UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
Faculdade de Engenharia Elétrica

Av. João Naves de Ávila, 2121, Bloco 3N - Bairro Santa Mônica, Uberlândia-MG, CEP 38400-902
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Timbre

Plano de Ensino

IDENTIFICAÇÃO

Componente Curricular:

Experimental de Ciência e Tecnologia dos Materiais

Unidade Ofertante:

FEELT

Código:

FEELT31303

Período/Série:

3

Turma:

U

Carga Horária:

Natureza:

Teórica:

45

Prática:

0

Total:

45

Obrigatória:

(X)

Optativa:

( )

Professor(A):

Arthur Costa de Souza

Ano/Semestre:

AARE - Etapa I

Observações:

 

 

EMENTA

Teoria básica e aplicações à engenharia elétrica da estrutura de materiais condutores, supercondutores, semicondutores, isolantes e magnéticos.

JUSTIFICATIVA

A disciplina Ciência e Tecnologia dos Materiais habilita os estudantes de Engenharia Elétrica a distinguir e recomendar os diversos materiais utilizados em equipamentos e componentes elétricos e magnéticos, correlacionando as propriedades dos metais, ligas, materiais cerâmicos, semicondutores, supercondutores, plásticos e outros tipos de polimerizados com suas propriedades estruturais, além de conhecer as tendências atuais e perspectivas futuras no campo da ciência dos materiais. A grande maioria dos engenheiros em algum ponto de sua carreira se deparará com algum problema de projeto envolvendo a seleção de materiais. Por não existir um conjunto padrão de procedimentos a serem seguidos na escolha de materiais corretos para determinada aplicação, cada situação irá requerer conhecimento sobre os materiais e sobre as condições às quais eles estarão sujeitos. Portanto, esta disciplina, além de preparar os estudantes para o desenvolvimento de temas pertencentes ao núcleo básico de conhecimento, fornece as primeiras diretrizes para aprendizado de parte das disciplinas técnicas obrigatórias à formação dos engenheiros da ênfase mencionada e, eventualmente, para alguma aplicação em sua atividade profissional.

OBJETIVO

Objetivo Geral:

Ao final da disciplina o estudante será capaz de:

1.   Demonstrar conhecimento sobre os princípios físicos e químicos da constituição dos materiais elétricos;

2.   Distinguir os diversos materiais utilizados em equipamentos e componentes elétricos e magnéticos estabelecendo relações claras entre propriedades dos materiais, métodos de fabricação e seu efeito sobre o funcionamento de dispositivos e sistemas;

3.   Escolher e utilizar materiais em aplicações na área de engenharia elétrica e engenharia biomédica, justificando o uso de cada material na respectiva aplicação;

4.   Demonstrar ter se conscientizado da importância dos materiais na tecnologia, no cotidiano e na manutenção da vida.

5.   Desenvolver ou participar de atividades relacionadas ao planejamento, pesquisa e interpretação de informações referentes à disciplina, trabalho em grupo, projeto e análise dos componentes assimilados em sala de aula.

Objetivos Específicos:

  1.  Propriedades Gerais dos Materiais
  • Apresentar aos estudantes uma revisão sobre ligações químicas e conceitos básicos relacionados às propriedades dos materiais
  • Resgatar a discussão sobre bandas de energia no intuito de embasar a classificação dos materiais e suas respectivas abordagens.
  1.   Materiais Condutores
  • Habilitar o aluno a reconhecer e especificar materiais condutores e supercondutores a partir da sua conceituação e descrição teórica, assim como apresentação de suas características, propriedades e exemplos de utilização em resistores, fusíveis, bimetais, fios e cabos condutores;
  • Conhecer vantagens e desvantagens dos materiais mais utilizados com base nas suas propriedades a ponto de obter decisões conclusivas sobre quando utilizá-los.
  1.  Materiais Isolantes
  • Conceituar os materiais isolantes discutindo-se suas propriedades, vantagens e desvantagens de sua utilização em componentes elétricos
  • Capacitar o aluno a reconhecer tais materiais e obter decisões conclusivas sobre quando utilizá-los.
  1. Materiais Semicondutores
  • A partir de reflexões sobre camadas de valência e bandas de energia apresentar a definição dos materiais semicondutores, suas principais propriedades, tipos e aplicações possibilitando ao aluno compreender o funcionamento de dispositivos eletrônicos e sua relação com as propriedades dos materiais componentes;
  • Conhecer os aspectos construtivos dos dispositivos semicondutores e a relação com o seu funcionamento.
  1. Materiais Magnéticos
  • Abordar a apresentação, classificação e características dos materiais magnéticos;
  • Rever as leis de Faraday e de Lenz;
  • Apresentar os circuitos magnéticos equivalentes e aplicações.
  • Capacitar o aluno a compreender o funcionamento dos dispositivos eletromagnéticos tais como eletroímãs, relés, transformadores e motores elétricos e como estes são influenciados pelas propriedades dos materiais;
  • Conhecer as principais propriedades dos materiais magnéticos, como são classificados segundo suas propriedades, bem como os fundamentos teóricos usados para modelar essas propriedades;

