materiais para engenharia de petróleo
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MATERIAIS PARA ENGENHARIA DE PETRÓLEO - EPET069 Propriedades Elétricas Propriedades Térmicas PROPRIEDADES ELÉTRICAS 1820 1827 Condutividade Elétrica • Físicos podiam produzir e detectar correntes elétricas; • Medir diferenças de potenciais; • Quantificar resistência elétrica. • Formulou-se a lei de Ohm 𝑈 = 𝑅𝑖 Georg Simon Ohm PROPRIEDADES ELÉTRICAS Condutividade Elétrica A resistividade elétrica (ρ) é uma propriedade do material e está relacionada com a resistência elétrica 𝐴 𝜌=𝑅 𝑙 A condutividade elétrica (σ) indica a facilidade com que um material conduz corrente elétrica e é o inverso da resistividade: 1 𝜎= 𝜌 PROPRIEDADES ELÉTRICAS Condutividade Elétrica PROPRIEDADES ELÉTRICAS Resistividade elétrica dos metais e ligas A resistividade elétrica de um material metálico monofásico pode ser considerada (regra de Matthiessen) como sendo a soma de várias parcelas: 𝜌 = 𝜌𝑡 + 𝜌𝑖 + 𝜌𝑑 onde, 𝜌𝑡 - Contribuição devida às vibrações térmicas 𝜌𝑖 - Devida às impurezas; 𝜌𝑑 - Devida às deformações. PROPRIEDADES ELÉTRICAS Resistividade elétrica dos metais e ligas PROPRIEDADES ELÉTRICAS Resistividade elétrica dos metais e ligas A contribuição da temperatura, acima da temperatura de Debye, geralmente obedece uma relação linear: 𝜌𝑡 = 𝜌0 + 𝑎𝑇 A contribuição dos átomos de soluto em solução sólida é descrita pela regra de Nordheim: 𝜌𝑖 = 𝐴𝑐𝑖 (1 − 𝑐𝑖 ) PROPRIEDADES ELÉTRICAS Condutividade Elétrica em sólidos iônicos A condutividade elétrica dos sólidos iônicos (e covalentes), em geral, aumenta com a temperatura. A condutividade elétrica de um sólido iônico, ao contrário de um covalente, aumenta abruptamente ao se fundir, devido à sua condutividade iônica. Esta diferença de para diferenciá-los. comportamento é um bom critério PROPRIEDADES ELÉTRICAS Condutividade Elétrica em sólidos covalentes A condutividade elétrica da maioria dos polímeros comerciais na temperatura ambiente encontra-se na faixa entre 10-10 Ω-1m-1 e 10-17 Ω-1m-1. Nos polímeros de alta pureza a condução é eletrônica. A condução iônica pode ser ativada pela presença de impurezas, restos de monômeros e catalizadores ou pelo aumento da temperatura. A presença de aditivos condutores pode aumentar a condutividade elétrica para valores na faixa entre 1 e 50 Ω-1m-1, como é o caso de algumas borrachas de silicone. PROPRIEDADES ELÉTRICAS Condutividade Elétrica em sólidos covalentes Alguns polímeros condutores foram descobertos recentemente. Eles apresentam condutividades tão altas como 1,5 107 Ω-1m-1, o que representa, em termos de volume 1⁄4 da condutividade do cobre, ou o dobro, em termos de peso. Exemplos de polímeros condutores são o poliacetileno e a polianilina. Os mecanismos de condução dos polímeros condutores são pouco conhecidos. PROPRIEDADES ELÉTRICAS Supercondutividade É a observação da resistência elétrica nula; 1911 1913 1986 • Observou-se que a resistividade elétrica diminuía com a diminuição da temperatura • Ganhou o prêmio Nobel de Física pelo descobrimento Heike Kamerling-Onnes • Descoberta de supercondutores com temperatura crítica superiores a 23K PROPRIEDADES ELÉTRICAS Supercondutividade PROPRIEDADES ELÉTRICAS Termoeletricidade Indução de uma diferença de potencial ao longo do fio PROPRIEDADES ELÉTRICAS Comportamento Dielétrico Um material dielétrico é um material isolante que apresenta em nível atômico ou molecular regiões carregadas positivamente separadas de regiões carregadas negativamente. A constante dielétrica de um material é importante no projeto e na sua utilização em capacitores. muito A rigidez dielétrica é uma medida da tensão máxima que o material pode suportar antes de perder suas características de isolante. Os valores de rigidez dielétrica dos polímeros, cerâmicas e vidros estão na faixa de 10 a 40 V/mm. PROPRIEDADES ELÉTRICAS Comportamento Dielétrico Tipos de materiais dielétricos: • Materiais Ferroelétricos • Apresentam constante dielétrica extremamente alta e capacitores fabricados com eles podem ser muito menores que os fabricados com outros materiais dielétricos • Materiais Piezoelétricos • São utilizados como transdutores, que são componentes que convertem energia elétrica em deformação mecânica e vice-versa. Eles são usados, por exemplo, em microfones. PROPRIEDADES TÉRMICAS PROPRIEDADES TÉRMICAS Introdução Resposta ou reação do material à aplicação do calor Tipos de energia térmica: • Energia vibracional dos átomos; • Energia cinética dos elétrons livres. Propriedades a serem trabalhadas: • Capacidade térmica; • Expansão térmica; • Condutividade térmica. PROPRIEDADES TÉRMICAS Capacidade Térmica Aptidão do material de absorver calor do meio externo; A definição matemática da capacidade térmica: 𝑑𝑄 𝐶= 𝑑𝑇 Einstein e Debye mostraram que o calor específico aumenta até uma certa temperatura, denominada temperatura de Debye, tornando-se a partir daí aproximadamente constante. PROPRIEDADES TÉRMICAS Capacidade Térmica PROPRIEDADES TÉRMICAS Capacidade Térmica Dilatação Térmica PROPRIEDADES TÉRMICAS Na ausência de transformações de fase, a maioria dos sólidos aumenta de dimensões durante o aquecimento e contrai durante o resfriamento. O coeficiente de dilatação térmica linear (𝛼𝐿 ) é definido como: 𝛼𝐿 = 𝑙𝑓 − 𝑙𝑖 𝑙𝑖 𝑇𝑓 − 𝑇𝑖 Para materiais isotrópicos: 𝛼𝑉 ≈ 𝛼𝐿 PROPRIEDADES TÉRMICAS Dilatação Térmica PROPRIEDADES TÉRMICAS Condutividade Térmica É a propriedade que caracteriza a habilidade de um material para transferir calor; Para um fluxo estacionário de calor pode-se escrever: 𝑑𝑇 𝑞 = −𝑘 𝑑𝑥 PROPRIEDADES TÉRMICAS Condutividade Térmica
