R E L A Ç Õ E S E N T R E P R O P R I E D A D E S E A M I C R O E S T R U T U R A D E ÍÍATERIAIS B I - F A S I C O S - C A R A C T E R I Z A Ç Ã O E S P E C I F I C A P A P A O S F E R R O S F U N D I D O S F E R R i T I C O S N O D U L A R E C I N Z E N T O .
D I S S E R T A Ç Ã O S U B M E T I D A Ã U N I \ ? E R S I DAD E FEDEPA.L D E
S A N T A C A T A R I N A P A R A A O B T E N Ç Ã O D O G R A U D E M E S T R E E M E N G E N H A R I A
E IílL IO DA SILV A NETO
R E L A Ç Õ E S E N T R E P R O P R I E D A D E S E A l í l C R O E S T R U T U R A D E líATERIAIS B I - F Â S I C O S - C A R A C T E R I Z A Ç Ã O E S P E C Í F I C A P A R A O S F E R R O S F U N D I D O S F E R R i T I C O S N O D U L A R E C I N Z E N T O . E M l L I O D A S I L V A N E T O E S T A D I S S E R T A Ç Ã O F O I J U L G A D A P A R A A O B T E N Ç Ã O D O T Í T U L O D E - IlESTRE E M E N G E N H A R I A - E S P E C I A L I D A D E E N G E N H A R I A TÍECÂNICA A R E A D E C O N C E N T R A Ç Ã O F A B R I C A Ç Ã O E A P R O V A D A E M S U A F O P m F I N A L P E L O C U R S O D E P Õ S - G R A D U A Ç Ã O PfÇtÍF. SIL\7ESTRE N A ZA Pj ;, D r . - I n g . ) R I E Í 5 Â ) 0 R P R O F . A R N O b l a s s, Ph.D. / C O O P J DE NA DO R A P R E S E N T A D A PERA.NTE A BAJ^ICA EX A 2 Í I N A D 0 F A C O M P O S T A D O S P R O F E S S O RES; ^ ______________ l ^ F . SILVES;jfe NAZAPJÍ, D r . - I n g . ffiNI/SNOEIJER, D r . “Ina,
/ I ]
i l l P R O F . J A R O S L A V J ^ O Z E L , D. S c . P R O F . H E P i m N N A D O L F H A R R Y L Ü C K E , D r . - I n g .A G R A D E C I M E N T O S a o p r o f e s s o r S i l v e s t r e N a z a r é , p e l a o r i e n t a ç ã o f i r m e e c o n t í n u a ; a o t é c n i c o J ú l i o F r e d e r i c o B a u m g a r t e n , p e l a co l a b o r a ç ã o e f e t i v a n a r e a l i z a ç ã o d o s e n s a i o s e x p e r i m e n t a i s ; a o s a m i g o s e p a r e n t e s q u e a u x i l i a r a m , p o r d i v e r s a s v e z e s , a e v i t a r e s m o r e c i m e n t o s , t ã o c o m u n s e m e m p r e e n d i m e n t o s d e s t a n a t u r e z a ; à U n i v e r s i d a d e F e d e r a l d e S a n t a C a t a r i n a , e m p a r t i c u l a r a o p r o f e s s o r C a s p a r E r i c h S t e m m e r e a o p r o f e s s o r A r n o B l a s s , q u e p o s s i b i l i t a r a m a r e a l i z a ç ã o d e s t e t r a b a l h o ; a o A c o r d o d e C o o p e r a ç ã o T é c n i c a B r a s i l - R e p i õ b l i c a F e d e r a l d a A l e m a n h a , p e l a d i s p o n i b i l i d a d e d o s e q u i p a m e n t o s . a o C e n t r o d e P e s q u i s a s d a F u n d i ç ã o T u p y S . A . , p e l o f o r n e c i m e n t o d o m a t e r i a l p a r a o s e n s a i o s .
-RESUMO A s p r o p r i e d a d e s d e u m m a t e r i a l b i f á s i c o d e p e n d e m d a s p r o p r i e d a d e s d a s f a s e s e d a c o n c e n t r a ç ã o , g e o m e t r i a e a r r a n j o g e o m é t r i c o d a f a s e d i s p e r s a . 0 t r a b a l h o p r o p o s t o e x a m i n a t a l d e p e n d ê n c i a p a r a o c a s o e s p e c í f i c o d o s f e r r o s f u n d i d o s n o d u l a r e c i n z e n t o f e r r í t ic o . P a r a e s t e s , e n s a i o s e x p e r i m e n t a i s p r o c u r a m e s t a b e l e c e r re l a ç õ e s e n t r e a l g u m a s p r o p r i e d a d e s ( m ó d u l o d e Y o u n g , c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i c a e c o e f i c i e n t e d e e x p a n s ã o térm.ica l i n e a r ) e o t e o r e f o r m a d a g r a f i t a . V a l o r e s e x p e r i m e n t a i s s ã o c o m p a r a d o s c o m c u r v a s t e ó r i c a s .
A B S T R A C T T h e p r o p e r t i e s o f a t w o p h a s e m a t e r i a l d e p e n d o n t h e p r o p e r t i e s o f t h e c o n s t i t u e n t p h a s e s a s w e l l as t h e i r g e o m e t r y a n d g e o m e t r i c a l a r r a n g e m e n t . T h e p r e s e n t w o r k d e a l s w i t h t h i s d e p e n d e n c e i n t h e c a s e o f f e r r i t i c c a s t i r o n s v/ith n o d u l a r a n d l a m e l a r g r a p h i t e . T h e p r o p e r t i e s m e a s u r e d i n c l u d e t h e Y o u n g ' s M o d u l u s , l i n e a r t h e r m a l e x p a n s i o n c o e f f i c i e n t a n d t h e r m a l c o n d u c t i v i t y as a f u n c t i o n o f t h e g r a p h i t e c o n t e n t . E x p e r i m e n t a l v a l u e s a r e t h e n com.pared w i t h t h e o r e t i c a l p r e d i c t i o n s .
Ín d i c e p ã g . 1. I N T R O D U Ç Ã O , O B J E T I V O E N Í V E L A T U A L D E C O N H E C I M E N T O ... 1 2. D E S C R I Ç Ã O Q U A N T I T A T I V A D A M I C R O E S T R U T U R A 2.1. V a l o r m é d i o e p r i n c i p i o d o c o n t í n u o ---- . . . . --- ... 6 2.2. D e s c r i ç ã o a t r a v é s d e e s f e r õ i d e s . . ... 7 2.3. R e d u ç ã o d e p a r â m e t r o s ... ... ... 7 2.4. R e l a ç ã o e n t r e p r o p r i e d a d e s e a m i c r o -e s t r u t u r a d -e m a t -e r i a i s b i f á s i c o s . ... .. 15 3. R E L A Ç Ã O E N T R E A M I C R O E S T R U T U R A E A C O N D U T I B I L I D A D E T É R M I C A 3.1.
F un d amenta ç ão t e ó r i c a .
... .... ... ... . 18 3.2. C o l e t â n e a d e d a d o s e x p e r i m e n t a i s d a l i t e r a t u r a ---- - 27 3.3. A n á l i s e e x p e r i m e n t a l c o m f e r r o s f u n d i d o s c i n z e n t o e n o d u l a r , f e r r í t i c o s 3. 3 . 1 . G e n e r a l i d a d e s ... ... 32 3 . 3 . 2 . P r i n c í p i o d e m e d i ç ã o d a c o n d u t i b i l i d a d e térm.ica... ... . 33 3. 3 . 3 . V i s t a d o c o n d u t ô m e t r o t é r m i c o C o l o r a D B P 1 1 4 5 8 2 5 ... ... ... 35 3 . 3 . 4 . L e v a n t a m e n t o d a c a r a c t e r í s t i c a d o c o n d u t ô m e t r o ... ... 35 3 . 3 . 5 . P r e p a r a ç ã o d o s c o r p o s d e p r o v a ... ... . 37 3 . 3 . 6 . C o l e t â n e a d e d a d o s . ... ...— ••• 40 3 . 3 . 7 . C o m p a r a ç ã o e n t r e v a l o r e s e x p e r i m e n t a i s e v a l o r e s c a l c u l a d o s . . . . ... ... ... 41 4. R E L A Ç Ã O E N T P E A M I C R O E S T R U T U P A E 0 M Õ D U L O D E Y O U N G4.1.
