Le cadre de cette thèse est la simulation numérique de l'interaction de la lumière avec des surfaces métalliques rugueuses pouvant être à l'origine de fortes localisation du champ électromagnétique du à des résonances plasmoniques. Les profils accidentés de ces surfaces ont des tailles caractéristiques de quelques nanomètres de largeur et de quelques dizaines de nanomètres de hauteur. La principale difficulté dans la simulation de tels phénomènes réside dans la diff'erence d'échelle entre la longueur d'onde de l'onde incidente et la taille des rugosités ainsi que les variations brutales du champ magnétique à la surface. Une méthode de simulation adaptée est la résolution numérique d'équations intégrales de surface ayant un profil périodique. Cette méthode a été implémentée en C++ et la part principale de ce travail a été le calcul de la fonction de Green pseudo-périodique. L'intensité du faisceau réfracté ainsi que les cartes de champ proche peuvent être calculées rigoureusement à partir de la solution obtenue. A l'aide de cette méthode, on a montré que des résonances plasmoniques situées dans les cavités d'un réseaux ayant des rainures de forme Gaussienne de taille nanométrique ont un comportement électrostatique similaire à celles des cavités rectangulaires, notamment une réflectivité spéculaire très faible en condition de résonance. Les performances actuelles des ordinateurs limitent cependant les études à des réseaux de petite période. Afin de dépasser ces limitations, on a fait appel à des bases de fonctions permettant de décomposer une fonction en ses parties de résolutions différentes: les ondelettes. Ce travail se conclue par une discussion sur le potentiel de deux utilisations différentes des ondelettes pour la résolution d'équation intégrales. / The framework of this thesis is the numerical simulation of the interaction of light with rough metallic surfaces which can be the origin of giant enhancements of the electromagnetic field due to plasmonic resonances. The abrupt profile of these surfaces have characteristic sizes of a few nanometers of width and a few tens of nanometers of height. The main difficulty in the simulation of such phenomena is in the scale difference of the wavelength of the incident wave and the size of the roughness as well as the abrupt variations of the magnetic field at the surface. A suited method of simulation is the numerical resolution of surface integral equations for periodic profile of the surface. This method was implemented in C++ and the main part of this work was the calculation of the pseudo-periodic Green function. The intensity of the refracted beam and that of the electromagnetic field maps are rigorously calculated from the obtained solution. We showed by applying this method that plasmonic resonances situated in the cavity of gratings with Gaussian shaped grooves of nanometric sizes have an electrostatic behaviour similar to that of the rectangular grooves, in particular, a very low specular reflectivity at the resonance. The current performances of computers limit the studies to gratings with a small period. In order to overcome these limitations, we considered a function basis enabling to decompose a functions into its components of different resolutions: the wavelets. This work ends with a discussion on the potential of two different applications of the wavelets to the resolution of integral equations.

Acompanha: Plano de estudo personalizado: o efeito fotoelétrico / Este trabalho investigou conceitos de Física Moderna e Contemporânea focados no efeito fotoelétrico através da elaboração e aplicação do plano de estudo personalizado (PEP), sendo este composto por atividades práticas e experimentais direcionadas aos alunos disléxicos. Organizado em quatro etapas abordou diferentes categorias, entre elas: os professores, a escola, a família e o participante da pesquisa diante da questão investigativa norteadora “Quais são os indícios de aprendizagem e inclusão de um aluno com dislexia associado às etapas do PEP e aos conceitos do efeito fotoelétrico?”. Aplicado em um colégio da rede pública estadual, localizado na cidade de Apucarana no norte do Paraná, ofertando Ensino Fundamental, Médio e Profissional contou com a participação de professores, da mãe do aluno disléxico e o próprio aluno com Transtorno Específico de Aprendizagem. O trabalho de natureza descritivo exploratória, com abordagem predominantemente qualitativa, foi desenvolvido por meio da pesquisa de campo. A coleta dos dados foi realizada por meio de entrevista semiestruturada, na qual as respostas serviram para a investigação da aprendizagem de conceitos físicos. A análise dos resultados revelou que o PEP, com atividades experimentais e a discussão dos termos físicos facilitou a compreensão contribuiu na aprendizagem não somente do aluno participante do estudo, mas de toda a turma na qual o estudo ocorreu. / This work investigated concepts of Modern and Contemporary Physics focused on the photoelectric effect through the elaboration and application of the personalized study plan (PEP), which consists of practical and experimental activities directed to dyslexic students. It was organized in four stages: the teachers, the school, the family and the participant of the research in the research question “What are the signs of learning and inclusion of a student with dyslexia associated with the stages of PEP and concepts of the photoelectric effect? "Applied in a college of the state public network, located in the city of Apucarana in the north of Paraná, offering Primary, Secondary and Professional Education was attended by teachers, the mother of the dyslexic student and the student with Specific Learning Disorder. The exploratory descriptive work, with a predominantly qualitative approach, was developed through field research. The data collection was performed through a semi- structured interview, in which the answers served to investigate the learning of physical concepts. The analysis of the results showed that the PEP, with experimental activities and the discussion of the physical terms facilitated the understanding, contributed not only to the student participating in the study, but also to the whole class in which the study took place.

