Neste projeto utilizamos tecnologias educacionais – vídeos, animações e simulações interativas de eventos físicos - como atividades complementares às aulas expositivas e demonstrativas, visando a aprendizagem significativa de Física Térmica no ensino médio. As tecnologias foram utilizadas na sala de informática, onde era possível a interação do aluno com a simulação. Para tanto, produzimos um hipertexto sobre os conteúdos de Física Térmica abordados, incluindo muitas figuras, animações e vídeos. Este trabalho teve como referencial teórico a teoria de aprendizagem significativa de David Ausubel, cuja principal característica é levar em conta o conhecimento prévio do aprendiz. Uma experiência didática foi realizada com o material produzido, envolvendo os alunos do segundo ano da Escola Estadual André Leão Puente, sendo que destes, 58 alunos – grupo experimental - foram submetidos às atividades complementares e os demais, 53 alunos – grupo de controle – foram submetidos somente ao método tradicional. Os resultados mostram que houve melhorias estatisticamente significativas no desempenho dos alunos do grupo experimental, quando comparado aos estudantes do grupo de controle. A motivação para aprender, gerada pelas atividades complementares, e constatada por um questionário de avaliação, pode ter sido fundamental para atingir esses resultados. O hipertexto produzido e um teste para avaliação dos conhecimentos de Física Térmica estão incluídos no CD-rom, que integra esta dissertação, e poderá ser utilizado livremente por professores e alunos.

O orbitrom é um dispositivo onde elétrons injetados são confinados eletrostaticamente. Adotando-se um tratamento de fluidos e o modelo de órbitas circulares, analisamos as oscilações e instabilidades destes elétrons orbitantes, interagindo primeiramente com um campo elétrico azimutal e depois com os campos eletromagnéticos (modos TM) presentes num dispositivo tipo orbitron. Verificamos a possibilidade da existência de instabilidades em frequências na região de microondas. Estas frequências são bem maiores que a frequência eletrônica (de oscilação) de plasma. Sugerimos a viabilidade de que o dispositivo orbitron, possa ter como uma de suas aplicações, a geração de radiações eletromagnéticas de altas frequências, especialmente na faixa de microondas

Neste trabalho são apresentados os resultados de investigações realizadas em uma descarga de rádio-frequência acoplada indutivamente, operando na faixa de pressão de 1 mtorr a 200 mtorr de argônio, com potências de 50 W a 400 W e frequência de 11,41 MHz. Inicialmente foi feito um estudo da ruptura do gás seguido da análise de um modelo teórico para a descarga. Dois modos de operação da descarga foram identificados, modo E e modo H. Através de sonda simples e sonda dupla caracterizamos as propriedades da descarga operando nos distintos modos. A transição entre os modos da descarga foi caracterizada através de curvas de variação da temperatura de elétrons e densidade de plasma em função da pressão do gás e potência de RF.

Nesta tese, construimos um codigo computacional para calcular o parametro Z(eff) (um parametro de aniquilacao de positrons em ambientes atomicos e/ou moleculares), que pode ser aplicado em geral a atomos e moleculas. Utilizamos o Metodo Multicanal de Schwinger para Positrons (MMSP) para calcular tanto o parametro Z(eff), quanto as secoes de choque elasticas integrais para o espalhamento positron-atomo e positron-molecula. E a primeiravez que a funcao de onda de (N+1) particulas deste metodo e utilizada para o calculo de uma propriedade diferente da usual amplitude de espalhamento. Esta maneira de calcular o Z(eff) e completamente ab initio no sentido dado pela Quimica Quantica. Como resultado destas primeiras aplicacoes obtivemos 4,19 e 13,63 para o Z(eff) do He e H2, respectivamente. Ambas para energias termicas (aproximadamente 0,025eV). Nossos resultados concordam bem com os dados experimentais disponiveis.

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As equações para determinar as Amplitudes Orbitais Generalizadas (GOAS) são apresentadas seguindo e desenvolvimento feito pelo orientador deste trabalho. Ele demostrou que os GOAS são orbitais que deixam a expansão da densidade eletrônica em forma diagonal, mesmo que eles não sejam ortogonais entre si. São também apresentadas as equações de outros métodos amplamente conhecidos (método Hartree-Fock e NSO - Natural Spin Orbital) cujos resultados podem ser comparados com os nossos. As equações dos GOAs foram desenvolvidas seguindo a linha de raciocínio utilizada no método EKT (Extended Koopmans'; Theorem) com o objetivo de eliminar a necessidade de independência linear entre os vários orbitais que existe no método EKT e que o restringe. De fato este objetivo é alcançado pelo método GOA, no qual pode haver dependencias lineares entre os orbitais. Foi demonstrado por Orville W. Day que não há o problema de N-representabilidade para este método, uma vez que o mesmo resolve a matriz densidade sem conhecimento prévio da função de onda para o estado de N elétrons. As equações GOAs são equações homogêneas acopladas devido às interações imter-eletrônicas presentes num átomo ou molécula, refletindo o fato de que a energia de um elétron num dado orbital depende da posição dos outros elétrons nos outros orbitais. As equações GOAs são resolvidas pela primeira vez neste trabalho e os programas computacionais necessários para as soluções destas equações fazem parte desta tese. Estudamos o comportamento ao longo alcance dos GOAs para o átomo de hélio no estado fundamental. Verificamos que, de fato , no método GOA duas energias orbitais variacionais tem uma importância especial: o Ei que representa a energia necessária para remover o elétron do sistema e o i que representa a contribuição para a energia total de um elétron naquele orbital (quando multiplicado pelo respectivo número de ocupação). A respeito do comportamento ao longo alcance, os resultados dos cálculos efetuados nesta tese demostram que o primeiro E1 (de menor magnitude) determina o comportamento do primeiro GOA, f1s, (o mais afastado do núcleo) e da densidade eletrônica. No entando, o comportamento ao longo alcance dos outros GOAs são determinados pelos seus respectivos i (isto é verdade pelo menos em termos práticos, para valores de r situados entre 5 e 10 u.a.). Os resultados são comparados aos obtidos por Carroll, Silverstone e Metzger, que estudaram o comportamento ao longo alcance das funções NSOs, que também deixam a densidade eletrônica em forma diagonal, mas que mantém a ortogonalidade entre si.