PROGRAMA

  1.  Propriedades Gerais dos Materiais
    1. Introdução;
    2. Ligações Químicas (Revisão: Ligações iônicas, covalentes, metálicas e secundárias);
    3. Propriedades Físicas – Massa, volume, densidade e estado físico;
    4. Propriedades Elétricas:

1.4.1 Condutividade e Resistividade Elétrica;

1.4.2 Resistência e Condutância Elétrica;

1.4.3 Permissividade Dielétrica ;

1.4.4 Rigidez Dielétrica ;

  1. Propriedades Magnéticas – Permeabilidade e Susceptibilidade Magnética;
  2. Propriedades Mecânicas – Deformação nos metais e outras propriedades mecânicas;
  3. Propriedades Térmicas;
  4. Propriedades Químicas – Radiação, Oxidação e Corrosão;
  5. Propriedades Ópticas – Refração, Reflexão e Absorção;
  6. Bandas de Energia;
  7. Classificação dos Materiais Elétricos.

 

  1. Materiais Condutores
    1. Introdução;
    2. Características dos Condutores:

2.2.1 Variação da resistividade com a temperatura e a freqüência;

2.2.2 Resistência de contato nos metais

  1. Materiais de elevada condutividade;
  2. Materiais de elevada Resistividade (Ligas de Aquecimento, Medição e Regulação);
  3.     Aplicações;

2.5.1 Resistores 

2.5.2 Fusíveis    

2.5.3 Bimetais   

2.5.2 Fios e cabos condutores

  1. Supercondutores.

 

  1. Materiais Isolantes
    1. Polarização Dielétrica;
    2. Materiais Isolantes de Uso Industrial mais Freqüente;
    3. Aplicações;

3.3.1 Capacitores          

3.3.2 Isolação de redes elétricas           

3.3.3 Isolação de cabos subterrâneos

3.3.4 Isolação de transformadores

3.3.5 Isolação de motores

3.3.6 Isolação de disjuntores.

  1. Comportamento dos dielétricos em Serviço;

3.4.1 Resistência de Isolamento           

3.4.2 Resistência Superficial    

3.4.3 Rigidez Dielétrica

3.4.4 Rigidez Dielétrica Superficial     

3.4.5 Ruptura dos Dielétricos   

3.4.6 Efeito Corona.

 

  1. Materiais Semicondutores
    1. Níveis de Energia;
    2. Valência;
    3. Bandas de Energia;
    4. Materiais Intrínsecos;
    5. Condução Elétrica nos Semicondutores;
    6. Semicondutores do Tipo N e P;
    7. Aplicações;

4.7.1 Diodo Semicondutor       

4.7.2 Transistor de Junção Bipolar       

4.7.3 Transistor de Unijunção  

4.7.4 Transistor de Efeito de Campo    

4.7.6 Retificador controlado de silício 

4.7.7 Termistores           

4.7.8 Fotocondutores    

4.7.9 Células Fotovoltaicas      

 