Acompanha: Produto educacional: uma proposta de sequência didática para tópicos de magnetismo e eletromagnetismo / CAPES / O objetivo deste trabalho foi estudar a aplicação de uma sequência didática pautada na atividade experimental por meio de uma abordagem investigativa com uma turma da 4ª Série do Ensino Técnico Integrado em informática de nível Médio, com uma faixa etária entre 15 e 17 anos de uma instituição de ensino da rede pública federal da cidade de Campo Mourão/PR. A implementação da proposta e posteriormente análise dos dados atendeu os pressupostos da pesquisa qualitativa. Com esse trabalho, constatou-se que os alunos traziam suas explicações para o fenômeno físico estudado as quais careciam de respaldo técnico e científico e, a partir do trabalho em grupo durante a implementação da proposta, possibilita a estes uma visão mais científica e menos simplista do conceito estudado. / The objective of this work was to study the application of a didactic sequence based on the experimental activity by an investigative approach with a group of the 4th grade students of an Integrated Technical Course in Computer Science, at age between 15 and 17 years old of a federal institution in Campo Mourão city / PR. The implementation of the proposal and later analysis of the data met the assumptions of the qualitative research. With this work, it was verified that the students brought their explanations for the physical phenomenon studied, which needed technical and scientific support and, the group work, during the implementation of the proposal, allows them a more scientific and less simplistic view of the concept studied.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta é uma pesquisa sobre o uso de metáforas na construção de modelos por parte do físico escocês James Clerk Maxwell. O objetivo da pesquisa foi buscar compreender de que maneira o uso de metáforas e modelos é legítimo na ciência e em que medida contribui para seu sucesso. Além disso, busca compreender em que medida o uso de artifícios como modelos e analogias entre ramos distintos da ciência são impulsionadores de sucesso explicativo e preditivo da teoria do físico estudado. Explora as crenças teológicas e filosóficas do autor, que vê o mundo como unidade, permitindo a analogia entre ramos distintos da física. Seus desenvolvimentos em torno de teorias como calor, cores, óptica, magnetismo e eletricidade permitem evidenciar essa visão em todo o seu trabalho. Maxwell é considerado inaugurador de nova metodologia com o uso de modelos e metáforas. Explora o desenvolvimento da teoria das cores, da descrição matemática da estabilidade dos anéis de Saturno e o desenvolvimento da teoria dos gases como preâmbulo à discussão da teoria do eletromagnetismo. Descreve o desenvolvimento teórico do eletromagnetismo em seus diversos momentos. A construção da teoria do eletromagnetismo evidencia paulatino abandono do mecanicismo, uso intenso de modelos e metáforas temporários e ênfase na quantificação e no uso de experimentos. Discute o relacionamento de Maxwell com as discussões filosóficas, sociais e teológicas de sua época, seu engajamento em atividades práticas nesse sentido e suas influências científicas e filosóficas. Descreve e discute os textos filosóficos do cientista, em que se evidenciam sua ontologia, suas crenças teológicas e sua concepção de analogias. Discute a questão do uso de analogias em ciência e compara diversos autores que abordam o tema. A metodologia utilizada foi a de levantamento bibliográfico com análise crítica da literatura do autor e de seus comentadores, além de comentário crítico sobre os textos primários e secundários. Conclui que o sucesso científico de Maxwell deve-se à sua aposta numa unidade do mundo garantida por Deus, bem como na unidade entre o mundo e a mente humana, posturas que mostraram ser bem-sucedidas quando aplicadas à metodologia científica. Conclui também pela legitimidade e necessidade do uso de metáforas e modelos no empreendimento científico. / This is a research about the use of metaphors in the construction of models