebem o nome de eltrons livres.

    Quanto menor for sua rbita, mais fcil de ser retirado o eltron daultima camada.

    No interior dos metais os eltrons livres vagueiam por entre ostomos, em todos os sentidos sem direo definida.

    A conduo do fluxo de eltrons livres, ou a circulao de umacorrente eltrica notada tanto em materiais slidos quanto noslquidos, e, sob condies favorveis, tambm nos gasosos.

    Metais como condutores eltricos

  • Os tomos dos elementos correspondentes s substncias condutoras perdem

    espontaneamente eltrons do ltimo nvel energtico dando origem a um on

    positivo e a um ou mais eltrons livres.

    A imagem de um condutor slido pode ser observada na figura onde vemos ons

    positivos envolvidos por eltrons livres em movimento aleatrio.

    Metais como condutores eltricos

  • A maioria dos materiais condutores so slidos, e dentro dessegrupo, ressaltam-se, os metais que, devido facilidade de fornecereltrons livres, so usados para fabricar os fios de cabos e aparelhoseltricos;

    No grupo dos lquidos, vale mencionar os metais em estados defuso, eletrlitos e as solues de cidos, de bases e de sais.

    Quanto aos gasosos, estes adquirem caractersticascondutoras sob a ao de campos muito intensos, quando ento sepodem ionizar.

    o caso das descargas atravs de meios gasosos, conhecido porplasma, normalmente, os gases, mesmo os de origem metlica, nopodem ser utilizados nem considerados como condutores.

    Metais como condutores eltricos

  • Os materiais condutores caracterizam-se por uma elevadacondutividade eltrica.

    Possuem tambm grande capacidade de deformao, moldageme condutividade trmica.

    Com exceo do mercrio e dos eletrlitos, que so condutores

    lquidos, e do plasma (gs ionizado) que gasoso, os materiais

    condutores so geralmente slidos e, neste caso, incluem-se os

    metais, suas ligas e no-metais como o carvo, carbono e grafite.

    Materiais de elevada condutividade

  • Exemplos de bons condutores:

    Metais (como o cobre, alumnio, ferro, etc.) usados paraenrolamentos de mquinas eltricas e transformadores, etc;

    Ligas metlicas usadas para fabricao de resistncias,aparelhos de calefao, filamentos para lmpadas incandescentes, etc;

    Grafite;

    Solues aquosas (de sulfato de cobre, de cido sulfrico. etc.);

    gua da torneira, gua salgada, gua ionizada (como, porexemplo, as das piscinas);

    Corpo humano;

    Ar mido.

    Materiais como condutores eltricos