Στην παρούσα εργασία εξετάζουμε το πρόβλημα της δρομολόγησης σε δίκτυα ad-hoc, όπου οι κόμβοι είναι ακίνητοι και έχουν πεπερασμένα αλλά επαναφορτιζόμενα ενεργειακά αποθέματα. Αρχικά μελετάμε σε θεωρητική βάση τους ενεργειακούς και χωρητικούς περιορισμούς. Ενεργειακοί είναι οι περιορισμοί που οφείλονται στην μικρή ενεργειακή αυτοτέλεια των κόμβων, ενώ οι χωρητικοί περιορισμοί οφείλονται στην περιορισμένη χωρητικότητα του ασύρματου μέσου και στην παρεμβολή. Συγκεκριμένα εξετάζουμε πώς ορισμένα δικτυακά χαρακτηριστικά επηρεάζουν την απόδοση του δικτύου. Τέτοια δικτυακά χαρακτηριστικά είναι η πυκνότητα των κόμβων του δικτύου, η φυσική απόσταση τους, η ακτίνα μετάδοσης τους κ.α. Εξετάζουμε διαφόρων ειδών δίκτυα και σε γενικές γραμμές αποδεικνύουμε ότι η ενέργεια είναι ο κρίσιμος πόρος σε δίκτυα τα οποία είναι αραιά ή οι κόμβοι τους έχουν μικρό ρυθμό επαναφόρτισης της ενέργειας ή μεγάλη ακτίνα μετάδοσης. Στην αντίθετη περίπτωση η απόδοση των δικτύων περιορίζεται από την χωρητικότητα και την παρεμβολή. Επιπλέον προτείνουμε και υλοποιούμε έναν ενεργειακά-αποδοτικό αλγόριθμο δρομολόγησης με πολλαπλά κόστη, όπου ένα διάνυσμα από παραμέτρους, εν’αντιθέσει με μία μόνο παράμετρο, ανατίθεται σε κάθε σύνδεσμο του δικτύου. Σε κάθε ανακαλυπτόμενη διαδρομή ανατίθεται ομοίως ένα διάνυσμα παραμέτρων, που προκύπτει από τα αντίστοιχα διανύσματα των συνδέσμων της διαδρομής. Οι παράμετροι που χρησιμοποιούμε είναι ο αριθμός των συνδέσμων της διαδρομής, η υπολειπόμενη ενέργεια και η ισχύς μετάδοσης. Ο αλγόριθμος αυτός συγκρίνεται με τον αλγόριθμο ελάχιστου-μήκους διαδρομής, για την επίλυση του προβλήματος του άπειρου χρονικού ορίζοντα. Στο πρόβλημα του άπειρου χρονικά ορίζοντα, ενέργεια και νέα πακέτα δεδομένων δημιουργούνται συνεχώς σε κάθε κόμβο του δικτύου. Στα πειράματα που εκτελέσαμε μας ενδιαφέρει να υπολογίσουμε την μέγιστη πιθανότητα δημιουργίας πακέτων δεδομένων pmax στους κόμβους, η οποία επιτρέπει στο δίκτυο μας να παραμένει ευσταθές. Ένα δίκτυο χαρακτηρίζεται ευσταθές όταν η εισερχόμενη κίνηση εξυπηρετείται από το δίκτυο με μικρή μέση καθυστέρηση παράδοσης αλλά και μεγάλο ποσοστό επιτυχούς παράδοσης των πακέτων δεδομένων στους προορισμούς τους. Όταν μία από αυτές τις συνθήκες δεν ισχύει τότε θεωρούμε ότι το δίκτυο είναι ασταθές και δεν μας ενδιαφέρει περαιτέρω η μελέτη του. Ουσιαστικά η μέγιστη πιθανότητα δημιουργίας πακέτων δεδομένων pmax είναι η μέγιστη απόδοση του δικτύου μας. Η μέση καθυστέρηση παράδοσης των πακέτων δεδομένων ορίζεται ως ο μέσος χρόνος μεταξύ της δημιουργίας ενός πακέτου στον κόμβο-πηγή και της λήψης του πακέτου στον κόμβο-προορισμού. Το ποσοστό της επιτυχούς παράδοσης των πακέτων δεδομένων ορίζεται σαν τον λόγο του αριθμού των πακέτων που παρελήφθησαν επιτυχώς από τους κόμβους-προορισμού προς τον αριθμό των πακέτων που δημιουργήθηκαν στους κόμβους-πηγής. Κατά την διάρκεια των πειραμάτων μας δοκιμάζουμε διάφορες πιθανότητες δημιουργίας πακέτων δεδομένων p και διάφορους ρυθμούς επαναφόρτισης των κόμβων X. Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων μας παρατηρούμε ότι ο ενεργειακά-αποδοτικός αλγόριθμος δρομολόγησης με πολλαπλά κόστη υπερτερεί του αλγορίθμου ελάχιστου-μήκους διαδρομής, πετυχαίνοντας όταν το δίκτυο είναι ενεργειακά περιορισμένο, μέγιστη πιθανότητα δημιουργίας πακέτων δεδομένων pmax σχεδόν διπλάσια από αυτή που πετυχαίνει ο ελάχιστου-μήκους διαδρομής αλγόριθμος. Ακόμα παρατηρούμε ότι η μέση καθυστέρηση καθώς και το ποσοστό επιτυχούς παράδοσης των πακέτων δεδομένων παρουσιάζουν καλύτερα αποτελέσματα με την χρήση του ενεργειακά-αποδοτικού αλγορίθμου. Επιπλέον παρατηρούμε ότι η μέση καθυστέρηση αυξάνει πολύ απότομα σε