A grande maioria da população mundial está crescentemente exposta à radiação eletromagnética proveniente de fontes que muitas vezes estão localizadas nas proximidades do corpo. A radiação eletromagnética é considerada um agente possivelmente cancerígeno para as pessoas, classificação 2B indicada pela Organização Mundial da Saúde-OMS (WHO/IARC, 2011). Devido às preocupações em relação aos riscos associados a esta exposição existem normas que recomendam os valores máximos de exposição permitidos (ICNIRP, 1998; FCC, 2001). A correta avaliação das doses de radiação é, portanto, relevante. Este trabalho tem a finalidade de avaliar o impacto dos resultados do cálculo da dose da Taxa de Absorção Específica (SAR) em usuários expostos a radiação por tablets operando na faixa de radiocomunicações Wi-fi. Os três modelos existentes de cabeça humana utilizados serão um manequim homogêneo SAM phantom e dois modelos de cabeça realistas heterogêneos: um adulto masculino e uma criança masculina. Será também utilizado nas simulações um modelo masculino de criança que foi desenvolvido através de imagens de tomografia computadorizada (TC) pelo processo de segmentação feito no software AMIRA. Será utilizado um modelo genérico de tablet. Os parâmetros dosimétricos usados para simulação da SAR serão computados pelo software SEMCAD X que é baseado no Método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo (FDTD). Será criado também um código do Método FDTD através do software MATLAB que servirá para a escolha dos parâmetros do SEMCAD X. A distância entre o tablet e os modelos de cabeças varia de 50 mm a 300 mm. Os resultados da SAR serão comparados com os limites de exposição recomendados pelas normas internacionais. Também serão simuladas diferentes posições da antena no tablet. Da análise dos resultados foi constatado que os valores de SAR são muito baixos e todos os resultados ficaram dentro dos limites do psSAR recomendados pela FCC de 1,6 W/kg em cada 1 g de tecido e de 2 W/kg em cada 10 g de tecido estabelecidos pela ICNIRP. Comparando os valores de SAR do modelo SAM com o modelo DUKE, o modelo SAM se mostra conservador, porém quando a comparação é feita com as crianças o SAM deixa de ser conservador. / The vast majority of the world population is increasingly exposed to electromagnetic radiation from sources which are often located near to the body. Electromagnetic radiation is considered a possible carcinogen for people, classification 2B indicated by the World Health Organization-WHO (WHO/IARC, 2011). Due to concerns regarding the risks associated with this exposition there are regulations suggesting maximum allowed exposure values (ICNIRP, 1998; FCC, 2001). The correct evaluation of radiation doses is therefore relevant. This work aims to assess the impact of the results of the calculation of Specific Absorption Rate dose (SAR) in users exposed to radiation from tablets operating in the Wi-fi band. The three existing models of human head used are a homogeneous dummy SAM phantom and two heterogeneous realistic head models: a male adult and a male child. It will also be used in the simulations a male child model which was developed from computed tomography (CT) imaging using the AMIRA software for the segmentation process. A generic model of tablet is used. Dosimetric parameters used for simulation of the SAR are computed using the SEMCAD X software which is based on the Finite Difference Method in Time Domain (FDTD). A FDTD code was developed using the MATLAB software in order to help to choose the input SEMCAD X parameters. The distances between the tablet and the head of the models varies from 50 mm to 300 mm. SAR results are compared with the exposure limits recommended by international standards. Different antenna positions on the tablet are simulated too. Examining the results it was found that the SAR values are very low and all results are within the psSAR limits recommended by FCC (1,6 W/kg averaged over 1 g of tissue) and by ICNIRP (2 W/kg in 10 g of tissue). Comparing the SAR in the SAM model with the SAR in the DUKE model, the SAM model shows to be conservative. However, when compared with the children, the SAM is not conservative.