Fun d ament açã o t e ó r i c a
... . “ 46 4.2. C o l e t â n e a d e d a d o s e x p e r i m e n t a i s d a l i t e r a t u r a ... 57 4.3. A n á l i s e e x p e r i m e n t a l com. f e r r o s f u n d i d o s4 . 3 . 1 . G e n e r a l i d a d e s ... ... ... ... 64 4 . 3 . 2 . P r i n c í p i o s d e m e d i ç ã o d o m ó d u l o d e Y o u n a ... . ... ... 65 4 . 3 . 3 . D e s e n v o l v i m e n t o t e ó r i c o d a r e l a ç ã o e n t r e a f r e q ü ê n c i a n a t u r a l e o m ó d u l o d e Y o u n g . . . 67 4 . 3 . 4 . E n s a i o e x p e r i m e n t a l p a r a a m e d i ç ã o d a s f r e q ü ê n c i a s n a t u r a i s 4 . 3 . 4 . 1 . P r e p a r a ç ã o d o s c o r p o s d e p r o v a ... 72 4. 3 . 4 . 2 . M o n t a g e m d o s e q u i p a m e n t o s ... ... 74 4 . 3 . 4 . 3 . V i s t a d o c o n j u n t o d e e n s a i o ... 75 4 . 3 . 4 . 4 . C o l e t a d e d a d o s . . . ... .... 75 4 . 3 . 5 . C á l c u l o d o m ó d u l o d e Y o u n g . ... ... ... 76 4 . 3 . 6 . C o m p a r a ç ã o e n t r e v a l o r e s e x p e r i m e n t a i s e v a l o r e s c a l c u l a d o s ... 76 5. B E L A C Ã O E N T P £ A M I C R O E S T R U T U P A E 0 C O E F I C I E N T E D E EXPAJSISÃO T É R M I C A L I N E A R 5.1. F u n d a m e n t a ç ã o t e ó r i c a ... 81 5.2. C o l e t â n e a d e d a d o s e x p e r i m e n t a i s d a l i t e r a t u r a . . . 89 5.3. A n á l i s e experi m.ent al c o m f e r r o s f u n d i d o s c i n z e n t o e n o d u l a r , f e r r í t i c o s 5 . 3 . 1 . P r i n c í p i o d e m e d i ç ã o d o c o e f i c i e n t e d e e x p a n s ã o t é r m i c a l i n e a r ... 94 5 . 3 . 2 . E q u i p a m e n t o d e e n s a i o ... ... 94 5. 3 . 3 . L e v a n t a m e n t o d a c a r a c t e r í s t i c a t é r m i c a d o s u p o r t e d o d i l a t ô m e t r o N e t z s c h 4 0 2 E ... 97 5 . 3 . 4 . P r e p a r a ç ã o d o s q o r p o s d e p r o v a ... 1 00 5 . 3 . 5 . C o l e t a d e da d o s . ! . ... ... 100 5 . 3 . 6 . C o m p a r a ç ã o e n t r e v a l o r e s e x p e r i m e n t a i s e v a l o r e s c a l c u l a d o s . . . ... . 104 6. C O N C L U S Õ E S F I N A I S . ... ... ... ... 107 R E F E R Ê N C I A S B I B L I O G R A F I C A S . . ... ... ... . .... 1 0 8
^ ; g - r e l a ç ã o e n t r e os e i x o s p r i n c i p a l e s e c u n d á r i o d a s e s f e - r ó i d e s r e p r e s e n t a t i v a s d a s p a r t i c u l a s d a f a s e d i s p e r s a ; n - q u o t a r e l a t i v a d e u m d e t e r m i n a d o t i p o d e e s f e r ó i d e s r e p r e s e n t a t i v a s d a s p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p e r s a ; A - á r e a s u p e r f i c i a l d a e l i p s e r e p r e s e n t a t i v a d a s u p e r f í c i e d e c o r t e , p a r a c a d a p a r t í c u l a d a f a s e d i s p e r s a ; N - n ú m e r o t o t a l d e s u p e r f í c i e s d e c o r t e p o r p l a n o d e i n t e r s e c ç ã o ; e - d i s t â n c i a e n t r e os p l a n o s d e c o r t e , ao l o n g o d o m a t e r i a l ; Cj3 - c o n c e n t r a ç ã o v o l u m é t r i c a d a f a s e d i s p e r s a ; cos^aj) - f a t o r d e o r i e n t a ç ã o d a s p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p e r s a ; Pj3 - f a t o r de f o r m a d as p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p e r e s a ; p - r e s i s t i v i d a d e ( e l é t r i c a o u t é r m i c a ) ;
\
- c o n d u t i b i l i d a d e ( e l é t r i c a o u t é r m i c a ) ; Q - c a l o r d e v a p o r i z a ç ã o p a r a 1 m l d o l í q u i d o B, n o c o n d u t ô m e t r o t é r m i c o C o l o r a ; t - t e m p o p a r a a c o n d e n s a ç ã o d e 1 m l d o l í q u i d o B, n o c o n d u tô metro, t é r m i c o C o l o r a ; (Tj^-Tb ) - d i f e r e n ç a e n t r e as t e m p e r a t u r a s d e e b u l i ç ã o d o s l í q u i d o s A e B, n o c o n d u t ô m e t r o t é r m i c o C o l o r a ; H - a l t u r a d o s c o r p o s d e p r o v a , p a r a os e n s a i o s d e d e t e r m i n a ç ã o d a c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i c a ; D - d i â m e t r o d o s c o r p o s d e p r o v a , p a r a o s e n s a i o s d e d e t e r m i n a ç ã o d a c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i c a ; R - r e s i s t ê n c i a s t é r m i c a s d o s c o r p o s de p r o v a , p a r a o s e n s a i o s d e d e t e r m i n a ç ã o d a c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i c a ; E - m ó d u l o d e e l a s t i c i d a d e ( Y o u n g ) ; K - m o d u l o d e ’ c o m p r e s s ã o ; G - m ô d u l o d e c i s a l h a m e n t o ; V - c o e f i c i e n t e d e P o i s s o n ;f n ; W n f r e q ü ê n c i a s n a t u r a i s d o s c o r p o s d e p r o v a p a r a o s e n s a i o s d e d e t e r m i n a ç ã o de m ó d u l o s d e Y o u n g ; I - m o m e n t o s d e i n é r c i a d o s c o r p o s d e p r o v a p a r a o s e n s a i o s d e d e t e r m i n a ç ã o d e m ó d u l o s d e Y o u n g ; m - m a s s a s p o r u n i d a d e d e c o m p r i m e n t o d o s c o r p o s d e p r o v a p a r a o s e n s a i o s de d e t e r m i n a ç a o d o s m ó d u l o s d e Y o u n g ;
t -
c o m p r i m e n t o s l i v r e s d o s c o r p o s d e p r o v a p a r a o s e n s a i o s d e d e t e r m i n a ç ã o d o s m ó d u l o s d e Y o u n g ; - c o n s t a n t e a d i m e n s i o n a l ; b — l a r g u r a s d o s c o r p o s d e p r o v a p a r a o s e n s a i o s d e d e t e r m i n a ç ã o d o s m ó d u l o s de Y o u n g ; h - a l t u r a s d o s c o r p o s d e p r o v a p a r a o s e n s a i o s d e d e t e r m i n a ç ã o d o s m ó d u l o s d e Y o u n g ; a - c o e f i c i e n t e d e e x p a n s ã o t é r m i c a l i n e a r ; A Z - v a r i a ç ã o d e c o m p r i m e n t o p a r a u m a d e t e r m i n a d a d i f e r e n ç a d e t e m p e r a t u r a AT; A V - v a r i a ç ã o d e v o l u m e p a r á u m a d e t e r m i n a d a d i f e r e n ç a d e t e m p e r a t u r a AT; Dg( T) - d i l a t a ç ã o l i n e a r r e l a t i v a , p a r a u m a c e r t a t e m p e r a t u r a T, d o s c o r p o s d e p r o v a , n o s e n s a i o s d e d e t e r m i n a ç ã o d o s c o e f i c i e n t e s d e e x p a n s ã o t é r m i c a l i n e a r ; Djç(T) - d i l a t a ç ã o l i n e a r r e l a t i v a d o s i s t e m a d e - s u p o r t e d o c o r p o d e p r o v a , p a r a u m a c e r t a temperatxira T, n o s e n s a i o s d e d e t e r m i n a ç a o d o s c o e f i c i e n t e s d e e x p a n s a o t é r m i c a l i n e a r ; Dj^(T) - d i l a t a ç ã o l i n e a r r e l a t i v a d o p a r o o r p o d e p r o v a - s i s t e m a d e s u p o r t e , n o s e n s a i o s d e d e t e r m i n a ç ã o d o s c o e f i c i e n t e s d e e x p a n s ã o t é r m i c a l i n e a r . Í N D I C E S - " - e s f e r õ i d e s a l o n g a d a s = - e s f e r õ i d e s a c h a t a d a s ' - m e d i ç õ e s n o p l a n o D - f a s e d i s p e r s a M - m a t r i z C - m a t e r i a l b i f á s i c o p - m a t e r i a l p o r o s oA s p r o p r i e d a d e s d e m a t e r i a i s b i f á s i c o s a p r e s e n t a m u m a r e l a ç ã o d i r e t a c o m as p r o p r i e d a d e s e s p e c í f i c a s d e s u a s f a s e s e c o m a s u a m i c r o e s t r u t u r a , o u s e j a , c o m a s g e o m e t r i a s e a r r a n j o s g e o m é t r i c o s d a s f a s e s q u e c o n s t i t u e m o m a t e r i a l . N e s t e t r a b a l h o , o r a e m a p r e c i a ç ã o , u m a e s p e c i a l r e f e r ê n c i a é d e d i c a d a a o d e s e n v o l v i m e n t o e c o m p r o v a ç ã o e x p e r i m e n t a l d e r e l a ç õ e s m a t e m á t i c a s e n t r e a m i c r o e s t r u t u r a e a l g u m a s p r o p r i e d a d e s - c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i c a , m ó d u l o d e Y o u n g e c o e f i c i e n t e d e e x p a n s ã o t é r m i c a l i n e a r - d e m a t e r i a i s b i f á s i c o s . P r e l i m i n a r m e n t e a x m a s u s c i n t a e x p o s i ç ã o d o s a- v a n ç o s o b t i d o s , a t r a v é s d o s t e m p o s , n e s t a á r e a e s p e c í f i c a de p e s q u i s a , d e s p o n t a c o m o r e l e v a n t e lama d i f e r e n c i a ç ã o g e n é r i c a e n t r e os d i v e r s o s g r u p o s d e p r o p r i e d a d e s , c o m b a s e e m a n a l o g i a s e n t r e as e q u a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a p r o p r i e d a d e s . A s s i m , p o r e x e m -í p i o , a o s c o m p o r t a m e n t o s d e m a t e r i a i s , s u j e i t o s a c a m p o s t é r m i c o s , e l é t r i c o s o u m a g n é t i c o s , é a t r i b u í d a a d e n o m i n a ç ã o p r o p r i e d a d e d e c a m p o . D a c o n s t a t a ç ã o d a a n a l o g i a m a t e m á t i c a e n t r e a s d i v e r s a s e q u a ç õ e s d e c a m p o ( e q u a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a - p r o p r i e d a d e s d e c a m p o ) , s u r g e a p o s s i b i l i d a d e d e t r a n s p o s i ç õ e s d i r e t a s d e s t a s , d e u m a p r o p r i e d a d e d e c a m p o p a r a o u t r a . Ê o c a s o , p o r ejçemplo, d a s e q u a ç õ e s d e d u z i d a s p a r a a c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i c a , q u e p o d e m s e r d i r e t a m e n t e u t i l i z a d a s p a r a a c o n d u t i b i l i d a d e e l é t r i c a e p a r a a p e r m e a b i l i d a d e m a g n é t i c a . O s c o m p o r t a m e n t o s d e m a t e r i a i s , f r e n t e a o n d a s liaminosas e l e t r o m a g n é t i c a s ( p r o p r i e d a d e s ó t i c a s ) , p o d e m t a m b é m s e r c o n s i d e r a d o s c o m o p r o p r i e d a d e s d e c a m p o . N e s t e c a s o , a trar^ f e r ê n c i a d o c a m p o n ã o n e c e s s i t a d e m e i o ( m a t é r i a ) . A i n t e r c a m b i a l i d a d e e n t r e e q u a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a - p r o p r i e d a d e s n ã o o c o r r e , c o n t u d o , p a r a as c h a m a d a s p r o p r i e d a
p a r a o m ó d u l o d e Y o u n g p o d e m s e r u t i l i z a d a s p a r a p r o p r i e d a d e s a c ú s t i c a s , p o r q u e o n d a s d e s t a n a t u r e z a p r o m o v e m d e f o r m a ç õ e s e l á s t i c a s n o m a t e r i a l e, t a l c o m o p a r a o s c a m p o s d e t e n s ã o d e f o r m a ç ã o m e c â n i c o s , e s t ã o s e m p r e v i n c u l a d o s â e x i s t ê n c i a de m a t é r i a . A l g u m a s r e l a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a - p r o p r i e d a d e s .t e r m o d i n â m i c a s , c o m o p o r e x e m p l o , p a r a a d e n s i d a d e o u p a r a a c a p a c i d a d e c a l o r í f i c a d e u m m a t e r i a l p o l i f â s i c o , t ê m s i g n i f i c a t i v a s i m p l i c i d a d e : e s t a s d u a s p r o p r i e d a d e s , m e n c i o n a d a s c o m o e x e m p l o s , s ã o o b t i d a s a d i t i v a m e n t e d a s c o r r e s p o n d e n t e s p r o p r i e d a d e s d a s f a s e s c o m p o n e n t e s d o m a t e r i a l , s e n d o i n f l u e n c i a d a s ú n i c a e e x c l u s i v a m e n t e p e l a s c o n c e n t r a ç o e s d a s f a s e s . O u t r a s r e l a ç õ e s , c o n t u d o , a p r e s e n t a m u m c e r t o g r a u d e c o m p l e x i d a d e .
