TRABALHO INTRODUÇÃO A CIÊNCIA DOS MATERIAIS- T02

Professor: Neiton Carlos da Silva

Grupos de até 4 pessoas – Entrega: 25/Setembro/2015

1) Calcule a força de atração entre um íon K+ e um íon O2- cujos centros estão

separados por uma distância de 1,5 nm.

Onde Ɛ0 – permissividade do vácuo (8,85.10

-12 C² . N

-1 . m

-2)

Z1, Z2 – valências dos dois tipos de íons e – carga de um elétron (1,602.10

-19C)

r – distância interatômica (m)

2) Calcular o Fator de Empacotamento Atômico (FEA) para as seguintes estruturas: Cúbica Simples, Cúbica de Face Centrada (CFC), Cúbica de Corpo Centrado (CCC). Qual a importância do fator de empacotamento atômico ? O que ela pode definir em um material ?

3) Determine a densidade teórica do Ferro CCC, que possui um parâmetro de rede a igual a 0,2866 nm.

4) À temperatura ambiente, o estrôncio exibe estrutura CFC. Ao ser aquecido acima de 557°C, esse arranjo atômico transforma-se em CCC. Como é chamada tal propriedade? Determine a variação de volume na estrutura cristalina que envolve essa transformação. Considere que o raio atômico permanece constante.

5) Desenhe os seguintes vetores direção em células unitárias cúbicas: a) [1 0 0] b) [1 1 0] c) [1 1 2]

d) e) 6) Desenhe os seguintes planos cristalográficos de células unitárias cúbicas:

a) (0 0 1) b) (1 0 1) c) (1 1 1)

²r

AF ).).(.(

4

121

0

ezezA

]1 2 1[

7) Desenvolva expressões para a densidade linear paras direções [100] e [111] em estruturas cristalinas CCC em termos do raio atômico R.

8) Calcule a densidade planar, no plano (1 1 0) do ferro-α cuja rede é CCC. O parâmetro de rede a é igual a 0,287 nm.

9) Calcule a densidade planar no plano (1 1 1) de um elemento qualquer cuja rede é CFC.

10) Para o ferro com estrutura cristalina CCC, calcule o espaçamento interplanar e o ângulo de difração para o conjunto de planos (2 2 0). O parâmetro de rede para o Ferro vale 0,2866 nm. Suponha ainda que seja usada uma radiação monocromática com comprimento de onda de 0,1790 nm e que a ordem de reflexão seja 1.

11) Calcule a energia para formação de lacunas na prata, sabendo que o número

de lacunas em equilíbrio na temperatura de 800°C é de 3,6 x 1023 m-3. O peso atômico e a massa específica (a 800 °C) para a prata são respectivamente, 107,9 g/mol e 9,5 g/cm³

12) Calcule o comprimento da aresta da célula unitária para uma liga 85%p de Fe e 15%p de V. Todo o vanádio está em solução sólida e, à temperatura ambiente, a estrutura cristalina para esta liga é CCC. Dados: AFe = 55,85 g/mol, AV = 50,94 g/mol, ρFe = 7,87 g/cm³, ρV = 6,10 g/cm³

13) O que é a regra de Home-Rotery? Por quê ela é importante?

TK

QNN v

V.

exp.

AC

médiomédio

NV

nA=ρ

2

2

1

1

100

A

C

A

CAmédio

2

2

1

1

100

CCmédio

14) Uma liga hipotética é composta por 25% (porcentagem em peso) do metal A e 75% (porcentagem em peso) do metal B. Se as massas específicas dos metais A e B são de 6,17 e 8 g/cm³, respectivamente, enquanto os seus respectivos pesos atômicos são de 171,3 e 162 g/mol, determine se a estrutura cristalina desta liga é cúbica simples, cúbica de face centrada ou cúbica de corpo centrado. Considere um comprimento da aresta da célula unitária de 0,332 nm.

15) O que é difusão? Quais são os fatores que influenciam na difusão? Detalhe cada um.

16) Uma mistura gasosa contendo H2, N2, O2 e vapor d’água é pressurizada contra uma lâmina de 6 mm de espessura de Paládio cuja área é 0,25 m² a 600ºC. O coeficiente de difusão é DH2/Pd (600ºC) = 1,7x10-8 m2/s e a concentração no lado da placa de alta e baixa pressão é respectivamente 2 Kg H2/ m³Pd (CB) e 0,4 Kg H2/m³Pd (CA) a difusão acontece em estado estacionário. H2 é purificado por difundir-se mais rapidamente que os demais gases, atingindo a outra face da lâmina que esta mantida sob pressão atmosférica. Calcular a taxa de difusão do H2 (purificação) em kg/hora.

17) Uma lâmina de ferro com estrutura CCC e 1 mm de espessura foi exposta a uma atmosfera gasosa carbonetante em um de seus lados e a uma atmosfera descarbonetante no outro lado, à 725°C. Após atingir o regime estacionário, o ferro foi resfriado rapidamente até a temperatura ambiente. As concentrações de carbono nas duas superfícies da lâmina foram determinadas como sendo 0,012 e 0,0075%p. Calcule o coeficiente de difusão se o fluxo difusional é de 1,4 . 10-8 Kg/m².s. Massa específica do carbono igual a 2,25 g/cm³ e massa específica do Ferro igual a 7,87 g/cm³.

18) Um corpo de prova cilíndrico feito em uma dada liga metálica com 10 mm de diâmetro é tensionado elasticamente em tração. Uma força de 15000 N produz uma redução no diâmetro do corpo de prova de 7.10-3 mm. Calcule o coeficiente de Poisson para esse material se o seu módulo de elasticidade é de 100 GPa.

19) Um corpo de prova cilíndrico de uma liga metálica hipotética é tensionado em compressão. Se os seus diâmetros original e final são de 30 e 30,04 mm, respectivamente, e se o seu comprimento final é de 105,20 mm, calcule o seu comprimento original se a deformação ocorrida foi totalmente elástica. Os módulos de elasticidade e de cisalhamento para essa liga são de 65,5 GPa e 25,4 GPa, respectivamente.

A

NN A

média

médiaA

c A

N

V

nN

2

2

1

1

100

A

C

A

CAmédio

2

2

1

1

100

CCmédio

20) Sabe-se que liga de latão possui um limite de escoamento de 275 MPa, um limite de resistência à tração de 380 MPa e um módulo de elasticidade de 103 GPa. Um corpo de provas cilíndrico dessa liga, com 12,7 mm de diâmetro e 250mm de comprimento, é tensionado em tração e se alonga 7,6 mm. Com base na informação dada, é possível calcular a magnitude da carga necessária para produzir essa alteração no comprimento? Caso isso seja possível, calcule a carga. Caso não seja possível, explique a razão.