O free-electron laser (FEL) surgiu como uma nova fonte de radiação eletromagnética. O presente trabalho trata do efeito de carga em um FEL específico: de passagem única; e, sendo que as interações relevantes são entre o feixe e o campo magnético e entre os elétrons (não são estudados os campos auto consistentes do laser). Encontram-se as equações de movimento de cada partícula dentro do poço e comparam-se os resultados analíticos com os resultados obtidos por simulação computacional, para os limites de povoamento dos elétrons em uma situação de equilíbrio. Posteriormente, se analisa o efeito de carga através dos mapas de Poincaré, introduzindo partículas com uma determinada distribuição inicial, dentro do potencial aprisionador. Conclui-se que a introdução de cargas aumenta o número de graus de liberdade do sistema, fazendo com que os mapas de Poincaré não sejam mais uma boa ferramenta para analisar a dinâmica do sistema. Observa-se, também, o fenômeno de quebra de onda no FEL através do efeito do balanço do potencial e de uma distribuição inicial de elétrons diferente da distribuição de equilíbrio. / Free-electron laser (FEL) was first created as a new source of electromagnetic radiation. The present work is about the charge effect on a specific FEL: single pass; and, with interactions between the beam and the magnetic field and between electrons (laser self consistent fields are not studied). Motion equations of each particle inside ponderomotive well are discovered, and then analytic results for the limits of electronic population are compared with simulated ones, in the situation of equilibrium. Afterwards, particles are introduced in the trapping potential, respecting a defined initial distribution, so the charge effect is analyzed through Poincaré maps. In conclusion, the introduction of charges raises the number of freedom degrees of the system. This makes the Poincaré maps not such a good tool to analyze the system dynamics. The wave breaking phenomenon is also observed in FEL through oscillation balance effect and an initial electronic distribution distinct of the equilibrium one.

Este trabalho teve por objetivo desenvolver uma metodologia para fabricação cerâmica de ítria (\'Y IND.2\'O IND.3\') transparente e, em paralelo, desenvolver um sistema de aquecimento que permitisse atingir temperaturas superiores a 1800ºC. Nos últimos 5 anos, cerâmicas transparentes ganharam grande destaque e foram incluídas entre os cinco supermateriais da atualidade. A ítria - \'Y IND.2\'O IND.3\' - apresenta algumas características ópticas promissoras para fabricação de cerâmicas transparentes, dentre as quais podemos destacar: isotropia óptica e ampla faixa de transparência. Além disso, possui elevada condutividade térmica, o que confere potencialidade para aplicações em sistemas lasers de alta potência. Neste trabalho são apresentados os resultados de estudos sistemáticos relacionados à síntese, compactação e sinterização do óxido de ítria. As amostras foram sintetizadas por reação do estado sólido, usando óxido de zircônio como aditivo para o processo de sinterização. As condições de compactação das pastilhas à verde foram investigadas e permitiu a obtenção de corpos cerâmicos com densidade relativa à verde de ~55%, com uso de prensagem uniaxial seguido de prensagem isostática. As cerâmicas foram sinterizadas utilizando-se programas de temperaturas específicos sob duas condições quanto ao aquecimento: em forno elétrico e em atmosfera aberta e em forno de indução, desenvolvido nesse trabalho, em condições de vácuo dinâmico. As caracterizações físicas das amostras foram feitas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia óptica. Os resultados mostraram que temperaturas superiores a 1800ºC combinado com o efeito do vácuo são indispensáveis para obtenção de ítria transparente pelo método de sinterização convencional; o sistema de aquecimento desenvolvido apresentou eficiência em atingir a temperatura desejada, porém apresentou algumas limitações que impossibilitou o controle e reprodutibilidade do processo. Por meio da metodologia desenvolvida foi possível a obtenção de cerâmica de ítria com transmissão na região do visível do espectro eletromagnético (400-700 nm) de até 42%, quando comparado a um monocristal. Avançou-se na fabricação de cerâmicas transparentes, porém, ainda será necessário otimizar o controle do sistema de aquecimento do forno desenvolvido, de modo a eliminar os poucos centros espalhadores de luz existentes. / The focus of this work was to develop a methodology for manufacture of transparent Yttria (\'Y IND.2\'O IND.3\') and in addition develop a heating system that operates in temperatures above 1800ºC. In the last 5 years, transparent ceramics featured among the five supermaterials of the present. Yttria - \'Y IND.2\'O IND.3\' - presents a few optical characteristics promising to manufacture transparent ceramics, such as: optical isotropy and wide range of transparency. Besides, it has high thermal conductivity, which gives potential for applications in high power laser systems. In the work presented here, the results of a systematic study of the synthesis, compaction and sintering of yttria oxide are presented. The samples were prepared by solid state reaction, using zircon oxide as an additive to the sintering process. The compaction conditions of the green tablets were investigated and allowed the obtainment of ceramic bodies with relative density around 55%, by using uniaxial pressing followed by isostatic pressing. The ceramics were sintered using specific temperature programs under two heating conditions: electric furnace and open atmosphere and under induction furnace, developed in this work, under dynamic vacuum conditions. The physical characterizations of the samples were made by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and optical spectroscopy. The results showed that temperatures above 1800ºC combined with the effect of vacuum are necessary to obtain transparent Yttria by conventional sintering method; the heating system developed was efficient in reaching the desired temperature, however had some limitations that prevented the control and reproducibility of the process. By means of the methodology developed it was possible to obtain ceramic yttria with transmission in the visible region of the electromagnetic spectrum (400-700) up to 42% compared to single crystal yttria. Progress was made in manufacture of transparent ceramics, however, it is necessary to optimize the control of the heating system of the furnace developed, in order to eliminate the few existing light scattering centers.