É o
c a s o , p o r e x e m p l o , d a s r e l a ç õ e s p a r a o c o e f i c i e n t e de e x p a n s a o t é r m i c a , c o m o r e s u l t a d o d o e n v o l v i m e n t o d e t e n s õ e s m.ecânicas i n t e r n a s , t e n s õ e s e s t a s c o n s i d e r a v e l m e n t e d e p e n d e n t e s d a m i c r o e s t r u t u r a d o m a t e r i a l . ■ Trabalhos i n i c i a i s , c o m r e f e r ê n c i a às r e l a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a - p r o p r i e d a d e s d e m a t e r i a i s p o l i f á s i c o s , a v a l i a m p o n d e r a ç õ e s t e ó r i c a s s o b r e as p r o p r i e d a d e s d e c ^ p o d e s i s t e m a s b i f â s i c o s . C o m o r e s u l t a d o , s u r g e m d i v e r s a s e q u a ç õ e s , a l g u m a s t o ta l, o u t r a s p a r c i a l m e n t e e m p í r i c a s e a l g u m a s c o m a l g u m a f u n d a m m t a ç ã o t e ó r i c a , m a s s e m c o m p r o v a ç ã o e x p e r i m e n t a l a c e i t á v e l . U m t r a b a l h o m a i s r e c e n t e {^), a p r e s e n t a \ama c o m p i l a ç ã o d e t o d a s as e q u a ç õ e s p a r a a s p r o p r i e d a d e s d e c a m p o e, p a r a u m a m e l h o r c o m p a r a ç ã o , t r a n s c r e v e - a s p a r a a c o n d u t i b i l i d a d e e l é t r i c a d e m a t e r i a i s b i f â s i c o s , c o m b a s e n a s a n a l o g i a s a n t e r i o r m e n t e c i t a d a s . A c o n f i a b i l i d a d e d e t a i s e q u a ç õ e s f o i e x a m i n a d a c o m c r i t é r i o s d e p l a u s i b i l i d a d e , s e n d o c o n s t a t a d o , a s s i m , d a s e q u a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a - p r o p r i e d a d e s d e c a m p o , p o r e x e m p l o , q u e a c o n d u t i b i l i d a d e d o m a t e r i a l b i f á s i c o i d e n t i f i c a - s e c o m a d e u m a d a s fases,' q u a n d o a o u t r a f a s e a p r e s e n t a - s e e m u m a c o n c e n t r a ç ã o i n f i n i t a m e n t e p e q u e n a . T a i s c o n s i d e r a ç õ e s c o n f e r e m u m s u f i c i e n t e g r a u- e q u a ç ã o d e B r u g g e m a n n (“*) - e q u a ç ã o d e N i e s e l (®). T a i s e q u a ç õ e s s ã o a p l i c á v e i s a m a t e r i a i s b i f á s i c o s c o m e s t r u t u r a d i s p e r s a , i s t o é, a m a t e r i a i s q u e a p r e s e n t a m u m a m a t r i z - c o n t í n u a - e xima f a s e d i s p e r s a - d e s c o n t í n u a - c o n t i d a n a m e s m a . A e q u a ç ã o d e Maxv/ell, c o m p r o v a d a p o r d i v e r s a s v e z e s ( ^ ) , f a z - s e v á l i d a a p e n a s p a r a b a i x a s c o n c e n t r a ç õ e s d e p a r t í c u l a s , d e f o r m a e s f é r i c a , d a f a s e d i s p e r s a . A p a r t i r d e s t a e - q u a ç ã o , e n t r e t a n t o , s u r g i r a m a s e q u a ç õ e s d e B r u g g e m a n n e d e N i e sel, as q u a i s p e r m i t i r a m o c o n t o r n o à s l i m i t a ç õ e s , n o q u e c o n c e r n e ã c o n c e n t r a ç ã o (baixa) e à f o r m a ( e s f é r i c a ) d a s p a r t í c u las d a f a s e d i s p e r s a , p r o p o r c i o n a n d o , d e s t e m o d o , u m a m e l h o r a- d a p t a ç ã o d a t e o r i a às r e l a ç õ e s p r e s e n t e s e m m a t e r i a i s r e a i s . A e q u a ç ã o d e Bruggem.ann p o s s i b i l i t a u m a a m p l i a ç ã o d o i n t e r v a l o d e v a l i d a d e p a r a q u a i s q u e r c o n c e n t r a ç õ e s d e fa ses, e m b o r a a i n d a p e r m a n e ç a l i m i t a d a à f o r m a e s f é r i c a p a r a as p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p e r s a . T a l l i m i t a ç ã o é c o n t u d o , s u p l a n t a d a p e l a e q u a ç ã o à e N i e s e l , q u e se a p l i c a a e s f e r õ i d e s , p e r m i t i n do, a s s i m , a d e s c r i ç ã o d e f o r m a s i r r e g u l a r e s . O u t r o s p e s q u i s a d o r e s s e d e d i c a r a m à r e d u ç ã o d a i n t e g r a l d a e q u a ç ã o d e N i e s e l a u m a f o r m a e x p l í c i t a , c o m a q u a l f o r a m e s t u d a d o s os c a s o s e s p e c i a i s d a s g r a n d e s d i f e r e n ç a s e n t r e a s c o n d u t i b i l i d a d e s d a s f a s e s ( ® ' ’'®). T a i s e q u a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a - p r o p r i e d a d e s d e c a m p o , e s p e c i a i s , e n g l o b a m o c a s o d o s m a t e r i a i s p o r o s o s , d e g r a n d e r e l e v â n c i á n a prática.. E m t a i s t r a b a l h o s s ã o t a m b é m a p r e s e n t a d o s a q u e l e s p a r â m e t r o s d a s e q u a ç õ e s d a s p r o p r i e d a d e s d e c a m p o , q u e p o d e m s e r d e t e r m i n a d o s a t r a v é s d a a n á l i s e e s t e r e o l õ g i c a e m s e c ç õ e s d a m i c r o e s t r u t u r a d e m a t e r i a i s r e a i s , e q u e d i z e m r e s p e i t o ; “ à c o n c e n t r a ç ã o d a f a s e d i s p e r s a - à f o r m a d a s p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p e r s a à o r i e n t a ç ã o d a s p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p e r s a . N o c a s o d a s p r o p r i e d a d e s d e c a m p o , e s t e s t r ê s p a
r a d o n a s e q u a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a - p r o p r i e d a d e s , c o n s i s t e n a c o n d i ç ã o t e ó r i c a , s e g u n d o a q u a l , á s p r o p r i e d a d e s d e c a m p o d e m a t e r i a i s b i f á s i c o s , p a r a q u a l q u e r m i c r o e s t r u t u r a , d e v e m e s t a r n e c e s s a r i a m e n t e e n t r e d o i s v a l o r e s l i m í t r o f e s , v a l o r e s e s t e s , c o r r e s p o n d e n t e s a o s a r r a n j o s d a s f a s e s e m p a r a l e l o e e m s é r i e , e o b t e n í v e i s a t r a v é s d a s l e i s d e K i r c h h o f f . A n a l o g a m e n t e , p a r a o m ó d u l o d e Y o u n g d e m a t e r i a i s b i f á s i c o s , e x i s t e m o s v a l o r e s l i m i t e s d e V o i g t - R e u s s (1 “' 1 s / 1 e j ^ C o m r e f e r ê n c i a ã i n f l u ê n c i a d a m i c r o e s t r u t u r a so b r e p r o p r i e d a d e s e l á s t i c a s , a m a i o r i a d o s t r a b a l h o s f u n d a m e n t a - s e n o t r a t a m e n t o e s t a t í s t i c o e n o s p r i n c í p i o s d e e n e r g i a d a t e o r i a d a e l a s t i c i d a d e l i n e a r (1 ? , 1 e , 1 9 ,2 0 j^ N e s t a d i s s e r t a ç ã o de m e s t r a d o , s ã o a n a l i s a d o s a l g u n s t r a b a l h o s q u e t r a z e m , e m s e u b o jo, o c o n c e i t o d e v a l o r e s l i m i t e s , e p r o c e d i d a s a s c o m p a r a ç õ e s e n t r e a s d i v e r s a s c o n s i d e r a ç õ e s f e i t a s e as m i c r o e s t r u t u r a s r e ais. A s e q u a ç õ e s d e d u z i d a s n ã o r e u n e m , c o n t u d o , o s f a t o r e s e s t e r e o l ó g i c o s i n d e p e n d e n t e m e n t e v a r i á v e i s , - t a l c o m o e p o s s í v e l n o c a s o d a s e q u a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a - p r o p r i e d a d e s d e c a m p o . A p e s a r d i s t o , e n t r e t a n t o , é p o s s í v e l a d e d u ç ã o d e e q u a ç õ e s p a r a c a s o s e s p e c i a i s d a r e l a ç ã o m i c r o e s t r u t u r a - m ó d u l o d e Y o u n g , c o m o p o r e x e m p l o , p a r a o c a s o d o m ó d u l o d e Y o u n g d e m a t e r i a i s p o r o s o s (com p o r o s e s f é r i c o s ) , d e s i g n i f i c a t i v a r e l e v â n c i a n a p r á t i c a . N o q u e se r e f e r e à i n f l u ê n c i a d a m i c r o e s t r u t u r a s o b r e o c o e f i c i e n t e d e e x p a n s ã o téirmica l i n e a r d e m a t e r i a i s b i f á s i c o s , v á r i o s p e s q u i s a d o r e s d i s c o r r e m o a s s u n t o , a p a r t i r d e u m a a b s t r a ç ã o (^^), a q u a l é c o n s i d e r a d a n e s t e t r a b a l h o , q u a n d o d o e s t u d o d a e x p a n s ã o t é r m i c a v o l u m é t r i c a . A i n d a n e s t a d i s s e r t a ç ã o , o r a e m a p r e c i a ç ã o , as r e l a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a - p r o p r i e d a d e s , s u r g i d a s ( a s s u m i d a s várias h i p ó t e s e s ) d e d e s e n v o l v i m e n t o s m a t e m á t i c o s d i v e r s o s , são c o m p a r a d a s c o m v a l o r e s e x p e r i m e n t a i s d a l i t e r a t u r a , p a r a a c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i c a , p a r a o m ó d u l o d e Y o u n g e p a r a o c o e f i c i e n t e d e e x p a n s ã o t é r m i c a l i n e a r d e m a t e r i a i s b i f á s i c o s c o m e s t r u t u r a d i s p e r s a . C o m p l e m e n t a r m e n t e , s ã o a p r e s e n t a d o s r e s u l t a d o s de e n s a i o s p r ó p r i o s e c o m p a r a ç õ e s d e s t e s c o m c u r v a s t e ó r i c a s , p a r a o c a s o