by the Scotish Physician James Clerk Maxwell. The aim of the research was to comprehend in which way the use of metaphors and models is legitimate in Science, and in what measure it contributes to its success. Also, tries to comprehend in which measure the use of artifices like models and analogies between different branches of Science forward the explicative and predictive success of the physicians theory that is studied here. It explores the theological and philosophycal beliefs of the author, who sees the world as a unity, allowing for the analogy between distinct branches of Physics. His developments with theories like heat, colour, optics, magnetism, and electricity enable to highlight this vision in the whole of his work. Maxwell is considered the starter of a new methodology with the use of models and metaphors. It explores the development of the theory of colours, the mathematical description of the stability of the rings of Saturn, and the development of the theory of gases as an introduction to the discussion of the theory of electromagnetism. It describes the theoretical development of electromagnetism in its several different moments. The theoretical construction of electromagnetism highlights the gradual abandonment of mecanicism, the intense use of temporary models and metaphors, and the enphasis in the quantification and use of experiments. It discusses the relationship between Maxwell and the philosophical, social and theological discussions of his time, his engagement in practical activities in this sense, and his cientific and philosophical influences. It describes and discusses the philosophical texts of the scientist, in which his ontology, his theological beliefs, and his analogy conceptions are highlighted. It discusses the issue of the use of analogies in Science, comparing several authors who deal with the subject. The methodology used was that of bibliographic survey with critical analysis of the authors literature, and of his commentators, and also a critical commentary on the primary and secondary texts. It concludes that the scientific success of Maxwell is due to his wager on the unity of the world guaranteed by God, as well as the unity between the world and the human mind, positions that showed to be well-succeeded when applied to the scientific methodology. It concludes also for the legitimacy and necessity of the use of metaphors and models in the scientific enterprise.

Acompanha: Produto educacional: uma proposta de sequência didática para tópicos de magnetismo e eletromagnetismo / CAPES / O objetivo deste trabalho foi estudar a aplicação de uma sequência didática pautada na atividade experimental por meio de uma abordagem investigativa com uma turma da 4ª Série do Ensino Técnico Integrado em informática de nível Médio, com uma faixa etária entre 15 e 17 anos de uma instituição de ensino da rede pública federal da cidade de Campo Mourão/PR. A implementação da proposta e posteriormente análise dos dados atendeu os pressupostos da pesquisa qualitativa. Com esse trabalho, constatou-se que os alunos traziam suas explicações para o fenômeno físico estudado as quais careciam de respaldo técnico e científico e, a partir do trabalho em grupo durante a implementação da proposta, possibilita a estes uma visão mais científica e menos simplista do conceito estudado. / The objective of this work was to study the application of a didactic sequence based on the experimental activity by an investigative approach with a group of the 4th grade students of an Integrated Technical Course in Computer Science, at age between 15 and 17 years old of a federal institution in Campo Mourão city / PR. The implementation of the proposal and later analysis of the data met the assumptions of the qualitative research. With this work, it was verified that the students brought their explanations for the physical phenomenon studied, which needed technical and scientific support and, the group work, during the implementation of the proposal, allows them a more scientific and less simplistic view of the concept studied.