O free-electron laser (FEL) surgiu como uma nova fonte de radiação eletromagnética. O presente trabalho trata do efeito de carga em um FEL específico: de passagem única; e, sendo que as interações relevantes são entre o feixe e o campo magnético e entre os elétrons (não são estudados os campos auto consistentes do laser). Encontram-se as equações de movimento de cada partícula dentro do poço e comparam-se os resultados analíticos com os resultados obtidos por simulação computacional, para os limites de povoamento dos elétrons em uma situação de equilíbrio. Posteriormente, se analisa o efeito de carga através dos mapas de Poincaré, introduzindo partículas com uma determinada distribuição inicial, dentro do potencial aprisionador. Conclui-se que a introdução de cargas aumenta o número de graus de liberdade do sistema, fazendo com que os mapas de Poincaré não sejam mais uma boa ferramenta para analisar a dinâmica do sistema. Observa-se, também, o fenômeno de quebra de onda no FEL através do efeito do balanço do potencial e de uma distribuição inicial de elétrons diferente da distribuição de equilíbrio. / Free-electron laser (FEL) was first created as a new source of electromagnetic radiation. The present work is about the charge effect on a specific FEL: single pass; and, with interactions between the beam and the magnetic field and between electrons (laser self consistent fields are not studied). Motion equations of each particle inside ponderomotive well are discovered, and then analytic results for the limits of electronic population are compared with simulated ones, in the situation of equilibrium. Afterwards, particles are introduced in the trapping potential, respecting a defined initial distribution, so the charge effect is analyzed through Poincaré maps. In conclusion, the introduction of charges raises the number of freedom degrees of the system. This makes the Poincaré maps not such a good tool to analyze the system dynamics. The wave breaking phenomenon is also observed in FEL through oscillation balance effect and an initial electronic distribution distinct of the equilibrium one.

Os materiais absorvedores de radiação eletromagnética (MARE) têm recebido muita atenção nas últimas quatro décadas, devido à crescente utilização para atender as exigências das legislações governamentais no controle de níveis de radiação eletromagnética espúria emitida por equipamentos eletrônicos, das normas industriais de compatibilidade e interferência eletromagnética, envolvendo basicamente as indústrias de equipamentos eletrônicos e telecomunicações, bem como a demanda da sociedade na confiabilidade nos equipamentos eletrônicos. O presente trabalho tem como objetivo estudar a produção e a caracterização de MARE na faixa de freqüências compreendida entre 8,2 12,4 GHz, baseados em papel celulósico impregnado com negro de fumo e matriz tipo poliuretano, aplicado por meio de pistola de pintura. Seis diferentes condições de impregnação foram estudadas, variando distância de aplicação e número de demãos (uma em cada lado do papel celulósico): 25 cm 2 demãos, 25 cm 4 demãos, 30 cm 2 demãos, 30 cm 4 demãos, 40 cm -2 demãos e 40 cm 4 demãos. Os resultados médios obtidos da caracterização eletromagnética dos seis lotes, via medição dos parâmetros S (S11/S22 Energia refletida, Er e S12/S21 Energia transmitida, Et) e calculo da energia absorvida (Ea), mostram que para os lotes com duas demãos, quanto maior a distância de aplicação, menores são os valores de Er e Ea e maior é a Et, uma vez que a gramatura do MARE diminui. Para os lotes com quatro demãos, quanto maior a distância de aplicação, menor é a Er e maior a Et. Entretanto, o parâmetro Ea para o lote com quatro demãos não se comporta como o lote com duas demãos, pois entre as distâncias de aplicação 25 cm e 30 cm é observada a queda de Ea, mas com a distância de aplicação 40 cm o valor de Ea aumenta, pois a onda eletromagnética consegue penetrar mais efetivamente no material, ou seja, há uma determinada concentração de centros absorvedores no substrato que permite maior interação do material com a onda eletromagnética. A partir dos valores de Ea, Er e Et foram selecionados 3 condições de impregnação para montagem de um MARE baseado