A a n a l i s e q u a n t i t a t i v a d a r e l a ç ã o m i c r o e s t r u t u r a p r o p r i e d a d e s r e q u e r , é l õ g i c o , n ã o s õ v a l o r e s i n d i c a t i v o s d a s p r o p r i e d a d e s , m a s t a m b é m o u t r o s p a r a a d e s c r i ç ã o d a m i c r o e s t r u t u r a . E s t e s ú l t i m o s , p a r a u m m a t e r i a l p o l i f â s i c o , 'c o n s t i t u e m - s e a q u e l e s p a r â m e t r o s q u e f o r n e c e m i n f o r m a ç õ e s s o b r e ; - o t a m a n h o - a c o n c e n t r a ç ã o - a f o r m a - a o r i e n t a ç ã o e - o t i p o d a d i s t r i b u i ç ã o l o c a l d a s p a r t í c u l a s de ca d a fase . 2.1. V A L O R M Ê D I O E P R I N C Í P I O D O C O N T Í N U O N o s m a t e r i a i s r e a i s , a v a r i a ç ã o d o s p a r â m e t r o s s u p r a c i t a d o s t e m a s u a a m p l i t u d e v i n c u l a d a , às c h a m a d a s f u n ç õ e s d e d i s t r i b u i ç ã o . P a r a o n í v e l a t u a l d e c o n h e c i m e n t o s ccm r e f e r ê n c i a à r e l a ç ã o e n t r e m i c r o e s t r u t u r a s e p r o p r i e d a d e s , o e s t u d o d a s e q u a ç õ e s é f u n d a m e n t a d o e m v a l o r e s e s t e r e o l õ g i c o s m é d i o s , r e p r e s e n t a t i v o s d a s p a r t í c u l a s d e f a s e s (^°). E s t a p r e m i s s a d o v a l o r ’ m é d i o i m p l i c a n a s u b s t i t u i ç ã o , n o m o d e l o , d a s p a r t í c u l a s d e f a ses, r e a i s , d e d i f e r e n t e s t a m a n h o s , f o r m a s e o r i e n t a ç õ e s , p e l o m e s m o n ú m e r o d e p a r t í c u l a s , s ó q u e c o m t a m a n h o , f o r m a e o r i e n t a ç ã o (arra nj o) ú n i c o s - m é d i o s - . T a l p r e m i s s a e s t á r e l a c i o n a d a d i r e t a m e n t e c o m o f a t o d e q u e e m t o d a s a s d e d u ç õ e s t e ó r i c a s de e q u a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a - p r o p r i e d a d e s , d e m.ateriáis p o l i f á s i c o s , a t é a g o r a d e s e n v o l v i d a s , e s t á i m p l í c i t o o c h a m a d o p r i n c í p i o d o c o n t í n u o . O u s e j a , c a d a m a t e r i a l p o l i f â s i c o é c o n s i d e r a d o , h i p o t e t i c a m e n t e , u m " c o n t í n u o q u a s e h o m o g ê n e o " , o q u e s i g n i f i c a
i-2.2. D E S C R I Ç Ã O A T R A V É S D E E S F E R Õ I D E S A d e s c r i ç ã o q u a n t i t a t i v a d a m i c r o e s t r u t u r a r e q u e r a c o n v e r s ã o d e g r a n d e z a s , d o p l a n o (secção d a m i c r o e s t r u t u ra) p a r a o e s p a ç o t r i d i m e n s i o n a l . N o q u e d i z r e s p e i t o à f o r m a e à o r i e n t a ç ã o d o s c o m p o n e n t e s d a e s t r u t u r a , t a l c á l c u l o s e faz n e c e s s á r i o , q u a n d o , e n t ã o , os c o m p o n e n t e s iJrregulares d a m i c r o e s t r u t u r a s ã o s u b s t i t u í d o s p o r r e g u l a r e s , d e g e o m e t r i a s m a t e m a t i c a m e n t e r e p r e s e n t á v e i s . P a r a m a t e r i a i s b i f á s i c o s , c a s o d e d e b a t e n e s t e t r a b a l h o , f o i c o m p r o v a d o q u e a ' e s f e r ó i d e c o n s i s t e a g e o m e t r i a m a i s a d e q u a d a p a r a a d e s c r i ç ã o e s t e r e o l ó g i c a a p r o x i m a d a d a s p a r t í c u l a s d e f a s e s r e a i s . D u a s r a z õ e s f u n d a m e n t a i s c o n d u z e m a t a l a s s e r t i v a ; - a s e s f e r ó i d e s p o s s u e m u m b o m g r a u d e a d a p t a b i l i d a d e a g e o m e t r i a s i r r e g u l a r e s r e a i s , d e v i d o à p o s s i b i l i d a d e d e u m a v a r i a ç ã o c o n t í n u a d a r e l a ç ã o e n t r e s e u s e i x o s . P o r e x e m p l o , o s c a s o s e x t r e m o s - e m q u e a r e l a ç ã o e n t r e e i x o s é i g u a l a z e r o o u a i n f i n i t o - o c o r r e m , a p r o x i m a d a m e n t e , p a r a o d i s c o e p a r a o b a s t ã o , i s t o é, o c o r r e m p a r a o s d o i s c a s o s e s p e c i a i s d o c i l i n d r o . E a r e l a ç ã o e n t r e e i x o s i g u a l a u m c o r r e s p o n d e a o c a s o e s p e c i a l d a e s f e r a ; • - as e s f e r ó i d e s n ã o p o s s u e m d e s c o n t i n u i d a d e a l gu ma , t a l c o m o c a n t o s e b o r d a s , o q u e r e p r e s e n t a uma ex p r e s s i v a v a n t a g e m p a r a as d e d u ç õ e s m a t e m á t i c a s . 2.3. R E D U Ç Ã O D E P A R Â M E T R O S P a r a u m a d e t e r m i n a d a c o n c e n t r a ç ã o d e f a s e s , o t a m a n h o e a d e n s i d a d e d a s p a r t í c u l a s d e f a s e s c o n s t i t u e m - s e d o i s
p a r â m e t r o s e s t e r e o l õ g i c o s n ã o i n d e p e n d e n t e m e n t e v a r i á v e i s ^ C o m o a c o n c e n t r a ç ã o d a s f a s e s é f u n ç ã o d o p r o d u t o e n t r e e s t e s p a r â m e t r ó s e s t e r e o l ó g i c o s , a m b o s s ã o r e u n i d o s e m u m s 5 p a r â m e t r o c o g n o m i n a d o " c o n c e n t r a ç ã o d e f a s e s " . A s s i m , a d e s c r i ç ã o q u a n t i t a t i v a d a m i c r o e s t r u t u r a p o d e s e r e f e t i v a d a a t r a v é s d e a p e n a s t r ê s f a t o r e s e s t e r e o l ó g i c o s : - o f a t o r d e c o n c e n t r a ç ã o d e f a s e s - o f a t o r d e f o r m a e - o f a t o r d e a r r a n j o ( o r i e n t a ç ã o ) . Em. o u t r a s p a l a v r a s , a c o m b i n a ç ã o d e t a i s f a t o r e s e s t e r e o l ó g i c o s , i n d e p e n d e n t e m e r i t e v a r i á v e i s e n t r e si, i d e n t i f i c a s u f i c i e n t e m e n t e a m i c r o e s t r u t u r a d e u m dadO-.. m a t e r i a l . C o m t a i s f a t o r e s , t o r n a - s e p o s s í v e l , a i n d a , a d i s t i n ç ã o d o t i p o d e e s t r u t u r a a p r e s e n t a d a p e l o m a t e r i a l : e s t r u t u r a d i s p e r s a o u e s t r u t u r a c o n t í n u a (1 0 /2 2 ^2 3 ^^ A e s t r u t u r a d i s p e r s a p o s s u i , n o m í n i m o , u m a f a s e d e s c o n t í n u a - c h a m a d a " f a s e d i s p e r s a " - , c u j a s p a r t í c u l a s a p r e s e n t a m - s e d i s p e r s a s e m u m a f a s e c o n t í n u a - d e n o m i n a d a " m a t r i z "- s e n d o , a t r a v é s d e s t a , i s o l a d a s u m a s d a s o u t r a s . A e s t r u t u r a c o n t í n u a o c o r r e , p o r o u t r o lado, q u a n d o t o d a s as f a s e s s e a p r e s e n t a m c o n t i n u a m e n t e . E s t e é o c a s o , p o r e x e m p l o , d e f a s e s e m f o r m a de e s t r u t u r a s e s p o n j o s a s , q u e s e p e n e t r a m t r i d i m e n s i o n a l m e n - te. E x i s t e a p o s s i b i l i d a d e d e o c o r r ê n c i a , e m a l g u n s m a t e r i a i s p o l i f â s i c o s , d e f a s e s c o m p l e t a s c o n t í n u a s e m a p e n a s d u a s d i m e n s õ e s (por e x e m p l o , n o c a s o d e a g r e g a d o s e m c a m a d a s ) ou, e n t ã o , u n i c a m è n t e e m lama s õ d i m e n s ã o (por e x e m p l o , n o caso, d e e u t é t i c o s s o l i d i f i c a d o s u n i d i r e c i o n a l m e n t e ) . T a i s m a t e r i a i s p o s s u e m , m u i t a s v e z e s , e s t r u t u r a c o n t í n u a n a " d i r e ç ã o d a p r o p r i e d a d e " ( d i r e ç ã o d o c a m p o t é r m i c o , d o c a m p o e l é t r i c o , d o c a m p o m a g n é t i c o , d a t e n s ã o e d e f o r m a ç ã o m e c â n i c a s , d a e x p a n s ã o t é r m i ca) e, o r t o g o n a l m e n t e a e s t a d i r e ç ã o , e s t r u t u r a d i s p e r s a . A o c o r r ê n c i a d e e s t r u t u r a c o n t í n u a , v a l e a c r e s c e n t a r , s e m p r e i n d u z a p r o b l e m a s s u p l e m e n t a r e s , q u a n d o d a d e d u ç ã o d a s e q u a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a - p r o p r i e d a d e s (2**'25/26j^
