ME 01 Introdução Materiais Eletricos

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    16-Aug-2015

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Materiais Eletricos

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1 MATERIAIS ELTRICOS Prof: Jos Batista 2 NECESSIDADE DO ESTUDO DOS MATERIAIS ELTRICOS Materiais: so as substncias com as quais se produz objetos oucoisas,eosMateriaisEltricossoutilizadosna fabricaodemquinas,equipamentosedispositivos eltricos. Entendercomoaspropriedadesqumicas,eltricas,fsicas, trmicas,ticas,mecnicas,adisponibilidadeeocustodos materiais se relacionam no projeto e na seleo; Saberqueapesardoavanodascincias,muitosdesafios aindaestoporvir(ex.tudoqueserelacionacomImpacto Ambiental e Sustentabilidade). 3 Aindstriadeeltricaeeletrnicosdesdesempreteveumagrande necessidadedenovosmateriaiscommelhorescaractersticasedefcil utilizao, como: Grandesavanoscomoosassociadosaodesenvolvimentodeligas metlicas,ligasavanadasemgeralemateriaiscermicos,tornaram possvelmelhoraraeficinciaedeixarmenosconsumodosequipamentos eletrnicos e eltricos; Substituiodenovosmateriaiseoaperfeioamentodemateriais existentes,bemcomodadisponibilizaodemateriaismaisleves,mais resistentes, mais tenazes, mais tolerantes aos danos, e/ou mais resistentes a altastemperaturas,reciclveisefceisdereparar,paraumanovagerao de componentes mais seguros, econmicose eficientes, logo: Aumento da confiabilidade, Reduo de custos de fabricao, Aumento da vida til - Reduo do custos de manuteno. INTRODUO AOS MATERIAIS ELTRICOS 4 CLASSIFICAO DOS MATERIAIS Diversos sistemas de classificao dos materiais so possveis. Paraosmateriaisdemaiorinteressenaengenhariapodemos classifica-los em 6 grupos: Metais Cermicas e Vidros Polmeros Compsitos Semicondutores Biomateriais 5 REGRAS PRTICAS PARA SELEO DOS MATERIAIS ELTRICOS Conhecimento do material e as condies a que estar sujeito; Propriedades consistentes com as condies de servio; Efeito das mudanas de condies alm dos limites normais. Eliminao dos materiais de propriedades inadequadas, tais como fratura, corroso, segurana, alto custo, disponibilidade, etc. 6 CLASSIFICAO DOS MATERIAIS Para a Engenharia Eltrica conveniente adotar outro sistema declassificao,tomandocomobaseaspropriedadesde maior interesse para as aplicaes nessa rea: Isolantes (dieltricos) Condutores Semicondutores Supercondutores Magnticos pticos 7 EVOLUO DOS MATERIAIS DA ENGENHARIA COM O TEMPO 8 Elementos com valncia 1, 2 ou 3Ligao metlica (compartilhamento dos eltrons livres)Microestrutura cristalinaDcteis (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 Ex: Aos, Cobre, Ligas de alumnios, ligas de titnios etc..MATERIAIS METLICOS (CONDUTORES) 9 Longas cadeias de molculas repetidas Ligaes covalentes nas cadeias (entre as cadeias secundria nosTermoplsticos e covalente nos termofixos) Baixa temperatura de fuso ou de decomposio Microestrutura amorfa ou pouco cristalina Pouco rgidos Maus condutores de calor Viscoelsticos e dcteis acima da temperatura de transio vtrea Pouco densosBons isolantes eltricos Podem ter boa resistncia qumica tima fabricabilidade Ex: Termoplasticos,Termoelasticos, Elastomeros etc.. MATERIAIS POLIMRICOS (ISOLANTES)10 Em geral a combinao de metais com no-metais (valncia 5, 6 ou 7)Ligao inica ou covalenteestrutura cristalina (complexa) ou vtrea Alta rigidez Alta dureza Frgeis - Tenacidade No encruveis nem maleveis Quimicamente estveis Propagao de discordncias quase impossvel Alto ponto de fuso Isolantes eltricos Maus condutores de calor Ex: Vidros, cermicas, carbertos etc.. MATERIAIS CERMICOS (ISOLANTES) 11 Combinao de dois ou mais materiais cujaspropriedades so diferenciadas das dos constituintes, formados por dois materiais a nvel macroscpico Enorme gama de propriedades Excelentes rigidez e resistncia especficas Fibras e matriz cermicas resistem a altas temperaturas Baixa densidade Excelente resistncia mecnica

Ex: Vidro, Fibras de carbono, Kevlar, aramidica, Matriz de epoxy, etc MATERIAIS COMPSITOS (ISOLANTES-CONDUTORES) 12 Si, Ge, GaAs Base da indstria eletrnica Todos os componentes eletrnico do computador Condutividade finamente controlada pela presena de impurezas (dopantes) Podem ser combinados entre si paragerar propriedades eletrnicas e ticas sob medida So a base da tecnologia de opto-eletronicos-lasers, detetores, circuitos integrados ticos e clulas solares. Ex: Silcio , germnio, boro, carbono, etc MATERIAIS SEMICONDUTORESLiga PbSnTe 13 CLASSIFICAO DOS MATERIAIS NA ENGENHARIA ELTRICA Diviso do Estudo dos Materiais Eltricos: MateriaisCondutores:Somateriaisquedeixamacorrenteeltricacircular livremente por seu interior. Exemplos: Alumnio, Bronze, Cobre, Estanho, etc. MateriaisDieltricosouIsolantes:Somateriaiscapazesdeproveraseparao entrediferenteselementoscondutoresapresentandograndeoposioapassagem de corrente eltrica em seu interior.Exemplos: Borracha, Porcelana, PVC, Papel, Baquelite etc. MateriaisSemicondutores:Somateriaisquepossuemcondutividade intermediria entre a dos condutores e isolantes.Exemplos: Germnio, Silcio. Materiais Magnticos: So materiais que interagem com campos magnticos.Exemplos: Ao Silcio, Alnico e Ferrite de Brio. 14 METAIS COMO CONDUTORES ELTRICOS O raio atmico a distncia do ncleo ultima camada eletrnica. Simplificadamente, o raio atmico a distncia entre o centro do tomo e a sua camada de valncia, que o nvel de energia com eltrons mais externo deste tomo. Fr- frncioSua eletronegatividade a mais baixa conhecida o segundo elemento menos abundante na natureza 15 COMPORTAMENTO ELTRICO DOS MATERIAIS em que: Condutividade eltrica , m a resistividade eltrica (em ohm metros, m); R a resistncia elctrica de um espcie uniforme de material (em ohms, ); l o comprimento do espcime (medido em metros); A a rea da seo do espcime (em metros quadrados, m). 16 COMPORTAMENTO ELTRICO DOS MATERIAIS Ligao inica Ligao forte -> baixa condutibilidade eltrica -> isolanteLigao covalente Ligao forte -> alta condutibilidade eltrica-> isolante Ligao metlica Ligao forte -> alta condutibilidade eltrica-> condutor 17 COMPORTAMENTO ELTRICO DOS MATERIAIS Condutividade eltrica , m 18 COMPORTAMENTO ELTRICO DOS MATERIAIS