em 8 tubos de celulose montados lado a lado formando um quadrado, sendo cada tubo com dimensões de 50 cm de comprimento e diâmetro de 7,6 cm, dobrados ao meio para promover múltiplas reflexões do sinal e assim aumentar a atenuação do sinal. As condições de impregnação foram escolhidas a partir da análise dos resultados dos seis lotes com base no menor valor de energia refletida e maior energia absorvida, na seguinte ordem crescente: 25 cm 4 demãos, 25 cm 2 demãos e 40 cm 2 demãos. Os resultados de refletividade no arco NRL mostram que a maior atenuação é obtida no lote com menor valor de energia refletida (40 cm 2 demãos, -8,20 dB/84,8% em média) e a menor atenuação no lote com maior valor de energia refletida (-2,84 dB/48,0%). Estes resultados demonstram que para um MARE baseado em múltiplas reflexões possuir alta eficiência de absorção de energia, o mesmo deve possuir baixos valores de energia refletida, pois a onda eletromagnética deve ter capacidade de penetrar na estrutura do material, fazendo com que a reflexão seja diminuída. / The electromagnetic absorbers has been receiving a lot of attention in the last four decades, due to their growing use in order to attend the demands of governmental control laws of electromagnetic radiation spurious levels emitted by electronic devices, industrial standards of electromagnetic compatibility (EMC) and electromagnetic interference (EMI), basically involving electronic and telecommunication industries, as well the demand of the society on the reliability of electronic equipments. The aim of the present work is to study the production and characterization of electromagnetic absorbers in the frequency range of 8,2 12,4 GHz, based on cellulose paper impregnated with carbon black and poliuretanic matrix, applied with spray gun. Six different conditions of impregnation were studied by varying the application distance and number of coats (one coat on each paper side): 25 cm 2 coats, 25 cm 2 coats, 25 cm 4 coats, 30 cm 2 coats, 30 cm 4 coats, 40 cm - coats and 40 cm 4 coats. The results of scattering parameters (S11/S22 reflected energy, Er and S12/S21 transmitted energy, Et) and calculated absorbed energy (Ea) for the six conditions showed that the conditions with two coats, the larger coat application distance, the smaller are the values of Er and Ea and the larger is Et, due to the decrease of paper gramature. The conditions with four coats, the larger coat application distance, the smaller is the value of Er and larger is the Et. However, the values of Ea for the condition with four coats has different behavior when compared with the condition with two coats, because between application distances of 25 cm and 30 cm is observed the decrease of Ea values, but with the application distance of 40 cm the Ea value increases, because the electromagnetic wave can penetrate more effectively in the material bulk, or be, there is a concentration of absorbers centers inside the material that allows a stronger interaction with the electromagnetic wave. Based on the values of Ea, Er and Et for the six conditions, were selected three conditions to assemble an electromagnetic absorber based on eight cellulose tubes, places side by side in order to form a square, with each tube with dimensions of 50 cm length and 7,6 cm diameter, bended in the middle portion to promote multiple reflections of electromagnetic wave in order to increase the signal attenuation. The conditions of tubes impregnation were chosen by the analysis of the six conditions results, based on the smaller value of Er and the larger value of Ea: 25 cm 4 coats, 25 cm 2 coats e 40 cm 2 coats. The reflectivity results of NRL arch shows that the larger attenuation is observed with the condition that present the smaller reflected energy (40 cm 2 coats, -8,20 dB/84,8%) and the smaller attenuation in the lot with the larger value of reflected energy (-2,84 dB/48,0%). These results shows that for an electromagnetic absorber based on multiple reflections possess high efficiency of energy absorption, the material must possess lower values of reflected energy, because the electromagnetic wave must have the capacity to penetrate in the bulk of the material, decreasing the reflection.