σχέση με την πιθανότητα δημιουργίας πακέτων δεδομένων p, όταν το δίκτυο γίνεται ασταθές λόγο των ενεργειακών περιορισμών. Αντίθετα η αύξηση αυτή είναι πολύ πιο ομαλή, όταν το δίκτυο γίνεται ασταθές λόγο των χωρητικών περιορισμών. / In our thesis we examine the problem of routing in ad-hoc networks, where the nodes are stationary and have limited but rechargeable energy reserves. Initially we study theoretically, the energy and the capacity constraints. The energy constraints are the result of the limited energy reserves of the nodes, while the capacity constraints are the result of the limited capacity and of the interference in the wireless medium. In our theoretically study we examine how the various network characteristics, influence the network performance. Such network characteristics are the nodes density, their distance, the transmission radius etc. We examine various network topologies and in every case we prove that energy is a vital resource in networks which are sparsely or where the nodes have small recharge rate or big transmission radius. In every other case the performance of a network is constrained by the capacity and the interference. Furthermore we propose and implement an energy-aware multicost routing algorithm, where a vector of parameters, instead of just one parameter, is assigned to each link of the network. In the same way in every discovered path, a vector of parameters is assigned. This vector is calculated using the vectors of the links from which the path consists of. The parameters used are the hops number, the residual energy and the transmission power. The proposed algorithm is compared with the minimum-hop algorithm, under the infinite time horizon problem. In this problem energy and data packets are constantly created in every node of the network. In our experiments we are interested in finding the maximum packet generation probability pmax in the nodes, under which the network remains stable. A network is characterized as stable when the incoming traffic is served by the network with small average delivery delay and big successful delivery ratio, of the packets in their destinations. When one of these conditions doesn’t hold, then we assume that the network is unstable and we do not study it anymore. The maximum packet generation probability pmax is in fact the maximum throughput of the network. The average delivery delay is defined as the average time between the creation of a data packet in the source-node and the reception of the packet in the destination-node. The successful delivery ratio is defined as the ratio of the number of packets successfully received by their destinations by the number of packets created in the source-nodes. During our experiments we tried various packet generation probabilities p and recharge rates at the nodes X. From the results of ours experiments we observe that the energy-aware multicost routing algorithm outperforms the minimum-hop algorithm. Specifically when the network is energy constrained, the maximum packet generation probability pmax is almost double as the one achieved by the minimum-hop algorithm. Furthermore the average delivery delay and the successful delivery ratio present better results using the energy-aware algorithm. Also we generally observe that the average delivery delay increases suddenly as the packet generation probability p increases, when the network becomes unstable because of the energy constraints. On the other hand the increase in the average delivery delay is much more normal, when the network becomes unstable because of the capacity constraints.