This work proposes the development of a technique to growth of single crystals through metallic flux technique at the Sergipe State. Besides, the system YxGd1-xIn3 (0 x 0.5 to pass of 0.10 % ) has been obtained via this technique and its structural and magnetic properties are studied. X-ray diffraction results have been performed in order to verify if the desired crystalline phase was obtained. The experimental results show that it has been grown with success. The magnetic characterization is carried out through magnetic susceptibility data as function of temperature (2 x 300 K) and magnetic field (??7 H 7T). The T-dependence of the magnetization shows a suppression of the magnetic ordering temperature with increasing of the yttrium concentration. The analyses of these experimental data show that the system presents magnetic frustration which is linked to the dilution effect introduced by the yttrium ion in the gadolinium site. The magnetization data as function of magnetic field carried out at 2 K show a usual behavior of a material with antiferromagnetic ordering. / Este trabalho propôs a implementação da técnica de crescimento de monocristais via fluxo metálico, na Universidade Federal de Sergipe (UFS) campus de itabaiana. Além disso, o sistema YxGd1-xIn3 (0 < x < 0.5 a passo de 0.10 % ) foi obtido através dessa técnica e as propriedades estruturais e magnéticas foram estudadas. Medidas de difração de raios X foram realizadas com o intuito de verificar o crescimento da fase cristalina desejada. Os dados mostraram que ela foi obtida com sucesso. A caracterização magnética foi feita através de medidas de susceptibilidades magnética em função da temperatura (2 < x < 300 K) e do campo magnético (-7 < H < 7T). As medidas de magnetização em função da temperatura mostraram uma supressão da temperatura de ordenamento magnético com o aumento da concentração de ítrio. As análises desses dados mostraram que o sistema apresenta frustração magnética que está ligado ao efeito de diluição introduzido pelo íon de ítrio no sitio do gadolínio. As medidas de magnetização em função do campo magnético realizadas a 2 K mostraram um comportamento típico de um material com ordenamento antiferromagnético.

Orientadores: Hugo Enrique Hernández-Figueroa, Marli de Freitas Gomes Hernández / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T00:31:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_IgorJoseFerreirade_M.pdf: 3550643 bytes, checksum: 47f42ac96909895e588fe72ae8cc8449 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo desenvolver os estágios de Pré e Pós-processamento de um pacote de simulação eletromagnética, batizado de SSAR-BR, e também de um ambiente de grades computacionais que permitirá a resolução de problemas eletromagnéticos de grande porte. O estágio de processamento já foi desenvolvido como parte de uma tese de doutorado pertencente ao grupo de pesquisa deste departamento e se baseia no método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (FDTD). O estágio de Pré-Processamento envolve um modelador básico de duas e três dimensões para modelagem geométrica de dispositivos de telecomunicações (fontes radiantes, terminais móveis e antenas) e modelos biológicos (partes do corpo humano e cobaias). O estágio de Pós-Processamento, por outro lado, permite visualizar os resultados das simulações eletromagnéticas executadas, através de gráficos em duas e três dimensões. Estes dois estágios já foram desenvolvidos nas linguagens Java e OpenGL. O ambiente computacional paralelo está baseado no conceito de Grade Computacional (do inglês Grid), isto é, numa infra-estrutura de software e hardware que visa à integração de recursos computacionais geograficamente dispersos, interconectados através de uma rede, com o objetivo de compartilhar tais recursos sob determinadas políticas de acesso, formando um ambiente computacional escalável, de baixo custo e de alto desempenho. A camada de software localizada entre a aplicação do usuário e o sistema operacional responsável por controlar o acesso aos recursos da Grade Computacional, é chamada de middleware. O middleware adotado é o UNICORE 6, que se caracteriza por fornecer acesso aos recursos da Grade Computacional de forma transparente e segura, seguindo padrões abertos definidos pela comunidade OGF (Open Grid Forum / Abstract: The aim of this work is to develop the Pre and Post-Processing stages from an electromagnetic simulation suite, called SSAR-BR, and also a grid computational environment, which permits the execution of large electromagnetic problems. The processing stage, based in the Finite Difference Time Domain (FDTD) method, has been already developed as part of a doctorate thesis made by a researcher from this department. The Pre-processing stage involves a fundamental modeling tool capable to model telecommunications devices (radiant sources, mobile terminals and antennas) and biological models (human body parts and guinea-pig). On the other hand, the Post-Processing stage permits visualizing the electromagnetic simulations results in a two and three dimensions way. Both stages were developed in Java and OpenGL languages. The parallel computational environment is based on Grid Computing