- o f a t o r d e c o n c e n t r a ç ã o d e f a s e s c o n s i s t e n á p e r c e n t a g e m v o l u m é t r i c a d a f a s e d i s p e r s a o u d a m a tri z ; - o f a t o r d e f o r m a r e s u l t a d a s r e l a ç õ e s e n t r e e i x o s d a s e s f e r ó i d e s r e p r e s e n t a t i v a s d a s p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p è r s a (FIG. 1 ) ( 1 0 ' 1 2 , 1 3 / 2 7 J . - O f a t o r d e a r r a n j o ( o r i e n t a ç ã o ) r e p r e s e n t a o v a l o r m é d i o d o q u a d r a d o d o c o s s e n o d o â n g u l o f o r m a d o e n t r e o s e i x o s d e r o t a ç ã o (das e s f e r ó i d e s r e p r e s e n t a t i v a s d a s p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p e r s a ) e a " d i r e ç ã o d a p r o p r i e d a d e " (FIG. 1) " Direçõo da p ropriedade" F I G . 1 - a e s f e r ó i d e e s e u s d a d o s e s t e r e o l ó g i c o s . O s f a t o r e s e s t e r e o l ó g i c o s d e p e n d e m d e d a d o s m e n s u r á v e i s n a m i c r o e s t r u t u r a , c o m o s e s u c e d e - a s c o n c e n t r a ç õ e s d a s f a s e s s ã o o b t i d a s d i r e t a m e n t e d o s v a l o r e s m é d i o s d a s p e r c e n t a g e n s superfici^ a i s d a s f a s e s , m e d i d a s e m s e c ç õ e s d a m i c r o e s t r u t u r a - t o m a d a s e s t a t i s t i c a m e n t e - d o m a t e r i a l b i
f ã s i c o ( P r i n c í p i o d e D e l e s s e ) (^ ® ); - a i n f l u ê n c i a d a f o r m a é c o n h e c i d a d a r e l a ç ã o e n t r e e i x o s , m é d i a , d a s d i v e r s a s e s f e r ó i d e s : (1) ( I ) = ( 1 - n^) ( I ),. + n ^ C I O s s i g n i f i c a d o s d a s d e s i g n a ç õ e s e n c o n t r a m - s e n a l e g e n d a d a e q u a ç ã o . 3. A s s i m , d e a c o r d o c o m a e q u a ç ã o 1, t r ê s g r a n d e z a s d e v e m s e r d e t e r m i n a d a s ; - a r e l a ç ã o e n t r e e i x o s , --(z/x) a. , d a s p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p e r s a , d e s c r i t a s p o r e s f e r ó i d e s a l o n g a das; - a r e l a ç ã o e n t r e e i x o s (z/x)_, d a s p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p e r s a , d e s c r i t a s p o r e s f e r ó i d e s a c h a t a das; - a q u o t a r e l a t i v a , n_, d e e s f e r ó i d e s a c h a t a d a s . E s t e e s t u d o é r e a l i z a d o , c o m o se s e g u e : i n i c i a l m e n t e é e f e t u a d a a m e d i ç ã o d a m a i o r e x t e n s ã o l i n e a r e m c a d a p i a n o d e i n t e r s e c ç ã o c o m c a d a p a r t í c u l a i r r e g u l a r d a f a s e d i s p e r sa, s e n d o t a l d i m e n s ã o , e n t ã o , c o n s i d e r a d a o e i x o g r a n d e - a ’ - d e u m a e l i p s e d e c o r t e (para a q u a l a s e c ç ã o d a p a r t í c u l a d a f a se d i s p e r s a é a p r o x i m a d a ) , c o r r e s p o n d e n t e a o p l a n o d e intersec-^ ç ã o c o m c a d a p a r t í c u l a . E m s e g u i d a , é e f e t i v a d a a m e d i ç ã o d a ã- r e a d a s u p e r f í c i e d e c o r t e p a r a c a d a p a r t í c u l a i r r e g u l a r d a fa-_ se d i s p e r s a e a m e d i d a é c o n s i d e r a d a c o m o s e n d o a á r e a (A') s u p e r f i c i a l d a e l i p s e r e p r e s e n t a t i v a (co m o c o n v e n ç ã o , t o d o s os s í m b o l o s a c o m p a n h a d o s d e a p ó s t r o f o , s ã o r e l a t i v o s a m e d i ç õ e s real_i z a d a s n o p l a n o ) . D a s r e l a ç õ e s m a t e m á t i c a s v á l i d a s p a r a e l i p s e s , c o m a s q u a i s s ã o d e s c r i t a s a s s u p e r f í c i e s d e c o r t e d a s p a r t í c u l a s d i s p e r s a s , d e f o r m a i r r e g u l a r , r e s u l t a m :
4A' a' IT a' ^ a' 7T a* ^ (2a) (2b) b' 4A' D a s r e l a ç õ e s e n t r e e i x o s , a s s i m o b t i d a s , p a r a c a d a e l i p s e d e c o r t e , i n d i v i d u a l , e d o niómero t o t a l (N') d e s u p e r f í c i e s d e c o r t e p o r p l a n o d e intersecção., d e r i v a m - s e as s e g u i n t e s r e l a ç õ e s e n t r e e i x o s , m é d i a s , d a s e l i p s e s d e g o r t e : F' 1 b ' b ' ( — ) = - ^ E — (2c) a' N' a' a' a' 1 a' a' ( — ) = — 2 — ^ — (2d) b' N' b' b' A s r e l a ç õ e s (b'/a') e (a'/b') n ã o s ã o i g u a i s as r e l a ç õ e s e n t r e o s v a l o r e s m é d i o s d o s e i x o s ,'o q u e e i n d i c a d o p e l o s t e r m o s d e d e s i g u a l d a d e n a s e q u a ç õ e s 2 c e 2d. C a d a r e l a ç ã o e n t r e e i x o s , m é d i a , (b'/a') o u ( a ' / b ' ), m e d i d a n a s e l i p s e s d e c o r t e c o r r e s p o n d e â r e s p e c t i v a r e l a ç ã o e n t r e e i x o s d e u m a d e t e r m i n a d a e s f e r ó i d e , a t r a v é s d a q u a l a s p a r t í c u l a s r e a i s d a f a s e d i s p e r s a s ã o s u b s t i t u í d a s . T a l c o r r e s p o n d ê n c i a e s t â r e p r e s e n t a d a n a FIG. 2 ( 8 / i o / i 2 / 2 9 j ^ A s s i m , as p a r t í c u l a s r e a i s i r r e g u l a r e s d a f a s e d i s p e r s a s ã o s u b s t i t u í d a s o r a a t r a v é s d e e s f e r ó i d e s a l o n g a d a s , o r a a t r a v é s d e e s f e r ó i d e s a c h a t a d a s . A d ú v i d a q u a n t o â l o c a ç ã o d a r e l a ç ã o e n t r e e i x o s n o e s p a ç o , ( z / x ) , e n t r e t a i s v a l o r e s l i m í t r o f e s é d i r i m i d a p e l a r e s o l u ç ã o d a e q u a ç ã o 1. C o m o s v a l o r e s l i m i t e s d a s r e l a ç õ e s e n t r e e i x o s p a r a e s f e r ó i d e s a c h a t a d a s , (z/x)^, e a l o n g a d a s (z/x)„, e c o m as q u o t a s r e l a t i v a s d e a m b a s a s e s f e r ó i d e s (n_; n„ = 1 - n _ ) , o r i g i n a - s e , d a e q u a ç ã o 1, a r e
m|«c O o
s
9
O c o tib o IO o "I ---^ [ y --- r 1,25 (i: 1,75re la ç ã o enfro e ixo s, m íd ia , medido no plano
F I G . 2 - R e l a ç ã o e n t r e e i x o s d e u m a e s f e r ó i de, (z/x), c o m o f u n ç ã o d a r e l a ç ã o m é d i a e n t r e e i x o s d a s e l i p s e s d e c o r t e . ( b ' / a ' ) o u (a'/b') l a ç ã o e n t r e e i x o s q u e m e l h o r c o r r e s p o n d e ãs p a r t í c u l a s r e a i s . U m a p r i m e i r a s o l u ç ã o a p r o x i m a d a , d e s t e m o d o , p r o p o r c i o n a ; 6cD* ) .a„ + ( ) .b_ ■"2N ^ . .a iib I, n _ = 1T ( ? T - ) .a„ + ( ) .b: a í b _ - a „ b „ (3) n _ = q u o t a r e l a t i v a d e e s f e r ó i d e s a c h a t a d a s z / x = r e l a ç ã o e n t r e e i x o s d a s e s f e r ó i d e s a l o n g a d a s ( í n d i c e „) e a c h a t a d a s ( í n d i c e _) z = a„ = b _ = e i x o s d e r o t a ç ã o d a s e s f e r ó i d e s X = a _ = b„ = e i x o s s e c u n d á r i o s d a s e s f e r ó i d e s ( b ' / a ' ) , ( a ' / b ' ) = v a l o r e s m é d i o s d a s r e l a ç õ e s e n t r e e i x o s d a s e-l i p s e s d e c o r t e , m e d i d a s e s t a t i s t i c a m e n t e no m t e r i a l , a t r a v é s d e p l a n o s d e c o r t e a*, b' = e i x o s , g r a n d e e p e q u e n o , r e s p e c t i v a m e n t e , d a s e l i p s e s d e c o r t e .