- / -

Η πτυχιακή αυτή εργασία, παρουσιάζει το σχεδιασμό και την εκτέλεση της μελέτης ενός συνδυασμού έντεκα περιπτώσεων. Οι έντεκα αυτές περιπτώσεις είναι μαθητές με διαγνωσμένες ειδικές εκπαιδευτικές ανάγκες ενός ειδικού σχολείου. Υλοποιήθηκε στο Τεχνικό Επαγγελματικό Εργαστήριο (ΤΕΕ) ειδικής αγωγής Πάτρας στο χρονικό διάστημα του σχολικού έτους 2009-2010 και στοχεύει σε τέσσερις αναπηρίες που παρουσιάζουν οι μαθητές του συγκεκριμένου σχολείου. Τη νοητική υστέρηση, την κώφωση, την κινητική αναπηρία και τον αυτισμό. Το θέμα της είναι η διερεύνηση των γνωστικών δυνατοτήτων των συγκεκριμένων παιδιών στα πλαίσια μιας διδασκαλίας της έννοιας «ενέργεια» μέσω του μοντέλου των «ενεργειακών αλυσίδων» (Lemeignan et al, 1997, Κολιόπουλος 2006, Ριζάκη 2006). Στα Ελληνικά σχολεία ειδικής αγωγής, η διδασκαλία της ενέργειας στηρίζεται σε ένα αναλυτικό πρόγραμμα σχεδιασμένο σύμφωνα με τις αρχές της παραδοσιακής αντίληψης (Κολιόπουλος 2006), κάτι που ισχύει και για όλα τα υπόλοιπα γυμνάσια και λύκεια της χώρας. Μια επιστημονική ομάδα που έχει αναπτύξει υλικό κατάλληλο για την υλοποίηση ενός προγράμματος διδασκαλίας με θέμα την ενέργεια, σε αυτή την κατεύθυνση, είναι η ομάδα του Δ. Κολιόπουλου του Πανεπιστημίου Πατρών. (http://energyineducation.blogspot.com) Το υλικό αυτό, έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στα γενικά σχολεία, πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης, ενώ δεν έχει χρησιμοποιηθεί ποτέ μέχρι τώρα σε σχολείο ειδικής αγωγής. Το βασικό ερώτημα της συγκεκριμένης μελέτης, είναι αν αυτό το υλικό που έχει αναπτυχθεί από την ομάδα Κολιόπουλου, κατάλληλα τροποποιημένο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τα παιδιά με ειδικές εκπαιδευτικές ανάγκες, στα πλαίσια της ειδικής εκπαίδευσης που παρέχεται στα παιδιά αυτά και συγκεκριμένα στα πλαίσια του μαθήματος της Φυσικής που διδάσκεται στα ΤΕΕ Ειδικής Αγωγής. Μπορούμε να αναπτύξουμε μια σειρά διδακτικών ενοτήτων προσαρμοσμένων στις δυνατότητες των παιδιών με ειδικές διδακτικές ανάγκες που να οδηγήσουν στην οικοδόμηση μιας ποιοτικής μορφής ενεργειακής αλυσίδας; Στόχος λοιπόν της συγκεκριμένης εργασίας είναι η ανάπτυξη μιας σειράς διδακτικών ενοτήτων κατάλληλων για κάθε περίπτωση αναπηρίας, που να οδηγήσουν με όσο το δυνατό πιο αποτελεσματικό τρόπο στη διερεύνηση του αν υπάρχει ή μπορεί να αναπτυχθεί από τα παιδιά με ειδικές εκπαιδευτικές ανάγκες ο τρόπος σκέψης (Γ.Α.Σ.) που είναι απαραίτητος για τη διδασκαλία της έννοιας «ενέργεια» με χρήση ενός συγκεκριμένου εννοιολογικού προτύπου (μοντέλο των ενεργειακών αλυσίδων) με τέτοια χαρακτηριστικά, που το κάνουν συμβατό με την αρχή του σεβασμού των παραστάσεων των παιδιών για τη συγκεκριμένη έννοια. / -

Σε αυτήν την εργασία επιχειρείται, μια προσπάθεια διερεύνησης των νοητικών παραστάσεων των νηπίων, καθώς επίσης και το γνωστικό επίπεδο στο οποίο μπορούν να φτάσουν, σχετικά με την λειτουργία και τη χρήση της ανεμογεννήτριας. Το συγκεκριμένο θέμα προσεγγίστηκε με την στρατηγική των στόχων εμποδίων, κατά την οποία, αφού ανιχνεύθηκαν τα μαθησιακά εμπόδια των παιδιών και προσδιορίστηκαν οι σχετικοί εκπαιδευτικοί στόχοι, κατασκευάστηκαν οι διδακτικές δραστηριότητες αντιμετώπισης των εμποδίων και ακολούθησε αξιολόγησή τους. Πρόκειται για μια έρευνα που πραγματοποιήθηκε σε 2 φάσεις, μια πιλοτική, προκειμένου να φωτιστούν τυχόν μη λειτουργικές πτυχές του προγράμματος ή ελλείψεις και μια κανονική. Βασικός στόχος της έρευνας ήταν να έρθουν τα παιδιά σε επαφή με συστήματα Α.Π.Ε. (Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας) όπως η ανεμογεννήτρια, και πιο συγκεκριμένα με την αποθήκευση και την μεταφορά ενέργειας. Οι υποθέσεις οι οποίες διατυπώθηκαν για αυτήν την εργασία ήταν: α) Με βάση αυτήν την διδασκαλία τα παιδιά να μπορούν να αναγνωρίσουν τη δομή και τη λειτουργία κανονικών συστημάτων, στην προκειμένη περίπτωση να είναι σε θέση να αναγνωρίσουν την δομή και την λειτουργία της ανεμογεννήτριας, β) να μπορούν να δίνουν εξηγήσεις με όρους διανομής, δηλαδή, να αναπτύξουν μια αναπαράσταση που να τους επιτρέπει να κάνουν διακρίσεις ανάμεσα σε: i) αποθήκη, μετατροπέα, αποδέκτη και ii) ανάμεσα στο περιεχόμενο ενός συστήματος και τη μεταφορά από ένα σύστημα σε ένα άλλο, καθώς επίσης και να αναζητήσουν ορισμένα φυσικά μεγέθη σχετικά με το περιεχόμενο των συστημάτων και τις ανταλλαγές μεταξύ τους (Lemeignan & Weil- Barais, 1997, σ. 194) και γ) να μπορούν να εφαρμόσουν την γνώση αυτή και σε νέο φαινομενολογικό πεδίο, π.