Prova escrita de: 1º Teste de Ciência de Materiais
Lisboa, 24 de Abril de 2008
Nome:__________________________________________
Número: __________
Curso: ____________________
FOLHA DE RESPOSTAS
Pergunta
Cotação
1
1. (a)
1. (b)
1. (c)
1. (d)
1. (e)
2. (a)
2. (b)
2. (c)
2. (d)
2. (e)
2. (f)
2. (g)
2. (h)
2. (i)
2. (j)
3. (a)
3. (b)
3. (c)
3. (d)
4. (a)
4. (b)
5.
6.
7. (a)
7. (b)
0,50
0,50
1,00
0,50
1,00
0,50
0,50
0,50
0,50
1,00
0,50
1,00
0,50
0,50
1,00
0,50
0,50
0,50
0,50
1,00
1,00
2,00
2,00
1,00
1,00
20,00
Resposta
2
3
Prova escrita de: 1º Teste de Ciência de Materiais
Lisboa, 24 de Abril de 2008
Nome: __________________________________________________
Número: __________
Curso: ____________________________
1. O módulo de Young, a tensão de cedência e a tensão máxima de um certo latão são,
respectivamente, 98,5 GPa, 250 MPa e 450 MPa. Considere um provete cilíndrico desse latão
cujo diâmetro e comprimento iniciais eram 10 mm e 250 mm, respectivamente, que foi
traccionado. Ao atingir-se a carga de 31400 N, o alongamento do provete era 50 mm.
(a) A carga máxima que se aplicou ao provete, de modo a que não ocorresse deformação
plástica, foi:
19625 N
(b) No instante em que se iniciou o movimento de deslocações, o comprimento do provete era:
250,635 mm
(c) Se, no instante referido na alínea (b), o diâmetro do provete fosse 9,991 mm, o coeficiente
de Poisson do latão seria:
0,35
(d) No instante em que a estricção apareceu, a carga aplicada ao provete era:
35325 N
(e) Se ao atingir-se a carga de 31400 N a provete fosse descarregado, ao atingir-se a carga
zero o comprimento do provete seria:
298,985 mm
2. O Molibdénio (Mo) apresenta estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC) sendo o seu
raio atómico 0,1363 nm. O peso atómico do Mo é 95,94 g/mol e a sua densidade é
10,22 g/cm3. Número de Avogadro =
/mol.
(a) A massa de um átomo de Mo é:
15,929 x 10-25 kg
(b) O número de átomos correspondente ao volume da célula estrutural do Mo é:
2
(c) O parâmetro de rede do Mo é:
a = 0,3148 x 10-9 m
(d) O factor de compacidade atómica do Mo é:
68%
(e) A densidade teórica do Mo é:
10,215 g/cm3
(f) A diferença entre os valores das densidades teórica e experimental deve-se à existência
de:
intersticiais
(g) A densidade atómica planar do plano
do Mo é:
14,273 x 1012 átomos/mm2
(h) Os índices das direcções de máxima compacidade contidas no plano
do Mo são:
e
(i) A densidade atómica linear da direcção
do Mo é:
3,668 x 109 átomos/m
(j) Efectuou-se um ensaio de difracção de raios-X numa amostra de Mo, utilizando raios-X de
comprimento de onda 0,1541 nm. Verificou-se que ocorreu difracção de 1ª ordem pelos
planos
para o ângulo 2θ:
40,507°
EM RELAÇÂO ÀS PERGUNTAS TEÓRICAS INDICAM-SE APENAS OS TÓPICOS QUE
DEVERÃO SER ABORDADOS
3. (a) Qual é a causa da configuração em ziguezague apresentada pelas cadeias moleculares do
polietileno?
Ligações covalentes Carbono – Carbono
Quatro ligações covalentes de igual intensidade
Quatro orbitais híbridas sp3 equivalentes
Ligações covalentes tetraédricas
Ligações vértice - vértice
(b) Como se designa a unidade química de repetição numa cadeia polimérica? Qual a unidade
química de repetição no polietileno?
Mero
Unidade química de repetição = — CH2 — CH2 — = dois átomos de Carbono ligados
através de uma ligação simples e dois átomos de Hidrogénio ligados a cada átomo de
Carbono
(c) Como é possível que uma cadeia polimérica, como, por exemplo, a do polietileno continue
a crescer espontaneamente durante a polimerização?