C p = p e r c e n t a g e m voliunë t r i c a d a f a s e d i s p e r s a = n ú m e r o m é d i o d e s u p e r f í c i e d e c o r t e ( p e r t e n c e n t e s à f a s e d i s p e r s a ) p o r p l a n o d e c o r t e A P a r a t a l , v á r i a s h i p ó t e s e s s ã o f o r m u l a d a s { ) . A s s i m , p o r e x e m p l o , s ã o c o n s i d e r a d o s i g u a i s e n t r e si, os v a l o r e s m é d i o s d o s e i x o s g r a n d e s d a s e l i p s e s d e c o r t e d a s e s f e r õ i - d e s s u b s t i t u t a s , q u e r s e j a m e s t a s a c h a t a d a s , q u e r s e j a m a l o n g a das. A d i c i o n a l m e n t e , a d i s t â n c i a e n t r e o s p l a n o s d e c o r t e , a o l o n g o d o m a t e r i a l , é m a n t i d o a b a i x o d e c e r t o s v a l o r e s l i m í t r o fes:
( f r ) .a„ + ( | r ) .b^
(4) O s v a l o r e s a b s o l u t o s d o s e i x o s g r a n d e s s u r g e m - d e s c o n s i d e r a d o s o s d e s v i o s a d m i s s í v e i s i n e r e n t e s a t o d a e q u a l q u e r a p r o x i m a ç ã o - d a e q u a ç ã o 5, p a r a o ~ c a s o d e e s f e r ó i d e s a l o n g a d a s e d a e q u a ç ã o 6, p a r a o c a s o d e e s f e r ó i d e s a c h a t a d a s ( ® ' ^ ^ ). 4 a ' . ( I )„I
a' T ~íT.( gr )
(5) 4 P a _ = (6 ) TT A p a r t i r d a s e q u a ç õ e s 5 e 6, u m a v e z c o n h e c i d a s a s r e l a ç õ e s e n t r e e i x o s d a s e s f e r ó i d e s [ (^) „= (^) „ , (“) = = (^) J , t o r n a - s e p o s s í v e l a d e t e r m i n a ç ã o d o s v a l o r e s a b s o l u t o s d o s e i x o s p e q u e n o s (b„, b^) .• P o r o u t r o l a do, a p e r c e n t a g e m v o l u m é t r i c a d a f a s e d i s p e r s a , c^, e o n ú m e r o d e s u p e r f í c i e s d e c o r t e , p o r p l a n o d e i n t e r s e c ç ã o ' s ã o d i r e t a m e n t e m e n s u r á v e i s n o m a t e r i a l . A ssim, e m s u m a , as m e d i ç õ e s n a m i c r o e s t r u t u r a f o r n e c e m t o d o s o s d a d o s n e c e s s á r i o s à d e t e r m i n a ç ã o , a t r a v é s d a e q u a ç ã o 1, d a r e l a ç ã o, m é d i a , e n t r e e i x o s . T a l r e l a ç ã o p o s s i b i l i t a , c o m b a s e e m f u n ç õ e s e s p e c í f i c a s d e p r o p r i e d a d e s , a o b t e n ç ã o d o f a t o r d e f o r m a , h a v e n d o , a s s i m , u m v í n c u l o r e c í p r o c o e n t r e a p r o p r i e d a d e e m q u e s t ã o e o f a t o r d e f o r m a . P o r c o n s e g u i n t e , o f a t o r d e f o r m a d e u m m e s m o m a t e r i a l p o d e , p o r e x e m p l o , a s s u m i r u m v a l o r p a r a p r o p r i e d a d e s d e c a m p o e um. o u t r o p a r a p r o p r i e d a d e s e l á s t i c a s . O f a t o r d e f o r m a , p o r si só, n ã o f o r n e c e i n f o r m a ç ã o s u f i c i e n t e s o b r e a e f e t i v a g e o m e t r i a d a p a r t í c u l a , o q u e o - c o r r e , e m c o n t r á r i o , c o m o s d e n o m i n a d o s " f a t o r e s d e f o r m a d i r e t o s " n a e s t e r e o l o g i a o u n a m e t a l u r g i a d o pó. E m c o n s e q u ê n c i a d i s t o , r e c e b e a d e n o m i n a ç ã o d e " f a t o r d e f o r m a i n d i r e t o " . O f a t o r d e o r i e n t a ç ã o (cos^a) é o b t i d o d a s e q u a ç õ e s: c o s a„ = c o s a _ = [ < l ) ^ ( b' a' > A - 1 ■ )^ - 1 ■ [ < 1 > P b' 1 ■ I( ^ ^ X )^ - 1 (7) (8 ) ( a V b ' ) ^ , ( b' /a'), = v a l o r e s m é d i o s d a s r e l a ç õ e s e n t r e e i x o s d a s e l i p s e s d e c o r t e , m e d i d a s e m c o r t e s p e r p e n d i c u l a r e s à " d i r e ç ã o d a p r o p r i e d a d e " o n d e (z/x) r e f e r e - s e a e s f e r õ i d e s a l o n g a d a s , n a e q u a ç ã o 7 e a e s f e r õ i d e s a c h a t a d a s n a e q u a ç ã o 8. T o d a s as e q u a ç õ e s d e s c r i t a s , c o n v é m u m a v e z m a i s f r i s a r , c o n s t i t u e m - s e s o l u ç õ e s a p r o x i m a d a s . S e u s l i m i t e s de p r e c i s ã o , b e m cotio as v e r i f i c a ç õ e s t é c n i c a s d e s e u s t e r m o s i n d i v i
-duais c on s t a m em alguns trabalhos realizados
(
8 f 1 0 f 2 7 / 3 0).2.4. R E L A Ç Ã O E N T P £ P R O P R I E D A D E S E A M I C R O E S T R U T U R A D E M A T E R I A I S B I F A S I C O S '
Ind epe n dentemente das propriedad es analisadas do
material bifásico, faz-se v áli d a a seguinte assertiva: o va lor
da propriedade, p ar a q ua lq ue r c oncentração de fases, situa-se
em u m intervalo de variação, formado por duas curvas limites,
entre as propri ed ad es de suas fases. As curvas c o r r e spond em - es
tereologicamente - às duas m ic roe s tru t ura s fundamentais; aos ar
ranjos das fases e m pa r alelo e e m série. No pr ime i r o caso, as fa
ses a pr e s e n t a m — se ordenadas, uma ao lado da outra, na direção
da propriedade" e, no segundo caso, uma atrás da outra.
'////////////////A
D IREÇ ÃO DA PRO PR IED A D E
O ) ARRAN JO DAS F A S E S ( A e B ) EM P A R A LELO
DIRECAO d a PROPRIEDADE .
B B B B
b ) a r r a n j o d a s f a s e s ( A e B ) EM S É R IE
F I G . 3
- Ar ra nj o de fases
e msérie
e e mpara
leio.