χ. εκτός από την χρήση της ανεμογεννήτριας στο άναμμα μιας λάμπας, να κατανοούν και τη χρήση στην ενεργοποίηση οποιασδήποτε ηλεκτρικής συσκευής. / In that work is attempted, an effort of investigation of intellectual representations of infants, as well as the cognitive level in which they can reach, with regard to the operation and the use of wind generator. The particular subject was approached with the strategy of objectives - obstacles, at which, after were detected the training obstacles of children and were determined the relative educational objectives, were manufactured the instructive activities of confrontation of obstacles and it followed their evaluation. That research was realised in 2 phases, one pilot and one regular. Fundamental objective of research was the children be in contact with systems Renewable Sources of Energy such as the wind generator, and more concretely with the storage and the transport of energy. The affairs that were formulated for this work were: a) With this base teaching the children can recognize the structure and the operation of regular systems, in that case the structure and the operation of wind generator, b) be possible to give explanations with terms of distribution, that is to develop a representation that would allow them to make discriminations between: i) deposit, converter, recipient and ii) between to content of the system and the transport by a system in a other, as well as they from each other seek certain natural sizes with regard to the content of systems and the exchanges (Lemeignan and Weil- Barais, 1997, p. 194) and c) they can apply this knowledge and in new field, eg apart from the use of wind generator in the lightning of light bulb, comprehend also the use in the activation of any electric appliance.

Στην ερευνητική αυτή εργασία διερευνώνται, οι νοητικές αναπαραστάσεις παιδιών προσχολικής ηλικίας σε σχέση με το εννοιολογικό πρότυπο των ενεργειακών αλυσίδων, με τη βοήθεια ατομικών ημι-δομημένων συνεντεύξεων, τόσο πριν, όσο και μετά την πραγματοποίηση των δραστηριοτήτων της διδακτικής παρέμβασης που μεσολάβησε και η οποία σχεδιάστηκε με βάση το πλαίσιο της στρατηγικής αντιμετώπισης των «στόχων-εμποδίων», στηριζόμενη στις αρχές της εποικοδομιστικής και καινοτομικής αντίληψης. Τα παιδιά καλούνται να ονομάσουν, να προβλέψουν, να αιτιολογήσουν και να ερμηνεύσουν τις πρότυπες πειραματικές διατάξεις τριών φαινομένων, που αφορούν το άναμμα ενός λαμπτήρα με τρεις διαφορετικούς τρόπους (από τη ΔΕΗ, με τη βοήθεια μπαταρίας και τη μεσολάβηση φωτοβολταϊκού στοιχείου). Από μια πρώτη ποιοτική ανάλυση των εξηγήσεων των παιδιών, διαπιστώνεται ότι τα περισσότερα μπορούν ενεργοποιώντας/οικοδομώντας έναν προ-ενεργειακό αιτιακό συλλογισμό, να προσεγγίσουν ένα πρόδρομο μοντέλο για την έννοια της ενέργειας, δημιουργώντας γραμμικές αναπαραστάσεις των αντικειμένων μιας ενεργειακής αλυσίδας, τόσο από την άποψη της λειτουργίας τους, όσο και από την άποψη της διανομής. / In this paper are being investigated, the mental representations of pre-school age children, according to the conceptual model of “energy chains”, using individual semi-structured interviews, so much before, as much as afterwards the activities of the teaching intervention, which were designed according to the frame of the strategic confrontation of “objectives-obstacles” and based on the principles of the constructivism and innovative perception. Children are called to name, to predict, to justify and to interpret the experimental cases of three phenomena, concerning three different ways of turning on an electric lamp (by the National Electric Company, with the help of a battery and with the mediation of photovoltaic element). One first qualitative analysis of children explanations has shown that the majority of them are able by activating/building a pre-energy casual reasoning, to approach a precursor model of the significance of energy, creating linear representations of the objects of an energy chain, not only from the operation’s point, but also from the energy distribution’s.

Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη φαινομένων υπερτάσεων σε δίκτυα σύνδεσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας με τη χρησιμοποίηση του προγράμματος ΕΜΤΡ. Μέσω της ιδιαίτερης αναφοράς σε αιολικά συστήματα γίνεται λεπτομερής εξομοίωση για δυναμικές και διακοπτικές υπερτάσεις, υπερτάσεις χειρισμών, καθώς και κεραυνικές υπερτάσεις. / The purpose of this study is the presentation and analysis of overvoltages occurring in the network interconnection of renewable energy resources. Through the detailed reference of wind power systems, the thorough study of lighting,dynamic and switching overvoltages is presented.

Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία πραγματεύεται την εισαγωγή ενός νέου πεδίου πεμπτουσίας, η ενέργεια του οποίου ταυτίζεται με το ενεργειακό απόθεμα της σκοτεινής ενέργειας του σύμπαντος. Η εισαγωγή ενός τέτοιου πεδίου αποτελεί εναλλακτική λύση στην προσπάθεια ερμηνείας της επιταχυνόμενης διαστολής του σύμπαντος που συνδέεται συνήθως με την κοσμολογική σταθερά Λ, των πεδιακών εξισώσεων Άινσταϊν. Παρότι έχουν προταθεί και άλλα μοντέλα πεδίων πεμπτουσίας, το συγκεκριμένο χαρακτηρίζεται από μία ιδιότητα που δεν επιτρέπει την εκτεταμένη παραβίαση της Αρχής της Ισοδυναμίας, που αποτελεί θεμελιώδη παραδοχή στην οποία στηρίζεται η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Η μάζα των αντίστοιχων σωματιδίων εξαρτάται από την πυκνότητα ύλης σε κάθε περιοχή του σύμπαντος, εξ ου και το όνομα χαμαιλέοντες. Αφορμή για την εισαγωγή ενός τέτοιου πεδίου είναι η επιβεβαίωση της Αρχής της Ισοδυναμίας μέχρι κάποιο συγκεκριμένο όριο, πέραν του οποίου επιτρέπεται η εισαγωγή νέων μοντέλων αλληλεπιδράσεων που δεν έγιναν ακόμα αντιληπτές σε πληθώρα πειραμάτων. Όλα τα προηγούμενα αναφέρονται εν συντομία στο εισαγωγικό πρώτο κεφάλαιο. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση της Αρχής της Ισοδυναμίας και του βαθμού παραβίασης της ο οποίος καθορίζει την ένταση της νέας θεμελιώδους δύναμης (fifth-force). Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται μια ανασκόπηση του καθιερωμένου κοσμολογικού μοντέλου για το σύμπαν, που από παρατηρήσεις χαρακτηρίζεται από ομοιογένεια, ισοτροπία και σχεδόν επίπεδη γεωμετρία (WMAP-7). Με αυτά τα δεδομένα, καθώς και με τα πρόσφατα αποτελέσματα για ένα επιταχυνόμενα διαστελλόμενο σύμπαν προκύπτει η ανάγκη ύπαρξης ενός πεδίου με τα χαρακτηριστικά ενός σκοτεινού υγρού αρνητικής πίεσης και μάζας σε κοσμολογικές κλίμακες, της τάξης της σταθεράς Hubble στο παρόν (m_\phi\sim H_0\sim 10^{-33}eV). Η ανάγκη ύπαρξης ενός τέτοιου πεδίου (πάντα ως εναλλακτική της κοσμολογικής σταθεράς) παντού στο σύμπαν σε συνδυασμό με την μη ανίχνευση του μέχρι στιγμής σε κανένα πείραμα ή παρατήρηση, συνυπάρχουν στο μοντέλο των Khoury-Weltman για τα σωματίδια χαμαιλέοντες που εξετάζεται στο κεφάλαιο τέσσερα. Επειδή η μάζα του πεδίου εξαρτάται από την τοπική πυκνότητα ύλης, στη Γη η χαμαιλεοντική αλληλεπίδραση έχει πολύ μικρή εμβέλεια σε αντίθεση με την εμβέλεια σε κοσμολογικές κλίμακες και δεν γίνεται αντιληπτή. Επιπλέον η συνεισφορά στην αλληλεπίδραση σε ένα σώμα εκτός Γης από όλο τον όγκο της Γης είναι ελάχιστη και περιλαμβάνει μόνο αυτήν που προκαλείται από ένα λεπτό φλοιό στην επιφάνεια, όπου η τοπική πυκνότητα ύλης ελαττώνεται (thin-shell effect). Η νέα δύναμη το δυναμικό της οποίας είναι της μορφής Yukawa, θα είναι ασθενέστερη τουλάχιστον κατά τρεις τάξεις μεγέθους σε σύγκριση με τη βαρύτητας πειράματα στη Γη. Στο τελευταίο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση του CAST (Cern Solar Axion Telescope), στο οποίο θα μπορούσαν να ανιχνευτούν τα σωματίδια χαμαιλέοντες, λαμβάνοντας υπόψη την επέκταση του μοντέλου ώστε να περιλαμβάνει και ζεύξη με το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο πέραν των πεδίων της ύλης. Οι χαμαιλέοντες που παράγονται από φωτόνια παρουσία ισχυρού μαγνητικού πεδίου στο θερμό πλάσμα του Ήλιου, φτάνουν στη Γη έχοντας ενέργεια της τάξης του 1keV και μπορούν να εισχωρήσουν στο εσωτερικό του μαγνήτη του CAST. Ο ισχυρός μαγνήτης του πειράματος που είναι ιδίου τύπου με αυτούς που απαρτίζουν τον Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή (LHC), δημιουργεί μαγνητικό πεδίο της τάξης των 9Τ. Στο εσωτερικό του, οι χαμαιλέοντες θα μπορούσαν να επαναμετατραπούν σε φωτόνια και να ταυτοποιηθούν. Επιπλέον, ένα μικρό ποσοστό των χαμαιλεόντων που αφήνουν την επιφάνεια του Ήλιου μπορούν να μετατραπούν πίσω σε φωτόνια εξαιτίας των μαγνητικών πεδίων πάνω από τη φωτόσφαιρα. Αυτά