Quais as características intrínsecas do Al e Al e suas ligas que as diferenciam do Cu e Cu e suas ligas, do ponto de vista de aplicação?

Passo 1

O enunciado nos pede para comparar do ponto de vista de aplicação as propriedades intrínsecas do alumínio (Al) e suas ligas com as do cobre (Cu) e suas ligas. Vamos analisar sistematicamente as diferenças em densidade, condutividade elétrica e térmica, resistência mecânica, resistência à corrosão, ponto de fusão, trabalhabilidade e custo/reciclabilidade.

Passo 2

Densidade e peso específico
O alumínio puro tem densidade aproximadamente \rho_{\rm Al}=2,7\,\mathrm{g/cm^3}, enquanto o cobre tem \rho_{\rm Cu}=8,96\,\mathrm{g/cm^3}. Isso torna o alumínio cerca de um terço do peso do cobre, o que é crucial em aplicações aeroespaciais, estruturas leves e linhas de transmissão onde se valoriza a redução de massa.

Passo 3

Condutividade elétrica
O cobre possui condutividade elétrica em torno de \sigma_{\rm Cu}\approx58\times10^6\,\mathrm{S/m}, contra \sigma_{\rm Al}\approx37\times10^6\,\mathrm{S/m} do alumínio. Em valor absoluto o cobre é melhor condutor, mas o alumínio apresenta maior condutividade por massa ( \sigma/\rho) e por custo, tornando-se vantajoso em cabos de alta tensão onde o peso é crítico.

Passo 4

Condutividade térmica
Em termos de condução de calor, o cobre também lidera com \kappa_{\rm Cu}\approx400\,\mathrm{W/(m\cdot K)} contra \kappa_{\rm Al}\approx237\,\mathrm{W/(m\cdot K)}. Ainda assim, o alumínio é bastante usado em radiadores e trocadores de calor por ter boa condutividade, baixo peso e excelente relações custo-benefício.

Passo 5

Resistência mecânica e relação resistência-peso
As ligas de alumínio (como as séries 2xxx a 7xxx) podem atingir resistências à tração de 300 a mais de 600\,\mathrm{MPa}, com relação resistência/peso elevada. As ligas de cobre têm resistências moderadas ( 200 a 400\,\mathrm{MPa}) mas são bem mais densas, resultando em menor desempenho estrutural por peso.

Passo 6

Resistência à corrosão
O alumínio forma espontaneamente uma fina camada de óxido ( \mathrm{Al_2O_3}) que o protege da corrosão em atmosferas comuns. O cobre forma pátinas (verdete) menos protetoras e pode sofrer corrosão sob certas condições (ambientes ácidos ou poluídos), exigindo revestimentos ou ligas especiais.

Passo 7

Ponto de fusão e trabalhabilidade
O ponto de fusão do alumínio é \approx660\,^\circ\mathrm{C}, bem inferior ao do cobre ( \approx1085\,^\circ\mathrm{C}), facilitando processos de forjamento e soldagem por menor demanda energética. O alumínio é mais maleável e fácil de extrudar, enquanto o cobre, apesar de dúctil, exige maior energia de conformação.

Passo 8

Custo, disponibilidade e reciclabilidade
O alumínio, extraído principalmente da bauxita, costuma ser mais barato por quilo que o cobre e muito reciclável com economia de energia de até 95 % em relação à produção primária. O cobre tem valor de mercado mais alto e também é reciclável, mas a extração e refino são mais onerosos.

Resposta

  • Densidade: alumínio ( 2,7\,\mathrm{g/cm^3}) \ll cobre ( 8,96\,\mathrm{g/cm^3}), favorecendo aplicações leves.
  • Condutividade elétrica: cobre superior em S/m, mas alumínio melhor condutividade por massa e custo.
  • Condutividade térmica: cobre melhor, mas alumínio suficiente e mais leve para trocadores de calor.
  • Resistência mecânica: ligas de alumínio têm alta relação resistência/peso; ligas de cobre são fortes porém pesadas.
  • Corrosão: alumínio forma óxido protetor; cobre sofre pátinas menos protetoras e pode corroer em ambientes agressivos.
  • Ponto de fusão e trabalhabilidade: alumínio funde a 660\,^\circ\mathrm{C}, mais fácil de conformar e soldar; cobre exige mais energia.
  • Custo e reciclabilidade: alumínio geralmente mais barato e de reciclagem mais eficiente; cobre mais caro porém também reciclável.

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