P a r a a c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i c a , as e q u a ç õ e s d a s c u r v a s l i m i t e s s ã o f o r m u l a d a s , a t r a v é s d a s l e i s d e K i r c h h o f f , p a r a l i g a ç õ e s e m p a r a l e l o e e m s é r i e . P a r a o m ó d u l o d e Y o u n g , as c u r v a s l i m i t e s d e V o i g t - R e u s s c o r r e s p o n d e m à m e s m a e l o n g a ç ã ç d e a m b a s as f a s e s , n o c a s o d o a r r a n j o e m p a r a l e l o , e à m e s m a t e n são, n o c a s o d o a r r a n j o e m s é r i e . A e s t a s m e s m a s c u r v a s , r e l a c i o n a - s e , t a m b é m , o c o e f i c i e n t e d e e x p a n s ã o t é r m i c a l i n e a r , j á q u e t e n s õ e s e l á s t i c a s e s t ã o e n v o l v i d a s A l o c a ç ã o d o v a l o r d a p r o p r i e d a d e , e n t r e as c u r v a s l i m i t e s , é e s t a b e l e c i d a p e l o s f a t o r e s e s t e r e o l ó g i c o s d a e s t r u t u r a d o m.aterial e m a n á l i s e , c o n f o r m e a p r e s e n t a - s e e s q u e m a t i z a d o n a f i g u r a 4. A s s i m , a t r a v é s d e m o d i f i c a ç õ e s d e f o r m a (por e x e m p l o ; d i s c o ^ " l e n t e " e s f e r a " ov o " b a s t ã o c i l í n d r i c o ) , d e c o n c e n t r a ç ã o (por e x e m p l o ; t a m a n h o e / o u n ú m e r o ) e d e o r i e n t a ç ã o (por e x e m p l o ; e s t a t í s t i c a o r i e n t a d a ) d a s p a r t í c u l a s d a f a se d i s p e r s a , o c o r r e a v a r i a ç ã o d o v a l o r d a p r o p r i e d a d e , entre as c u r v a s l i m i t e s . É e v i d e n t e q u e o i n t e r v a l o d e v a r i a ç ã o é t a n t o m a i o r q u a n t o m a i o r f o r a d i f e r e n ç a e n t r e o s v a l o r e s d a s p r o p r i e d a d e s d a s f a s e s , o q u e é r e p r e s e n t a d o , t a m b é m , e s q u e m a t i c a m e n t e n a f i g u r a 4 ( c u r v a s l i m i t e s p a r a loma g r a n d e d i f e r e n ç a e n t r e os v a l o r e s d a s p r o p r i e d a d e s d a s f a s e s - c a s o A - e, p a r a u m a p e q u e n a d i f e r e n ç a - c a s o B ) . F I G . 4 - C u r v a s l i m i t e s p a r a a s p r o p r i e d a d e s d e m a t e r i a i s b i f á s i c o s c o m o f u n ç ã o d a c o n c e n t r a ç ã o e m o d i f i c a ç õ e s d a m i c r o e s t r u t u r a (^). Fosa a 25 50 75 Fose p
E x c l u í d o s o s c a s o s d e t r a n s i ç ã o , o s m a t e r i a i s s ã o c l a s s i f i c a d o s em; m a t e r i a i s m e t á l i c o s , m a t e r i a i s c e r â m i c o s e m a t e r i a i s p o l í m e r o s . A s s i m , o i n t e r v a l o d e v a r i a ç ã o e n t r e as c u r v a s l i m i t e s d a s p r o p r i e d a d e s d e u m m a t e r i a l b i f á s i c o t o r n a se m a i s a m p l o , q u a n d o s u a s f a s e s p e r t e n c e m a d i f e r e n t e s g r u p o s de m a t e r i a i s (por e x e m p l o , c e r m e t s ) o u q u a n d o p o r o s c o n s t i t u e m a f a s e d i s p e r s a . E m a i s r e d u z i d o , q u a n d o as f a s e s p e r t e n c e m a u m m e s m o g r u p o d e m a t e r i a i s (por e x e m p l o , l i g a s m e t á l i c a s b i f á s i cas) .
3. R E L A Ç Ã O E N T R E A M I C R O E S T R U T U R A E A C O N D U T I B I L I D A D E T É R M I C A 3.1. FUNDAI-IENTAÇÃO T E O R I C A A s p r o p r i e d a d e s d e c a m p o c a r a c t e r i z a m o s c o m p o r t a m e n t o s d e m a t e r i a i s s u b m e t i d o s a c a m p o s t é r m i c o s , c a m p o s m a g n é t i c o s , c a m p o s e l é t r i c o s o u e l e t r o m a g n é t i c o s . T a l c a r a c t e r i z a ç ã o é r e a l i z a d a , q u a n t i t a t i v a m e n t e , a t r a v é s d a s c h a m a d a s e q u a ç õ e s d e c a m p o , p a r a d i f e r e n t e s p r o p r i e d a d e s d e c a m p o . A s s i m , a d e d u ç ã o t e ó r i c a p a r a u m a d e t e r m i n a d a p r o p r i e d a d e d e c a m p o tem
va
l i d a d e p a r a o u t r a s p r o p r i e d a d e s d o m e s m o g r u p o ( M . E n t r e a r e s i s t i v i d a d e e a c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i ca, e x i s t e u m a p r o p o r c i o n a l i d a d e i n v e r s a (p = X M . 0 m e s m o o- c o r r e , p o r a n a l o g i a , p a r a o u t r a s p r o p r i e d a d e s d e c a m p o . A s c u r v a s q u e d e l i m i t a m o c a m p o d e v a r i a ç ã o d a c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i c a d e m a t e r i a i s b i f á s i c o s , v a r i a ç ã o e s t a o c a s i o n a d a p o r m o d i f i c a ç õ e s n a m i c r o e s t r u t u r a , s ã o o b t i d a s a t r a v é s d a a p l i c a ç ã o d a s e q u a ç õ e s d e K i r c h h o f f , p a r a l i g a ç õ e s d e re s i s t ê n c i a s e m p a r a l e l o e e m s é r i e ( f i g u r a 6, e q u a ç õ e s 15 e 17). E, c o m o a d i f e r e n ç a e n t r e as c o n d u t i b i l i d a d e s t é r m i c a s d a s f a se s d e m a t e r i a i s b i f á s i c o s p o d e s u p e r a r a d e z o r d e n s d e g r a n d e za, o c a m p o d e v a r i a ç ã o d a c o n d u t i b i l i d a d e p o d e s e r b e m a m p l o . E m c o n s e q u ê n c i a , a s i m p l e s i n d i c a ç ã o d a s c u r v a s l i m i t e s e x t e r n a s n ã o s e c o n s t i t u i , n e s t e c a s o , u m a i n f o r m a ç ã o s u f i c i e n t e . P o r o u t r o lad o , l i g a s m e t á l i c a s b i f á s i c a s a p r e s e n t a m c a m p o s d e v a r i a ç ã o d a c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i c a r e l a t i v a m e n t e r e s t r i t o s , c o m o r e s u l t a d o d a s p e q u e n a s d i f e r e n ç a s d e v a l o r e s e n t r e as c o n d u t i b i l i d a d e s térm.icas d a s f a s e s . C o m o a e q u a ç ã o m i c r o e s t r u t u r a - p r o p r i e d a d e , p a r a u m a d e t e r m i n a d a p r o p r i e d a d e d e c a m p o p o d e s e r t r a n s p o s t a a o u t r a s p r o p r i e d a d e s d o m.esmo g r u p o , c o n f o r m e j á c i t a d o a n t e r i o r m e n t e ( c a p í t u l o 1), as e q u a ç õ e s d e s e n v o l v i d a s p a r a a c o n d u t i b i-l i d a d e e -l é t r i c a são, p o r e x e m p -l o , d i r e t a m e n t e a p -l i c á v e i s p a r a a c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i c a , v a l e n d o p a r a a m b o s o s c a s o s a p r o p o r c i o n a l i d a d e i n v e r s a p = X ^ (p = r e s i s t i v i d a d e , X = c o n d u t i b i l i d a d e ) . E m v i s t a d i s s o , é m a n t i d o , n e s t a d i s s e r t a ç ã o , o e s t u d o d a s d e d u ç õ e s t e ó r i c a s d a s e q u a ç õ e s m i c r o e s t r u t u r a - r e s i s t i v i d a d e e l é t r i c a , c o n f o r m e o r i e n t a ç ã o d a l i t e r a t u r a e s p e c i a l i z a d a ( M . A s e q u a ç õ e s c o r r e s p o n d e n t e s p a r a a c o n d u t i b i l i d a d e t é r m i c a são, c o n t u d o , a p r e s e n t a d a s c o m p l e m e n t a r m e n t e . P a r a a d e t e r m i n a ç ã o d a d e p e n d ê n c i a d a r e s i s t ê n c i a e l é t r i c a , d e u m m a t e r i a l b i f á s i c o , e m r e l a ç ã o a s u a m i c r o e s t r u t u r a , é p r e s s u p o s t a a e x i s t ê n c i a d e u m c a m p o e l e t r o s t á t i c o h o m o g ê n e o n o m a t e r i a l m o n o f á s i c o (^ ' M . A d i s p e r s ã o , n e s t e m a t e r i a l , d e p a r t í c u l a s d e u m a s e g u n d a f a s e - n o c a s o d a e s t r u t u r a d i s p e r s a - p r o m o v e o s u r g i m e n t o d e u m c a m p o p e r t u r b a d o , q u e se s o b r e p õ e a o c a m p o o r i g i n a l . D a u t i l i z a ç ã o d a s e q u a ç õ e s d e campo, p a r a c a d a u m d e s t e s c a m p o s , e d a s u p e r p o s i ç ã o d o s m e s m o s , t o r n a se p o s s í v e l a o b t e n ç ã o d o c a m p o r e s u l t a n t e , a d m i t i d a s as s e g u i n t e s c o n d i ç õ e s d e c o n t o r n o : - o s o m a t ó r i o d a s c a r g a s s u p e r f i c i a i s induzidas, e m c a d a p a r t í c u l a d a f a s e d i s p e r s a , é i g u a l a zero; - o p o t e n c i a l e l é t r i c o n a s u p e r f í c i e d e c o n t o r n o m o d i f i c a - s e , c o n t i n u a m . e n t e , o u s e j a , n ã o h á q u a l q u e r d e s c o n t i n u i d a d e d o p o t e n c i a l e l é t r i c o n a t r a n s i ç ã o d a f á s e d i s p e r s a p a r a a m a t r i z . N o p r i n c í p i o d a a d i ç ã o d e e n e r g i a s f u n d a m e n t a - s e a s u p e r p o s i ç ã o . A s s i m , a e n e r g i a d o c a m p o e l é t r i c o r e s u l t a n t e é o b t i d a a t r a v é s d a a d i ç ã o d a s e n e r g i a s d o s c a m p o s e l é t r i c o s s u p e r p o s t o s . A m o d i f i c a ç ã o d o c a m p o - d e v i d o ãs p a r t x c u l a s d a f a s e d i s p e r s a - é i n f l u e n c i a d a p e l a c o n c e n t r a ç ã o , f o r m a e o r i e n t a ç ã o d a s p a r t í c u l a s - 0 c á l c u l o d e t a l m o d i f i c a ç ã o f o i e f e t u a do, p a r a a f o r m a e s f é r i c a e b a i x a c o n c e n t r a ç ã o d a s p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p e r s a ( ^ ) , q u e se c o n s t i t u i o c a s o m a i s s i m p l e s p o r d u a s r a z õ e s : - a i n f l u ê n c i a d a o r i e n t a ç ã o é, l o g i c a m e n t e , descon s i d e r á v e l ( e s f e r a s n ã o t ê m o r i e n t a ç ã o ) ;