τα φωτόνια θα έχουν φάσμα ενέργειας που κορυφώνεται στην περιοχή των μαλακών ακτίνων-Χ, οπότε θα δίνουν λύση στο πρόβλημα θέρμανσης του ηλιακού στέμματος (solar corona problem). / In the present Thesis, we review the chameleon field model and its discovery potential at CAST (Cern Axion Solar Telescope). The introduction of this new scalar field, of the so called quintessence type, is an alternative way of modeling the ubiquitous dark energy in the Universe, which drives its accelerated expansion. Moreover, the coupling of chameleons to photons enriches their discovery potential by experiments already operating such as CAST. Due to the fact that the mass of the field depends on the local matter density, in a dense environment such as the earth's surface the chameleon particle becomes heavy and undetectable. On the contrary, in cosmological scales the mass of the field is reduced to values related to the present Hubble's constant value (m_\phi\sim H_0\sim 10^{-33}eV) in order to coincide with the dark energy budget. This Thesis is organized in five chapters. The first chapter serves as a quick introduction to the subject of the current Thesis and the reasons for introducing a new field are stated. The second chapter refers to the Principle of Equivalence (E.P), a foundational principle of Einstein's General Relativity. It states that the gravitational mass of a freely falling body is proportional to its inertial mass. The level of verification of the former principle is of crucial importance for the characteristics of a quintessence field. If the E.P is not valid below a certain length scale, then the introduction of a quintessence field also implies the excistence of a new fundamental force in nature (fifth-force). In the third chapter, a small review of the standard cosmological model is made, which in combination with the results for an accelerated universe, leads to the necessity of introducing a new form of energy, dark energy. This form of energy behaves like a dark fluid of negative pressure (repulsive force) that tends to expand spacetime. It is modeled by adding the cosmological constant Λ, in Einstein's field equations or by introducing quintessence fields as the case of this Thesis. As already mentioned, the excistence of a quintessence field yields to violation of the Equivalence Principle. To overcome an extensive violation of the E.P the chameleon model is ``equipped'' by the peculiar property of its mass dependance on the environmental density. A second phenomenon related to the former property and the suppression of the E.P violation, is the ``Thin Shell Effect''. It simply states that the chameleonic profile of a large object is suppresed inside its bulk, and only a thin shell near its surface produces the chameleon force which is exerted on other massive bodies. This effect interprets the weakness and to date not discovered possible fifth-force. The fourth chapter ends up with a discussion on the fifth-force mediated by the chameleon particle. It is estimated that if such force exists, is about 3 orders-of-magnitude weaker than gravity. In the final chapter of this Thesis, the CAST experiment is presented. CAST has been operating for over ten years, searching for axions emitted by the Sun. It is believed that photons can oscillate to chameleons in the presence of a strong magnetic field in the Sun, travel through space and reach the Earth's surface where they can reconvert to photons inside the helioscope's pipe. The spectrum of the chameleons reaching the Earth is peaked at sub-keV region. Furthermore a small part of the chameleons leaving the Sun are converted back to photons over the photosphere due to the magnetic fields present there. These photons have energy lying in the soft X-ray region, hence addressing the solar corona problem.

