1A Introducao aos Materiais

Materiais Elétricos e Magnéticos

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAISOs materiais são classificados em dois grandes grupos:

• materiais metálicos ferrosos e não-ferrosos;

• materiais não-metálicos naturais e sintéticos.

Materiais Elétricos e MagnéticosNas linhas de transmissão e distribuição além do uso do vidro, porcelana e polímero na isolação é usado o aço galvanizado para a construção das estruturas, entretanto, as linhas são construídas de ligas de alumínio, aço e cobre, devido a cararteristicas como resistência mecânica e condutividade (ver Figura 1.3).

Materiais Elétricos e MagnéticosClassificação dos Materiais Elétricos e Magnéticos

Em decorrência das infinitas possibilidades, os materiais utilizados na Engenharia Elétrica podem ser classificados conforme as figuras abaixo.

Os materiais são classificados conforme suas características elétricas e magnéticas e conforme as classificação dos materiais.

Classificação dos materiais elétricos


Essa divisão entre metálicos e não-metálicos está direta mente ligada as propriedades desses materiais. Assim, os mate riais metálicos apresentam plasticidade, isto é, podem ser defor mados sem se quebrarem e conduzem bem o calor e a eletrici dade. Aliás, a condutividade tanto térmica quanto elétrica dos metais está estreitamente ligada à mobilidade dos elétrons dos átomos de sua estrutura. Os não-metálicos, por sua vez, são – na maioria dos casos – maus condutores de calor e eletricidade.


PROPRIEDADE DOS MATERIAS

A escolha de um material deve-se às propriedades que este possui. Por exemplo: os aços carbono possui baixo custo e elevada resistência mecânica, embora sejam vulneráveis à corrosão. Já os plásticos, devidamente selecionados, possuem elevada resistência química a determinadas substâncias, mas sua resistência mecânica é inferior ao aço carbono.

Materiais Elétricos e MagnéticosE ainda podemos listar diversas outras propriedades qualitativas e quantitativas, pelas quais podemos realizar um estudo para selecionarmos corretamente um ou mais mate riais a utilizar.


Propriedades físicas determina o comportamento do material em todas as circunstâncias do processo de fabricação e de utilização. Nela temos as propriedades:


1.mecânica2.térmica3.elétricas


As propriedades mecânica aparecem quando o material está sujeito a esforço de natureza mecânica. Isso quer dizer quando essas propriedades determinam a maior ou menor capacidade que o material tem para transmitir ou resistir aos esforços que lhe são aplicados.


Essa capacidade não é só importante durante o processo de fabricação , mas também durante a sua utilização.


Propriedades mecânicas:1.elasticidade;2.plasticidade (maleabilidade e ductilidade);

3.dureza;4.fragilidade;5.Densidade;6. Tenacidade;


Ductilidade; eResistência mecânica.


Elasticidade – é a capacidade que o material deve ter de se deformar, quando submetido a um esforço, e de voltar a forma original quando o esforço termina.

Plasticidade – quando submetido a um esforço, ele é capaz de se deformar e manter essa forma quando o esforço desaparece.


Essa propriedade é importante para os processos de fabricação que exigem conformação mecânica .O grau de plasticidade varia . A Plasticidade pode se apresentar no material sobre duas formas:

maleabilidade – redução a chapas. ductilidade- redução a fios.


Dureza – é a resistência do material a penetração, a deformação plástica permanente, ao desgaste. Em geral os materiais duros são também fragéis.

Fragilidade – propriedade na qual o material apresenta baixa resistência aos choques.


Densidade – cabe mais matéria dentro de um mesmo espaço.

Tenacidade – quantidade de energia necessária para romper um material.

Ductilidade – capacidade de o material deformar-se prasticamente sem romper-se.


Resistência mecânica – propriedade que permite que o material seja capaz de resistir a ação de determinados tipos de esforços, tais como: tração e compressão.

Em conjunto com as propriedades acima descritas, na escolha do material devem ser considerados ainda os fatores custo, disponibilidade no mercado, facilidade de fabricação e manutenção, entre outros.


Propriedades microestruturais Os materiais compostos de uma mesma substância podem possuir propriedades diferentes entre si. Este efeito é devido à microestrutura do material, à forma na qual suas moléculas estão dispostas.

Materiais Elétricos e MagnéticosEstrutura cristalina

Todos os elementos são formados por moléculas que por sua vez são formadas por átomos. Na maioria dos materiais sólidos, as partículas se organizam sob a forma de uma rede em três dimen sões, chamada estrutura cristalina. Na tabela 5.1 encontram-se exemplos de metais com suas respectivas estruturas.


Quando os metais são deformados por processos mecânicos, como a laminação, as camadas de átomos deslizam umas sobre as outras ao longo dos planos de átomos que se formam nas estrutu ras cristalinas. Esses planos são chamados de planos cristalinos.


As estruturas cristalinas cúbicas possuem mais planos de átomos do que as estruturas hexagonais. Por isso é mais fácil deformar um material que possui estrutura cúbica, como o alumínio, o cobre e o ferro, do que um metal de estrutura hexagonal, como o magnésio e o cádmio.


Outra definição importante é a do contorno de grão, que surgem durante o processo de solidificação do material. Com o res friamento do material líquido inicia-se a formação dos cristais em diversos pontos ao mesmo tempo. Nos locais onde esses cristais se encontram, forma-se uma área de transição com átomos que não pertencem a nenhum dos cristais.


Na região dos contornos de grãos a deformação é mais difícil, pois os planos cristalinos são interrompidos, dificultando o deslizamento. Por isso a ruptura de um metal, na maioria dos casos acontece no contorno de grão.

Materiais Elétricos e MagnéticosDiagramas de fase Como já definido, o aço é basicamente uma liga fe-c com no máximo 2% de carbono aproximadamente, dentro do aço, o carbono une-se ao ferro formando um composto denomi nado carboneto de ferro (Fe3C), Trata-se de uma substância muito dura, que confere a dureza do aço, aumentando sua resistência mecânica. Por outro lado, diminui sua ductilidade, sua resistência ao choque e à solvabilidade, além de torná-lo difícil de ser trabalhado por conformação mecânica.


O ferro é um metal que se caracteriza por apresentar várias fases alotró picas. A temperatura de fusão do ferro é 1.538 °C: abaixo dessa temperatura, o ferro cristaliza de acordo com um reticulado cúbico centrado e a forma alotrópica correspondente é cha mada “delta”.


Essa forma persiste estável até que se alcance a temperatura de cerca de 1.394°C: nesse instante, ocorre uma redisposição espontânea dos átomos e forma-se um novo reti culado – o cúbico de face centrada que corresponde à forma alotrópica do ferro chamada de “gama”. Declinando mais a temperatura a cerca de 912°C, ocorre nova transformação alotrópica, com novo rearranjo atômico, voltando o


reticulado a readquirir a forma cúbica centrada; essa forma alotrópica é chamada “alfa”. Abaixo de 912°C não ocorre mais qualquer rearranjo atômico. Não surge, pois, nenhuma nova forma alotrópica. Entretanto, a cerca de 770°C verifica-se uma nova transformação, ou seja, o ferro começa a comportar-se, ferro magneticamente.


A cada transformação alotrópica corresponde um despren dimento de calor latente e fusão, como aliás ocorre quando o ferro líquido se solidifica. Assim, durante a solidificação e por ocasião das transformações alotrópicas, verificam-se mudan ças de energia que causam descontinuidade nas curvas de resfriamento e aquecimento, que são traduzidas graficamente quer como uma “parada” a uma temperatura constante, quer como uma modificação na inclinação da curva.

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