  1. Materiais Magnéticos
    1. Classificação dos Materiais Magnéticos;
    2. Características dos Materiais Magnéticos:

5.2.1 Retentividade      

5.2.2 Relutância

5.2.3 Permeância

5.2.4 Permeabilidade    

5.2.5 Permeabilidade Relativa  

5.2.6 Meios de Propagação do Fluxo Magnético         

5.2.7 Intensidade de Campo Magnético           

5.2.8 Densidade de Fluxo         

5.2.9 Força Magnetomotriz      

5.2.10 Curva de Magnetização (BxH) 

5.2.11 Laço de Histerese          

  1. Lei de Faraday e Lei de Lenz;
  2. Circuitos Magnéticos Equivalentes - Circuito Magnético com Entreferro de Ar;
  3. Aplicações dos Materiais Magnéticos

5.3.1 Eletroímãs

5.3.2 Relés         

5.3.3 Contatores

5.3.4 Disjuntores Termo-magnéticos    

5.3.5 Campainha           

5.3.6 Motores e Geradores Elétricos    

5.3.7 Transformadores  

METODOLOGIA

Diante da situação que a sociedade se encontra e respeitando as recomendações da OMS (Organização Mundial da Saúde), e sobretudo, atendendo ao pedido do processo SEI/UFU – 2108211, serão adotadas aulas apenas de caráter assíncrona (aulas gravadas), devido a quantidade de alunos que esta disciplina apresenta.

As aulas gravadas serão realizadas por meio das plataformas OBSstudio e MCONF/RNP e disponibilizadas na minha pasta no campo docente do site da FEELT-UFU, e possivelmente, disponibilizada no Youtube.

Todas terças das 8h30 às 10h30, disponibilidade para atender os alunos em relação as possíveis dúvidas sobre o conteúdo, pelas plataformas MCONF/RNP ou Google meet.

Para atendimento em outro horário entrar em contato por e-mail: arthur_costasouza@hotmail.com

Ao todo serão 18 horas/aula na modalidade assíncrona via Plataforma OBSstudio e MCONF/RNP.

Aulas

Conteúdo

10/ago

1.1 Introdução; 1.2Ligações Químicas (Revisão: Ligações iônicas, covalentes, metálicas e secundárias); 1.3 Propriedades Físicas – Massa, volume, densidade e estado físico; 1.4 Propriedades Elétricas:

11/ago

1.4.1 Condutividade e Resistividade Elétrica; 1.4.2 Resistência e Condutância Elétrica; 1.4.3 Permissividade Dielétrica; 1.4.4 Rigidez Dielétrica; 1.5 Propriedades Magnéticas – Permeabilidade e Susceptibilidade Magnética;

 

 

17/ago

1.6. Propriedades Mecânicas – Deformação nos metais e outras propriedades mecânicas; 1.7. Propriedades Térmicas; 1.8. Propriedades Químicas – Radiação, Oxidação e Corrosão; 1.9. Propriedades Ópticas – Refração, Reflexão e Absorção;

18/ago

1.10. Bandas de Energia; 1.11. Classificação dos Materiais Elétricos. 2. Materiais Condutores; 2.1. Introdução; 2.2. Características dos Condutores: 2.2.1 Variação da resistividade com a temperatura e a frequência;

 

 

24/ago

2.2.2 Resistência de contato nos metais 2.3. Materiais de elevada condutividade; 2.4. Materiais de elevada Resistividade (Ligas de Aquecimento, Medição e Regulação); 2.5. Aplicações;

25/ago

2.5.1 Resistores; 2.5.2 Fusíveis; 2.5.3 Bimetais; 2.5.2 Fios e cabos condutores; 2.6. Supercondutores.

 

 

31/ago

3. Materiais Isolantes; 3.1. Polarização Dielétrica; 3.2. Materiais Isolantes de Uso Industrial mais Frequente; 3.3. Aplicações; 3.3.1 Capacitores;

01/set

3.3.2 Isolação de redes elétricas; 3.3.3 Isolação de cabos subterrâneos; 3.3.4 Isolação de transformadores; 3.3.5 Isolação de motores; 3.3.6 Isolação de disjuntores.

 

 

07/set

3.4. Comportamento dos dielétricos em Serviço; 3.4.1 Resistência de Isolamento; 3.4.2 Resistência Superficial; 3.4.3 Rigidez Dielétrica.

08/set

3.4.4 Rigidez Dielétrica Superficial; 3.4.5 Ruptura dos Dielétricos; 3.4.6 Efeito Corona. 4. Materiais Semicondutores; 4.1. Níveis de Energia.