- a s u p e r p o s i ç ã o s u p l e m e n t a r r e c í p r o c a e n t r e jps c ^ p o s p e r t u r b a d o s i n f l u e n c i a d o s é d e s p r e z í v e l , p a r a b a i x a s c o n c e n t r a ç õ e s d a f a s e d i s p e r s a ( p o r q u e o a l c a n c e d o s c a m p o s p e r t u r b a d o s , n e s t e c a s o , é m e n o r d o q u e a d i s t â n c i a e n t r e a s partículas) (^®). P a r a b a i x a s c o n c e n t r a ç õ e s ( a p r o x i m a d a m e n t e 10% e m v o l u m e ) d a f a s e d i s p e r s a n a f o r m a d e p a r t í c u l a s e s f é r i c a s , a r e s i s t i v i d a d e d e m a t e r i a i s b i f á s i c o s p o d e s e r c a l c u l a d a através da e q u a ç ã o d e M a x w e l l (^'^); 2 + Cj3 + ^ ( 1 - Cp) P c _ ^ — 2 - 2 C p + — ( 1 + 2 Cp) Pd c = p e r c e n t a g e m v o l u m é t r i c a p = r e s i s t i v i d a d e (9) í n d i c e s ; C - p a r a o m a t e r i a l b i f á s i c o M - p a r a a m a t r i z , e D - p a r a a f a s e d i s p e r s a . A a m p l i a ç ã o d o i n t e r v a l o d e v a l i d a d e d e s t a e q u a ç ã o r e q u e r a c o n s i d e r a ç ã o d e c o n t í n u o q u a s e h o m o g ê n e o ("*) p a r a o m a t e r i a l e m a n á l i s e . A s s i m , a m a t r i z é c o n s i d e r a d a u m m a t e r i a l b i f á s i c o c o m b a i x a c o n c e n t r a ç ã o d e p a r t í c u l a s e s f é r i c a s e o c a m p o e l é t r i c o e f e t i v o p o d e s e r c a l c u l a d o , a t r a v é s d a e q u a ç ã o 9. C o m o a c r é s c i m o d e u m a p e q u e n a q u a n t i d a d e d a f a s e d i s p e r s a , s u r g e u m c a m p o r e s u l t a n t e , c u j o c á l c u l o é o b t i d o , t a m b é m , d a e - q u a ç ã o 9. A d i f e r e n c i a ç ã o d a e q u a ç ã o 9 p o s s i b i l i t a a d e t e r m i n a ç ã o q u a n t i t a t i v a d a m o d i f i c a ç ã o d o c a m p o , q u a n d o d e u m a p e q u e n a a l t e r a ç ã o n a c o n c e n t r a ç ã o d a f a s e d i s p e r s a . E, a i n t e g r a ç ã o d a f o r m a d i f e r e n c i a d a d a e q u a ç ã o 9, e n t r e s e u s l i m i t e s - r e s i s t ê n c i a d a f a s e d i s p e r s a e r e s i s t ê n c i a d a m a t r i z - , d á o r i g e m a c h a m a d a e q u a ç ã o de B r u g g e m a n n ( ^ ' ■* ' ® ) , c o m a q u a l se t o r
-n a p o s s í v e l o c á l c u l o d a r e s i s t i v i d a d e d e
vm
m a t e r i a l b i f á s i c o , c o m p a r t í c u l a s d i s p e r s a s e s f é r i c a s , s e m l i m i t a ç õ e s q u a n t o à c o n c e n t r a ç ã o : Pc - Pd D (10
) S o b a h i p ó t e s e d a f o r m a e s f e r o i d a l p a r a as p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p e r s a e c o m a c o n s i d e r a ç ã o q u a n t o à s u a o - r i e n t a ç ã o , a c i t a d a d e d u ç ã o f o i r e p e t i d a p a r a o c a m p o e l é t r i co e s t a c i o n á r i o (^) . A e q u a ç ã o a p r e s e n t a - s e , ini c ia l m . e n t e e m f o r m a d e i n t e g r a l , n a q u a l se p o d e i n t r o d u z i r u m a d e t e r m i n a d a p r o p r i e d a d e d e cam.po e m a n á l i s e .X
D d c 1 - 0 dp 1 - COS aD COS a + D - + (—p 'pp p D p - ~ ) F „ - + ( ; ^ - ^ ) (1 - 2F^) Pjj p D (11) E s t a e q u a ç ã o , q u a n d o c a l c u l a d a e x p l i c i t a m e n t e (® ), c o n s t i t u i - s e a d e n o m i n a d a equação g e n é r i c a m i c r o e s t r u t u r a - r e s i s - t i v i d a d e : l-c, Pn+ <(1 - Fp)cos’ap+ 2Fjj(1 - cos‘Op)
(1 “ Fjj)C0S*0jj + 2Fjj(l - cos'ojj) . « (Fq, COS^Oj,) (1 2 ) f ( Fp, c o s ^ a ^ ) = F d ( 1 - 2Fj3) D' 1 - ( 1 - F^) cos^aj^ - 2 Fp^ ( 1 - cos^aj^) D D (13)
, . Fd'I - 2Fj,(1- Fo) ^ ♦ (F § c o s a~) • ■—■ ' '■ ...■—'■ .1.11 ■.1 I '■' ^ ... • ■1 \ J- ^ / “ ° 1 - ( l - F j , ) c o s * < X j , - 2 F p ( l - c ô 3 ’ ap) ( l - F j j ) c o s * a j , + 2 F p ( l - c o s ’ ajj) c o s ^ a = f a t o r d e o r i e n t a ç ã o p = r e s i s t i v i d a d e c = p e r c e n t a g e m v o l x o m é t r i c a i n d i c e s : D - p a r a a f a s e d i s p e r s a M - p a r a a m a t r i z , e C - p a r a o m a t e r i a l b i f ã s i c o N e s t a s e q u a ç õ e s , as i n f l u ê n c i a s d a m i c r o e s t r u t u r a e s t ã o q u a n t i f i c a d a s a t r a v é s d o s f a t o r e s e s t e r e o l ó g i c o s de con c e n t r a ç ã o , f o r m a e o r i e n t a ç ã o ' d a s p a r t í c u l a s d a f a s e d i s p e r s a . 0 d e n o m i n a d o f a t o r d e e n t e l e t r i z a ç ã o c o n s t i t u i - s e o f a t o r d e f o r m a - i n d i r e t o - p a r a p r o p r i e d a d e s d e campo (^^ ) . T a l f a t o r e s t â i n t i m a m e n t e r e l a c i o n a d o c o m o v a l o r m é d i o d a s re l a ç õ e s e n t r e os e i x o s d e s i m e t r i a e s e c u n d á r i o d a s e s f e r ó i d e s - r e p r e s e n t a t i v a s d a s p a r t í c u l a s i r r e g u l a r e s d a f a s e d i s p e r s a - e p o d e s e r c a l c u l a d o (^f'i'gilra 5) (^^) . O u s e j a , a u t i l i z a ç a o d a c u r v a d a f i g u r a 5 p o s s i b i l i t a a d e t e r m i n a ç ã o d o f a t o r d e f o r m a i n d i r e t o , Fp, a p a r t i r d a r e l a ç ã o e n t r e e i x o s z/x. P a r a a l g u n s c a s o s , e s p e c i a i s e i m p o r t a n t e s , d e o r i e n t a ç ã o e f o r m a , a e q u a ç ã o 12 s i m p l i f i c a - s e c o n s i d e r a v e l m e n t e . C o m o c a s o s e s p e c i a i s d e o r i e n t a ç ã o , m e r e c e m m e n ç ã o o s s e g u i n t e s : - o r i e n t a ç ã o e s t a t í s t i c a " “ (as e s f e r ó i d e s d i s p e r s a s n ã o e s t ã o o r i e n t a d a s ) ; - c o m p l e t a o r i e n t a ç ã o n a d i r e ç ã o d o c a m p o ( todas as e s f e r ó i d e s d i s p e r s a s e s t ã o o r i e n t a d a s , c o m o s s e u s e i x o s d e s i m e t r i a , p a r a l e l a m e n t e ã d i r e ç ã o d o c a m p o , c o s ^ a = 1 ); - c o m p l e t a o r i e n t a ç ã o n u m a d i r e ç ã o p e r p e n d i c u l a r ã
d i r e ç ã o d o c a m p o (os e i x o s d e s i m e t r i a , z, d e t o d a s as e s f e r ó i d e s d i s p e r s a s , e s t ã o o r i e n t a d o s p e r p e n d i c u l a r m e n t e à d i r e ç ã o d o c a m p o ; c o s ^ a = 0 ) . z / x F 0,001 0,0007843b OfiOA 0,003125, 0,008 0,0062199 Op2 0,015317 0,06 0,043762 0,1 0,0695S'8 Ofi 0,2059a 0,8 0,30278 2 0,41322 0,47839 6 10 0,4898s 40 0,49894 80 0,4996e 200 0,49994 600 0,4999g 1000 0,4999ç 10’ 10 10 10 relQçõo en tre eixos (2/x)
F I G . 5 - F a t o r d e f o r m a , i n d i r e t o , p a r a p r o p r i e d a d e s d e c a m p o , c o m o f u n ç ã o d a r e l a ç ã o e n t r e e i x o s d a s e s f e r ó i d e s . C o m o c a s o s e s p e c i a i s d e f o r m a p o d e m s e r c i t a d o s : - o d i s c o c i l í n d r i c o a c h a t a d o , q u e o c o r r e q u a n d o a r e l a ç ã o e n t r e o s e i x o s d e s i m e t r i a (z) e s e c u n d á r i o ( x ) , d a s e s f e r ó i d e s d i s p e r s a s , s e t o r n a m u i t o p e q u e n a (F = 0 p a r a (z/x) = 0); - a e s f e r a , p a r a a q u a l a r e l a ç ã o e n t r e os eixos de s i m e t r i a (z) e s e c u n d á r i o (x) d a s e s f e r ó i d e s d i s p e r s a s é i g u a l a u m (F= 1 /3 p a r a (z/x) =?= 1) ;