Adição sucessiva de unidades de monómero
A ligação dupla do monómero etileno é “aberta” pelo radical livre e liga-se
covalentemente a este
R — CH2 — CH2 — + CH2 ═ CH2 → R — CH2 — CH2 — CH2 — CH2
(d) Quais os métodos utilizados para terminar uma reacção de polimerização em cadeia?
Adição de um radical livre terminador
Duas cadeias se combinam
Quantidades residuais de impurezas
4. Os materiais celulares podem ser classificados em: materiais celulares com células abertas e
com células fechadas.
(a) Defina material celular, distinga entre os dois tipos de materiais celulares atrás referidos e
dê exemplos de materiais de cada um desses tipos.
Agregado de células (pequeno compartimento = cella) dispostas de modo a preencher o
plano (material bidimensional) ou o espaço (material tridimensional).
Material celular com células abertas – o sólido encontra-se apenas nas arestas das
células pelo que há comunicação entre elas: esponja; osso.
Material celular com células fechadas – o sólido encontra-se nas faces das células pelo
que não há comunicação entre elas: cortiça; coral.
(b) Indique as principais utilizações dos materiais celulares, relacionando-as com as
propriedades genéricas deste tipo de materiais.
Isolamento térmico – condutividade térmica inferior à do sólido compacto que o
originou.
Filtros – células abertas.
Aeronáutica – resistência mecânica por unidade de massa superior à dos sólidos
compactos.
Embalagens – capacidade de absorver grandes quantidades de energia mantendo um
baixo nível de tensões.
5. Descreva e ilustre os defeitos de Frenkel e de Schottky, que podem aparecer em redes
cristalinas de materiais cerâmicos.
Defeito de Schottky – par de lacunas (catiónica + aniónica)
Defeito de Frenkel – par lacuna catiónica + intersticial catiónico
Esquemas (página 141 do livro W.F. Smith)
6. Descreva qual o tratamento que poderia realizar para aumentar a resistência ao desgaste de
uma roda dentada em aço. Indique quais os parâmetros que poderia utilizar para controlar o
tratamento. Escreva a expressão da lei de Fick que lhe permite determinar a velocidade de
variação da composição.
Cementação: colocação da peça num forno a T adequada, em atmosfera rica em C
(normalmente gasosa de metano) durante o tempo necessário para se obter uma camada
superficial mais dura.
O tratamento obtém-se através da difusão intersticial de átomos de C através da
superfície da peça, formando uma camada rica em C. O processo (a espessura da
camada endurecida) seria controlado através da temperatura (que controla o coeficiente
de difusão) e do tempo de tratamento.
A expressão que permite calcular a velocidade de variação da concentração é a 2ª lei de
Fick:
dC
d 2C
=D 2
dt
dx
€
7. (a) Sabendo que a variação de energia livre de Gibbs associada à nucleação homogénea de
uma partícula sólida esférica num metal puro é dada por
,
deduza as expressões que lhe permitem determinar o raio crítico (r*) e a energia de
activação (
) para a nucleação homogénea.
r* corresponde ao máximo de ΔGT => r=r* quando
dΔGT
= 8πr γ + 4πr 2ΔG υ = 0
dr
2γ
r* = −
ΔG υ
4
16πγ 3
3
ΔG* = 4π r * γ + π r * ΔGv =
3
3ΔG υ2
ΔG*=ΔGT quando r=r*
Sendo r* = −
, explique por que razão um metal líquido não pode iniciar a
€
sua solidificação a
€
2
€
(b) Sabendo que
dΔGT
=0
dr
.
2γ
2γTf
16πγ 3 16πγ 3Tf 2
=
e ΔG* =
=
ΔG υ ΔH sΔT
ΔG υ2
ΔH s2ΔT 2
Quando T=Tf, ΔT=0, o que implica que tanto o raio critico (r*) como a energia de
€activação para a nucleação ΔG* tendem para infinito, isto é, há uma barreira de
energia infinita a vencer (ou um aglomerao de a´tomos de tamanho infinito a formar)
para iniciar a nucleação => não há solidificação.