 

 

14/set

4.2. Valência; 4.3. Bandas de Energia; 4.4. Materiais Intrínsecos; 4.5. Condução Elétrica nos Semicondutores; 4.6. Semicondutores do Tipo N e P.

15/set

4.7. Aplicações; 4.7.1 Diodo Semicondutor; 4.7.2 Transistor de Junção Bipolar; 4.7.3 Transistor de Unijunção.

 

 

21/set

4.7.4 Transistor de Efeito de Campo; 4.7.6 Retificador controlado de silício; 4.7.7 Termistores; 4.7.8 Fotocondutores; 4.7.9 Células Fotovoltaicas;

22/set

5. Materiais Magnéticos; 5.1. Classificação dos Materiais Magnéticos; 5.2. Características dos Materiais Magnéticos; 5.2.1 Retentividade; 5.2.2 Relutância.

 

 

29/set

5.2.3 Permeância; 5.2.4 Permeabilidade; 5.2.5 Permeabilidade Relativa; 5.2.6 Meios de Propagação do Fluxo Magnético; 5.2.7 Intensidade de Campo Magnético

30/set

5.2.8 Densidade de Fluxo; 5.2.9 Força Magnetomotriz; 5.2.10 Curva de Magnetização (BxH); 5.2.11 Laço de Histerese; 5.3. Lei de Faraday e Lei de Lenz;

 

 

05/out

5.4. Circuitos Magnéticos Equivalentes - Circuito Magnético com Entreferro de Ar; 5.5. Aplicações dos Materiais Magnéticos; 5.3.1 Eletroímãs; 5.3.2 Relés; 5.3.3 Contatores;

06/out

5.3.4 Disjuntores Termo-magnéticos; 5.3.5 Campainha; 5.3.6 Motores e Geradores Elétricos; 5.3.7 Transformadores.

 

AVALIAÇÃO

A metodologia de avaliação será baseada nos seguintes métodos:

As atividades avaliativas totalizarão 100 pontos.

BIBLIOGRAFIA

 Neste período atípico, disponibilizarei alguns livros em formato digital na minha pasta de docente no site da FEELT. Uma vez que, algumas editoras estão disponibilizando alguns livros para baixar, como por exemplo, a Springer books. Assim, os alunos não precisarão sair de suas casas para pegar livros na biblioteca.

Bibliografia Básica:

  1. William D. Callister, Jr. Ciência e Engenharia de Materiais Uma Introdução. Editora LTC, Rio de Janeiro – RJ, 2012
  2. Shackelford, James F., “Ciencia dos Materiais” 6ª edição. Editora Prentice Hall, São Paulo, 2008;
  3. Walfredo Schmidt, Materiais elétricos: condutores e semicondutores v. 1, São Paulo: Ed. Edgard Blucher, 1979;
  4. Walfredo Schmidt, Materiais elétricos: isolantes e magnéticos v. 2, São Paulo: Ed. Edgard Blucher, 1979;

Complementar

  1. Sergio Machado Rezende A. “Materiais e Dispositivos Eletrônicos”, 2ª Ed. Liv. Da Física, São Paulo, 2004;
  2. Albert Paul Malvino, “Eletrônica”, 4ª edição, Makron Books do Brasil, São Paulo, 1997;
  3. Dekker, Adrianus J..Electrical engineering materials”. Englewood Cliffs: Prentice Hall, c1959;
  4. Kosow, Irving L.,”Maquinas elétricas e transformadores”, 3ª Ed, Porto Alegre : Editora Globo, 1979;
  5. A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley Jr., Alexander Kusko. “Maquinas elétricas : conversão eletromecânica da energia, processos, dispositivos e sistemas” São Paulo : McGraw-Hill, c1975.
  6. Delcyr Barbosa Saraiva, “Materiais elétricos”, Editora Guanabara Dois, 1983.

APROVAÇÃO

Aprovado em reunião do Colegiado realizada em: ____/____/______

Coordenação do Curso de Graduação: _________________________

 


logotipo

Documento assinado eletronicamente por Arthur Costa de Souza, Professor(a) Substituto(a) do Magistério Superior, em 23/07/2020, às 15:22, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.


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Referência: Processo nº 23117.039929/2020-79 SEI nº 2154838