Η ηλιακή ενέργεια στο σύνολό της είναι πρακτικά ανεξάντλητη, και είναι η κυριότερη μορφή ανανεώσιμης πηγής. Η ηλιακή ακτινοβολία παρέχει ένα τεράστιο ποσό ενέργειας στη Γη. Τα ηλιακά φωτοβολταϊκά στοιχεία, γνωστά ως "φωτοβολταϊκά" ή "Φ/Β", αποτελούν μία προσέγγιση υψηλής τεχνολογίας για την άμεση μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Κατα τη διάρκεια αυτής της διπλωματικής εργασίας έγινε μια αναλυτική περιγραφή του τρόπου λειτουργίας τους και ιδιαίτερα υπό συνθήκες χαμηλής συγκέντρωσης. Πιο συγκεκριμένα, στο 1ο Κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ιδιαίτερα στην ηλιακή. Παρουσιάζεται η εξέλιξη των Α.Π.Ε. στον ελλαδικό χώρο και οι αιτίες που έστρεψαν τον άνθρωπο σε νέες μορφές ενέργειας πέραν τον ορυκτών καυσίμων. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται αναφορά στη θεωρία της Ηλιακής Γεωμετρίας που συνδέεται με τις δυο κύριες κινήσεις της Γης, την ημερήσια περιστροφή της και την ετήσια γύρω από τον Ήλιο. Παρουσιάζονται θεωρητικά μοντέλα πρόβλεψης της ηλιακής ακτινοβολίας και σχέσεις υπολογισμού της σε επιφάνειες στο επίπεδο της Γης. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται μια σύντομη περιγραφή της λειτουργίας των φωτοβολταϊκών κυττάρων και των φυσικών ιδιοτήτων αυτών των ημιαγώγιμων διατάξεων. Επίσης γίνεται λόγος για τις υπάρχουσες τεχνολογίες φωτοβολταϊκών με τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους και για διάφορα φαινόμενα που επηρεάζουν τη λειτουργία τους. Το Κεφάλαιο 4 είναι αφιερωμένο στα συγκεντρωτικά συστήματα και σε όλες τις υπάρχουσες γεωμετρίες που χρησιμοποιούνται αυτή τη στιγμή και ιδιαίτερα στη γεωμετρία του V-Trough που χρησιμοποιήθηκε στο πειραματικό σκέλος. Επίσης γίνεται αναφορά για τα συστήματα παρακολούθησης του Ήλιου. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται διάφορες τεχνολογίες ψύξης που έχουν δημοσιευθεί σε επιστημονικές εργασίες και συνοδεύουν τα συγκεντρωτικά συστήματα, λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που επιφέρουν στα κύτταρα. Στο Κεφάλαιο 6 γίνεται αναφορά στο πειραματικό κομμάτι της εργασίας με παρουσίαση των μετρητικών οργάνων και των αποτελεσμάτων των μετρήσεων που έγιναν στο συγκεντρωτικό σύστημα V-Trough, στο σταθερό φωτοβολταϊκό μονοκρυσταλλικού πυριτίου και στο φωτοβολταϊκό πλαίσιο μικρομορφικού πυριτίου (thin film). Στο Κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται υπολογιστικές μέθοδοι για την εκτίμηση της ακτινοβολίας και της παραγόμενης ενέργειας από το V-Trough και το σταθερό φωτοβολταϊκό πλαίσιο σε ετήσια βάση. Επίσης παρουσιάζεται μέθοδος υπολογισμού της βέλτιστης κλίσης για κεκλιμένες επιφάνειες και μέθοδος για την αποφυγή σκιάσεων αυτών των επιφανειών. Επίσης γίνεται εξομοίωση φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων με χρήση του προγράμματος PV*SOL. Το Κεφάλαιο 8 περιέχει τα συμπεράσματα ως προς τη χρήση του συγκεντρωτικού συστήματος, τις υπολογιστικές μεθόδους και τα υπόλοιπα θέματα που παρουσιάσθηκαν σε αυτή τη διπλωματική. / The solar energy is practically inexhaustible, and it is the main form of renewable source. The solar radiation provides the Earth with a huge amount of energy. The solar cells, known as photovoltaics, compose an approach of high technology for the direct conversion of light into electricity. During this thesis an analytic description of their operation was made and specifically under low concentration conditions. Particularly, in the 1st Chapter is made an introduction to the renewable sources and specifically in solar. Showing the evolution of R.E.S. in Greece and the reasons that turned humans into new forms of energy than the fossil fuels. Chapter 2 refers to the theory of solar geometry associated with the two main movements of Earth, the daily rotation and the yearly around the Sun. Presented theoretical models, predicting and calculating the solar radiation on surfaces at the Earth’s level. Chapter 3 presents a brief description of the operation of photovoltaic cells and the physical properties of these semiconductor devices. Also refers to the existing photovoltaic technologies with their advantages and disadvantages and to various effects that influence their operation. Chapter 4 is devoted to the concentrating systems and all existing geometries used at this time and especially the V-Trough geometry that used in the experiments. A reference also is made to solar tracking systems. Chapter 5 presents various cooling technologies that have been published in scientific papers and accompanying concentrating systems due to high temperatures that cause to cells. Chapter 6 refers to the experimental part of this thesis with presentation of the experimental devices and the results of measurements made in the concentrating system V-Trough, the stable monocrystilline silicon photovoltaic panel and the micromorph silicon thin film panel. Chapter 7 presents computational methods for the estimation of radiation and the energy produced by the V-Trough and stable photovoltaic panel on an annual basis. Also presents method of calculating the optimum tilt for inclined surfaces and a method of avoiding the shading on this surfaces. Also a simulation of photovoltaic plants is made by the PV*SOL software. Chapter 8 contains the general conclusions related with the experimental results, the theoretical calculations and all the other issues that presented in this thesis.