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In recent years a new class of materials, the metamaterials, has emerged in the scientific community. The use of these materials makes possible to achieve unique electromagnetic properties, such as the negative refractive index. Today there exist several applications that take advantage of these special properties, such as sensors, antennas and invisibility cloaks, aiming at improving their intrinsic characteristics. Based on these considerations, this project aims at developing metamaterials structures to control the radiation properties of antennas in the microwave range, such as gain and directivity. More specifically, it was also chosen chiral metamaterials, mainly due to the phenomenon of electromagnetic field rotation which opens the possibility to control efficiently the radiation properties of antennas. In addition, chiral metamaterials, which have proved to be a more attractive alternative to obtain negative or zero refractive index, enable a greater degree of freedom in the design of different structures. This work encompasses all different phases of the structure design, namely: project, computational modeling, fabrication, and characterization of the proposed structures. We show improvements for the gain that in some cases reaches more than the double of the conventional monopole antenna gain and for the return loss parameter, which reaches minimum values. We also could maintain good efficiency and improve the input impedance matching. Finally, it is worth mentioning that this new technology also has the great potential to be applied in the telecommunication devices, particularly to improve communications based on antennas. / Nos últimos anos uma nova classe de materiais, os metamateriais, emergiu na comunidade científica. O uso desses materiais torna possível alcançar propriedades eletromagnéticas singulares, como o índice de refração negativo. Hoje existem vastas aplicações que usufruem destas propriedades especiais, como os sensores, mantas de invisibilidade e antenas, onde se procura o aperfeiçoamento de suas características intrínsecas. Com base nestas considerações, este projeto buscou desenvolver estruturas metamateriais para controle das propriedades de radiação de antenas na faixa de micro-ondas, tais como diretividade e ganho. Mais especificamente, foram utilizados os metamateriais quirais, principalmente devido ao fenômeno de rotação do campo eletromagnético que abre a possibilidade de controle mais eficiente das propriedades de radiação de antenas. Além disso, os metamateriais quirais, por se mostrarem uma alternativa mais atraente para se obter meios com índice de refração zero ou negativo, possibilitam um maior grau de liberdade no projeto de diferentes estruturas. Este trabalho contempla, ainda, todas as etapas de projeto de tais estruturas, quais sejam: projeto, modelagem computacional, fabricação, e caracterização das estruturas. Mostramos melhorias para o ganho que, em alguns casos, chega a mais do que o dobro do ganho da antena monopolo convencional e para o parâmetro de perda de retorno, que atinge valores mínimos. Nós também mantivemos uma boa eficiência e melhoramos o casamento de impedância de entrada. Finalmente, vale salientar que essa nova tecnologia também apresenta grande potencial de ser aplicada em dispositivos de telecomunicações, com o intuito de aprimorar a comunicação baseada em antenas.

Sistemas de levitação eletromagnética são de interesse quando se necessita de tecnologia envolvendo redução de atrito, atuação sem contato físico, máquinas rotativas e trens de alta velocidade. Devido à presença de não linearidades em sua dinâmica, pesquisadores têm dado atenção ao desenvolvimento de controladores mais sofisticados, com o objetivo de melhorar o desempenho desses sistemas. Controladores lineares apresentam limitações na faixa de operação da variável controlada e, geralmente apresentam baixa robustez quando aplicados em sistemas não lineares. O objetivo deste trabalho é desenvolver controladores não lineares com diferentes estruturas e analisá-los quando aplicados em um protótipo do sistema físico. Inicialmente, o sistema é modelado matematicamente através da abordagem fenomenológica. Em seguida, os parâmetros do modelo são identificados através de dados obtidos experimentalmente. Conhecendo bem a dinâmica do sistema através do modelo, são projetados três controladores de diferentes estruturas utilizando simulações computacionais. O primeiro é o PID clássico, controle linear amplamente utilizado em processos industriais. O segundo controlador é um PID com topologia não linear, denominado NPID. Este visa reduzir as limitações encontradas no PID linear, através de funções não lineares em seus termos. O último e mais complexo se trata do controle por modos deslizantes (SMC). Também com estrutura não linear, o SMC possui como característica intrínseca a robustez a variações da planta. Ao final, são realizadas simulações e os controladores avaliados são implementados de maneira digital em um hardware de controle e aplicados em uma planta piloto de levitação eletromagnética. Os resultados de desempenho obtidos permitem avaliar qual topologia de controlador melhor se enquadra diante dessa aplicação. / Electromagnetic levitation systems are of interest when it is necessary the use of technology involving reduction of friction, acting without physical contact, rotating machinery and high speed trains. Due to the nonlinear dynamics, researchers have paid attention to the development of more sophisticated controllers, in order to improve the performance of these systems. Linear controllers have limitations in the operating range of the controlled variable and generally have low robustness when applied to linear systems. The objective of this work is to develop nonlinear controllers with different structures and analyze them, when applied to a prototype of the physical system. Initially the system is modeled mathematically through the phenomenological approach. Then the model parameters are identified by experimentally obtained data. Knowing the dynamic of the system through the model, three different controllers are designed using computer simulations. The first is the classic PID, a linear control widely used in industrial processes. The second controller is a PID with nonlinear topology, called NPID. This controller is intended to reduce the limitations found in the linear PID through non linear functions on its terms. The last and most complex is the sliding mode control (SMC). Also a nonlinear structure, the SMC has the intrinsic characteristic of robustness to variations of the plant. In the end, the simulations are performed and the evaluated controllers are implemented in digital form in a hardware control and applied in a pilot plant of an electromagnetic levitation system. With the performance results it is possible to verify which controller topology best fits this application.