paradigm which consists in software and hardware infra-structure that integrates dispersed computational resources interconnected across a network. Its purpose is to share such resources under an access control policy and establishing a scalable, low-cost and high performance computational environment. The middleware is the layer between the user and operation systems responsible to manage the Grid resources and, for this work, the UNICORE 6 was adopted. The mainly reasons were its safe and transparent access to the distributed environment and, most important, it follows the open patterns from OGF (Open Grid Forum) community / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Andre Koch Torres de Assis / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T04:12:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hernandes_JulioAkashi_D.pdf: 11255919 bytes, checksum: 8c053f16e5fd883058c7336bb38c3acc (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: No Capítulo 1 apresentamos uma introdução sobre os campos elétricos dentro e fora de condutores resistivos com corrente constante. Discutimos também a distribuição de cargas superficiais que mantém a corrente fluindo e sua relação com estes campos elétricos. São apresentados alguns experimentos relacionados com estes campos elétricos fora de condutores com corrente constante. A Parte I deste trabalho trata de condutores retos e compridos. No Capítulo 2 apresentamos o tratamento de um fio cilíndrico longo de seção reta circular conduzindo uma corrente estacionária, já conhecido na literatura. São apresentados alguns dos métodos que seguimos nos tratamentos dos problemas apresentados a seguir. O Capítulo 3 trata da força entre uma casca cilíndrica condutora infinita sem corrente e uma carga pontual próxima (dentro ou fora da casca), cuja solução é inédita na literatura. Esta força de ordem zero (eletrostática) complementa a análise da força de primeira ordem ( ou seja, proporcional à corrente ou à velocidade dos elétrons de condução) no caso do fio cilíndrico longo com corrente constante. No Capítulo 4 tratamos o problema inédito de um fio cilíndrico longo, ainda conduzindo uma corrente estacionária, mas agora com uma bateria colocada no centro. Nosso objetivo aqui é estudar o comportamento dos campos e das cargas superficiais próximas à bateria. O Capítulo 5 apresenta o problema conhecido na literatura de placas retas conduzindo correntes estacionárias. Este problema foi tratado por este mesmo autor durante sua dissertação de mestrado. O comportamento dos campos e das cargas superficiais próximas a uma bateria no problema de condutores em forma de placas é abordado no Capítulo 6. Este também é um problema inédito na literatura, análogo ao problema tratado no Capítulo 4. No Capítulo 7 generalizamos o problema das placas com corrente constante utilizando agora uma fita de largura finita. Para resolver este problema inédito utilizamos coordenadas elíptico-cilíndricas. Com este caso encerramos nosso tratamento de problemas onde os condutores são retos e compridos, conduzindo correntes na direção longitudinal. Na Parte II tratamos de condutores curvos conduzindo correntes constantes na direção azimutal. Estes problemas são importantes porque representam uma classe de circuitos elétricos em que a corrente percorre um caminho fechado finito. O Capítulo 8 apresenta o problema conhecido na literatura de uma casca cilíndrica condutora de comprimento infinito conduzindo uma corrente estacionária na direção azimutal. Há uma bateria em forma de linha, paralela ao eixo da casca. Esta geometria tem solução bastante simples com forma analítica fechada para o potencial, para o campo elétrico e para as cargas superficiais, embora o cilindro tenha comprimento infinito. O Capítulo 9 apresenta o tratamento inédito para uma casca esférica resistiva conduzindo uma corrente estacionária. Neste caso, a bateria tem a forma de um segmento de linha (um meridiano da esfera). O problema mais complexo de um toróide condutor conduzindo uma corrente constante na direção azimutal, também novo na literatura, é apresentado no Capítulo 10. Estes dois problemas, da casca esférica e do toróide, representam duas situações onde não há infinitos na geometria nem na condutividade, sendo que a corrente está confinada em um espaço finito. Mesmo abateria está incluída no sistema, de modo que se obtém naturalmente o comportamento esperado dos campos e das cargas superficiais próximas a ela. Na Parte III fazemos uma discussão sobre os problemas tratados. Demonstramos que para todos os casos analisados existe um campo elétrico fora dos condutores com corrente constante e obtemos sua expressão analítica. Os comportamentos em todos os casos em que a bateria está presente foram encontrados de acordo com o esperado. As comparações que fizemos com experimentos da literatura mostraram que nossos resultados teóricos são razoáveis e coerentes / Abstract: In Chapter 1 we present an introduction about the electric field inside and outside resistive conductors carrying steady currents. We also discuss the distribution of surface charges that maintains the current fiow and its relation with these electric fields. We present some experiments related with