Στη διατριβή αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα έρευνας σχετικής με το σχεδιασμό, εφαρμογή και αξιολόγηση μιας διδακτικής ακολουθίας για την έννοια της ενέργειας η οποία απευθύνεται σε μαθη-τές/τριες της ε΄ τάξης του ελληνικού δημοτικού σχολείου. Η διδακτική αυτή ακολουθία βασίζεται στις αρχές της ‘καινοτομικής’ και ‘εποικοδομητικής’ προσέγγισης για τη διδασκαλία και μάθηση των φυσι-κών επιστημών και εξετάζονται αφ’ ενός τα επιστημολογικά χαρακτηριστικά του εννοιολογικού περιε-χομένου της ακολουθίας αυτής και αφ’ ετέρου αν μπορεί να οδηγήσει μαθητές/τριες αυτής της εκπαι-δευτικής βαθμίδας να εμφανίσουν γνωστική πρόοδο στο συγκεκριμένο θέμα. Σύμφωνα με τα αποτελέ-σματα της έρευνας, εκτιμάται ότι το ‘μοντέλο των ενεργειακών αλυσίδων’ αποτελεί ένα επιστημολογικά έγκυρο, συμβατό προς τις γνωστικές δυνατότητες των παιδιών και διδακτικά αποτελεσματικό διδακτικό μετασχηματισμό της επιστημονικής γνώσης σε σχολική γνώση. Πιο συγκεκριμένα, παρέχονται ενδείξεις σύμφωνα με τις οποίες οι μαθητές/τριες μετά το πέρας της σχετικής διδασκαλίας είναι δυνατόν να οι-κοδομήσουν τόσο στο ποιοτικό όσο και στο ποσοτικό επίπεδο ένα ενεργειακό μοντέλο με το οποίο (α) να περιγράφουν χρησιμοποιώντας την έννοια της ενέργειας, τόσο στο ποιοτικό όσο και στο ποσοτικό επίπεδο, τη λειτουργία απλών τεχνολογικών συστημάτων όπου εμπλέκονται μηχανικά, θερμικά και η-λεκτρικά φαινόμενα, (β) να μετρούν ποσότητες ενέργειας σε απλά τεχνολογικά συστήματα του σχολι-κού εργαστηρίου και (γ) να περιγράφουν, εξηγούν και προβλέπουν την ενεργειακή συμπεριφορά οικια-κών τεχνολογικών συστημάτων. / In this thesis, the results of a research concerning the planning, application and evaluation of a teaching sequence as far as the concept of energy is concerned, are featured. This teaching sequence is addressed to fifth grade pupils of Greek primary schools and it relies on the principles of ‘innovative’ and ‘construc-tive’ approach for the teaching and learning of science. On one hand, the epistemological features of the conceptual content of the sequence are being examined and on the other hand, it is argued whether pu-pils can be led to developing cognitive progress on this specific issue. According to the findings of this research, it is estimated that the ‘model of energy chains’ is scientifically valid and compatible to the cognitive capabilities of the pupils. It is an effective teaching model which transforms the scientific knowledge into school knowledge. More specifically, there are indications that the pupils, after completing this teaching course are capable of developing an energy model which is both qualitative and quantitative, so as to be able to: (a) describe the function of simple technological systems which include mechanical, thermal and electrical phenomena, by using the concept of energy both in a qualitative and quantitative level, (b) measure energy quantities in simple technological sys-tems of the school laboratory and (c) describe, explain and predict the energy behaviour of domestic technological systems.

Στην παρούσα εργασία μελετάται πειραματικά η ανάπτυξη μεμβρανών πορώδους αλουμίνας με ελεγχόμενο πάχος, διάμετρο πόρου, σε ηλεκτρολύτη οξαλικού οξέος συγκεντρώσεως 0.3Μ με εφαρμοζόμενη τάση 40V και 50V. Για την κατανόηση του μηχανισμού της δημιουργίας των μεμβρανών πορώδους αλουμίνας γίνεται μια βιβλιογραφική παρουσίαση των μοντέλων ανάπτυξης της. Από τα πειράματα προκύπτει ότι ο ρυθμός ανάπτυξης του πάχους της μεμβράνης ακολουθεί τον νόμο του Faraday με απόδοση που εξαρτάται από την τάση ανοδίωσης. Τέλος υπολογίζεται η ενέργεια ενεργοποίησης για την αντίδραση του σχηματισμού της πορώδους αλουμίνας. Η ενέργεια ενεργοποίησης που αφορά την αντίδραση του αλουμινίου με τον ηλεκτρολύτη. / Ιn the present study, the synthesis of porous alumina membranes with controlled thickness and pore diameter is investigated. More specifically, the experimental condition under study was oxalic acid 0.3M under an applied voltage of 40V and 50V. In order to understand the growth mechanism of the porous alumina membrane formation, a bibliographic view of the growth models is presented. The experiments result in the conclusion that the thickness growth rate of the porous alumina membrane obeys the Faraday law for electrolysis with an efficiency being dependent on the anodization applied voltage. Finally, the activation energy for the porous alumina formation concerning the reaction of aluminum with the electrolyte, is calculated.