O espalhamento eletromagnético por uma esfera com propriedades ópticas e raio arbitrários, conhecido como espalhamento de Lorenz-Mie, ou por um cilindro circular infinito, pode ser resolvido analiticamente e é comumente tratado dentro da abordagem de espalhadores dielétricos. Na região óptica, tanto meio circundante quanto partícula espalhadora possuem o mesmo valor de permeabilidade magnética. A ausência do magnetismo nessa região do espectro torna o índice de refração relativo entre os meios interno e externo ao espalhador homogêneo equivalente ao respectivo índice de impedância óptica. Em regiões espectrais de micro-ondas ou radiofrequências, entretanto, materiais ferro- e ferrimagnéticos podem exibir valores absolutos de permeabilidade magnética extremamente elevados, reduzindo então a impedância óptica em comparação ao valor correspondente de índice de refração relativo. Uma característica marcante vinculada ao magnetismo no centro espalhador é que pequenas partículas comparadas com o comprimento de onda (parâmetros de tamanho na região de Rayleigh) podem apresentar grandes seções de choque de extinção a despeito de suas pequenas seções de choque geométricas. Isso torna possível, fisicamente, a presença de picos de ressonância morfológica na energia eletromagnética interna ao centro espalhador mesmo na região de parâmetros de tamanho inferiores à unidade. Em especial, mostramos que essa energia eletromagnética possui, no regime de fraca absorção, uma relação funcional simples com o comprimento de onda incidente e a seção de choque de absorção da partícula espalhadora, independentemente do formato geométrico da mesma. No espalhamento por uma coleção de partículas magnéticas, a velocidade de transporte de energia pode ser estimada a partir da energia eletromagnética média que é armazenada no interior de um centro espalhador isolado. Dessa maneira, a validade da relação universal que encontramos entre o fator de aumento da energia eletromagnética interna ao centro espalhador e sua correspondente seção de choque de absorção (no regime de baixa absorção óptica) implica na possibilidade de estimarmos de maneira simples a velocidade de transporte de energia em um meio desordenado. Um resultado decorrente dessa aproximação é que mesmo na região de Rayleigh a velocidade de transporte de energia em um meio magnético desordenado é drasticamente reduzida, levando, por conseguinte, à redução do coeficiente de difusividade dos fótons no meio. O estudo analítico e numérico da energia eletromagnética armazenada por uma esfera e por um cilindro magnéticos irradiados por ondas planas homogêneas são os temas em foco nesta dissertação de Mestrado. / Electromagnetic scattering by a sphere with arbitrary optical properties and radius, known as the Lorenz-Mie scattering, or by an infinite right circular cylinder can be solved analytically and is widely treated in the approach of dielectric scatterers. In the optical range, both embedding medium and scattering particle have the same magnetic permeability. The absence of magnetism in this spectral range leads to the equivalence between the relative refraction and impedance indices associated with the scatterers. However, in microwave or radio-frequency ranges, ferro- and ferrimagnetic materials can exhibit extremely huge values of magnetic permeability, which reduce the optical impedance in comparison to the corresponding value of relative refraction index. One striking feature associated with the magnetism in the scatterer is that particles smaller than the wavelength (Rayleigh size region) can present large extinction cross sections in despite of their small geometric cross sections. This becomes physically possible the presence of morphology-dependent resonances in the electromagnetic energy within the scatterer even in size parameters region smaller than unity. In particular, we show that this time-averaged electromagnetic energy has, in the weak absorption regime, a simple functional relation with the incident wavelength and the scatterer absorption cross section which does not depend on the shape of the scatterer. In the multiple scattering regime, the energy-transport velocity can be estimated from the time-averaged electromagnetic energy stored in a single scatterer. Thereby, the validity of the universal relation between the internal energy-enhancement factor and the absorption cross section respective to an arbitrary scattering center (in the weak absorption regime) implies that the energy-transport velocity in disordered media can be evaluated in a simple way. From this approximation, we obtain that even in the Rayleigh size region the energy-transport velocity in disordered magnetic media is dramatically reduced, which consequently leads to a reduction of the diffusion coefficient of the photons. The analytical and numerical studies of the time-averaged electromagnetic energy within magnetic isotropic spheres and cylinders irradiated by plane waves are our aim in this Master\'s degree dissertation.