these electric fields outside conductors with steady current. Part I of this work deals with long straight conductors. In Chapter 2 we present the treatment of a long cylindrical wire of circular cross section conducting a steady current, already known in the literature. We present some of the methods that we employ in the problems that follow. Chapter 3 deals with the force between an infinite cylindrical conducting shell without current and a point charge close by (inside or outside the shell). This solution is new in the literature. This force of zeroth order (electrostatics) complements the analysis of the first order force (i.e., proportional to the current or to the drifting velocity of the conduction electrons) in the case of the long cylindrical wire with steady current. Chapter 4 deals with the new problem of a long straight wire, still with a steady current, but now with a battery in the middle. Our objective here is to study the behaviour of the fields and of the surface charges near the battery. Chapter 5 presents the known problem of straight plates conducting steady currents. This problem was dealt with by the present author during his Master's Degree. The behaviour of the fields and of the surface charges near the battery in the problem of conductors in the shape of plates is approached in Chapter 6. This is also a new problem in the literature, analogous to the problem treated in Chapter 4. In Chapter 7 we generalize the problem of plates with steady currents utilizing now a strip of finite width. To solve this new problem we utilize elliptic-cylindrical coordinates. With this case we finish our treatment of problems of long and straight conductors, carrying currents in the longitudinal direction. In Part II we treat curved conductors with steady currents in the azimuthal direction. These problems are important because they represent a class of electric circuits in which the current fiows over a closed finite path. Chapter 8 presents the known problem of a conducting cylindrical shell of infinite length carrying a steady current in the azimuthal direction. There is a battery in the shape of aline, parallel to the axis of the shell. This geometry yields a very simple solution with a closed analytical form for the potential, electric field and surface charges, although the cylinder has an infinite length. Chapter 9 presents the new treatment of a resistive spherical shell with a steady current. In this case, the battery has the shape of a segment of line ( a meridian of the sphere). The more complex problem of a conducting toroid with a steady current in the azimuthal direction, also new in the literature, is presented in Chapter 10. These two problems, about the spherical shell and the toroid, represent two situations where there are no infinities in the geometry nor in the conductivity, while the current is confined in a finite space Even the battery is included in the system, so that we obtain naturally the expected behaviour of the fields and of the surface charges near the battery. In Part III we present a discussion of the problems treated here. We demonstrate that for all the analysed cases there is an electric field outside the conductors with steady currents and we obtain their expressions analytically. The behaviours of all cases in which the battery was present were found according to our expectations. The comparisons that we made with experiments of the literature showed that our theoretical results are reasonable and coherent / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2013. / Electrical, Electronic and Computer Engineering

When underwater sensors are being deployed there is always some uncertainty about the actual position of the sensors. The most common way of determine the sensors position is the use of hydro-acoustic methods. However, for electric field sensors the most favourable would be to use the sensor system itself. The first question being answered in this report is whether it is possible to position electric field sensors with the sensor system itself, and the answer is yes. An algorithm has been developed which calculates the relative position of the sensors based on data measured by the sensors when a dipole passes the sensor group. The algorithm extracts zero crossings of the z-components of the electric field measured by each sensor from the data, which are converted to moments in time, multiplied by the speed and course of the vessel and finally calculated into relative position vectors between the sensors using vector algebra. The result of the predicted relative position is within 0.2 m from the sensors’ actual position, which answers the second question about how accurate the method is. However, the error estimation is within a couple of centimetres indicating that there are other sources of error than speed and course. The third question being answered is whether the method is better than acoustic methods, and the answer is no. Nonetheless, the methods are within the same order of magnitude. In conclusion, the method has acceptable performance, especially considering the fact that it can determine the position of the sensors with the sensor system itself which could be significant.