Apresenta-se uma metodologia que tem como base a análise de campos magnéticos no monitoramento da qualidade da energia de sistemas elétricos. Em particular, são avaliados os aspectos referentes à detecção de faltas em sistemas elétricos. Diferente do processo de monitoração tradicional, cujos sensores precisam estar fisicamente conectados aos circuitos analisados, propõe-se estudar a viabilidade da utilização dos sinais provenientes da assinatura magnética resultante no exame do desempenho dos sistemas elétricos. Ressalta-se, assim, a característica não invasiva deste processo. Em uma primeira instância, simulações numéricas e medidas experimentais são usadas para estimar a validade deste método. Com base em valores das correntes de falta fase-terra, relacionados a configurações reais de sistemas de distribuição, provenientes de simulações numéricas e disponibilizadas na literatura, são calculados os campos magnéticos em regiões pré-selecionadas próximas às linhas. A seguir, aplicam-se os conceitos relacionados a wavelets no tratamento dos sinais resultantes. É nesta etapa que, por meio da decomposição da assinatura magnética correspondente, serão obtidos os dados necessários para se correlacionar os componentes dos sinais ao diagnóstico das faltas, nos sistemas elétricos. A Análise de múltirresolução é aplicada. Além destes resultados teóricos, aqueles provenientes de uma bancada experimental são examinados. Algumas configurações canônicas foram pré-selecionadas, visando estudar a eventual influência dos aspectos geométricos nos resultados relacionados à decomposição do sinal em análise. Embora métodos analíticos pudessem ser empregados na determinação da assinatura magnética resultante, os métodos numéricos, tais como o método dos elementos finitos, foram utilizados visando agilizar a obtenção de resultados teóricos a serem avaliados. Da mesma forma, aplicativos já disponibilizados comercialmente foram utilizados na decomposição dos sinais. Esta metodologia foi aplicada, também, para identificar faltas, aplicando-se a análise da variância para os diversos níveis do detalhe wavelet. A validação da metodologia foi feita pela comparação entre os resultados simulados e obtidos experimentalmente. / A methodology based on the analysis of magnetic fields for monitoring the quality of energy in electrical systems is presented herein. Aspects referring to fault detection in electrical systems in particular are evaluated. Contrary to the traditional monitoring process, in which sensors must be physically linked to the circuits under analysis, the results are presented from a feasibility study on the use of signals arising from the resulting magnetic signature by means of the electrical systems analysis. Thus the non-invasive characteristic of this process should be pointed out. First, numerical simulations and experimental measures were used to estimate the validity of this method. Based on values of the current of phase-earth fault related to actual features of the distribution systems and derived from numeric simulations found in the literature, the magnetic fields, in pre-established regions, were calculated. Following this, the concepts related to wavelets in the treatment of resulting signals were applied. It is in this phase that, by means of the decomposition of the corresponding magnetic signature, the data necessary to correlate the signal components for the diagnosis of faults in electrical systems were obtained. A Multiresolution Analysis (MRA) was applied. In addition to these theoretical results, the results from a laboratory workbench were also examined. Some canonical features were pre-selected, aiming to study the influence of geometric aspects on the results related to the signal decomposition analyzed. Although analytical methods could be employed to determine the resulting magnetic signature, numerical methods, such as the finite element method, were used to expedite obtaining the theoretical results to be analyzed. Likewise, commercial software was also used for the decomposition of signals. This methodology was validated by comparing the measured and simulated magnetic flux density. This methodology was also applied to identify and classify faults by means of the variance curve towards the wavelet detail.