Foi desenvolvido neste trabalho um método numérico para a resolução da equação de difusão linear para um plasma constituído de duas espécies de íons havendo troca de cargas. Mostrou-se que o tempo de decaimento da densidade de elétrons e íons é muito menor do que para um plasma constituído por uma única espécie. Foi desenvolvida também uma equação de difusão não-linear sob a influência de um campo elétrico externo com uma dependência linear no tempo, para um plasma pouco ionizado. Verificou-se que na presença deste campo elétrico, o decaimento da densidade de elétrons é muito lento.

El canal iónico OmpF se encuentra en la membrana externa de la bacteria Escherichia coli. Este canal forma un poro ancho a través de la membrana que permite el intercambio de iones y solutos entre los lados periplásmico y extracelular. La regulación del transporte de iones a través de él está fundamentalmente dominada por interacciones electrostáticas de largo alcance. Es por ello que las propiedades del canal tienen una dependencia con la concentración absoluta de sal (manteniendo constante el gradiente de concentración) y con el pH del medio. El pH modifica el estado de carga de los residuos ionizables del canal. De hecho, la modificación del pH de las disoluciones adyacentes al canal favorece una distribución asimétrica de la carga convirtiendo un canal prácticamente óhmico en un canal rectificador de la corriente. Asimismo, las medidas del potencial a corriente cero en condiciones asimétricas de pH proporcionan información sobre la concentración de carga fija positiva y negativa en una distribución bipolar en base a lo que el formalismo Poisson-Nernst-Planck predice para una membrana bipolar con un balance equilibrado entre la concentración de carga positiva y negativa: una selectividad direccional. Las medidas de selectividad realizadas en disoluciones con diferentes electrolitos permiten la identificación de otras contribuciones a la selectividad. Por una parte, medidas realizadas con distintos iones monovalentes demuestran el papel de la difusión iónica en la selectividad. Esta contribución es debida a la diferente movilidad de los cationes y aniones de la disolución. Por otra parte, medidas realizadas en presencia de cationes divalentes sugieren la existencia de un binding site de cationes divalentes en el canal, con la consecuente posibilidad de que se produzca un fenómeno de inversión de carga en el canal. Sin embargo, serán necesarios estudios con mutantes del canal OmpF para ver sin ninguna ambiguedad que el fenómeno de inversión de carga puede tener lugar.

En este trabajo se ha caracterizado el efecto memoria de forma y la estabilidad térmica de la transformación martensítica ante varios tratamientos térmicos en varias aleaciones base Ni-Ti fabricadas mediante melt-spinning, un método de solidificación rápida de reciente aplicación en aleaciones con memoria de forma. Las aleaciones estudiadas pertenecen al sistema Ni-Ti, con eventuales adiciones de Cu, Hf o Zr, y han sido caracterizadas mediante varias técnicas experimentales, entre los que cabe destacar el DSC, la máquina de ensayos, el ciclado termomecánico, la difracción de rayos X, y la microscopía electrónica de transmisión. En primer lugar se han determinado las secuencias de transformación de las aleaciones, así como los parámetros de red de las fases que intervienen en la transformación. Asimismo, la microestructura inicial de las cintas fabricadas mediante melt-spinning es rica en defectos (especialmente dislocaciones y pequeños precipitados) y el tamaño de grano es significativamente más pequeño que los observados en materiales fabricados mediante métodos convencionales. Cabe destacar que la transformación martensítica en la aleación equiatómica es la que muestra una mayor estabilidad térmica ante tratamientos térmicos severos a 500 ºC, seguida de las aleaciones con Cu, con un comportamiento intermedio, y de las composiciones con Hf y Zr, las cuales presentan la menor estabilidad térmica. A pesar de ser éstas últimas las únicas composiciones de las caracterizadas que transforman a temperaturas considerablemente por encima de la temperatura ambiente, la baja estabilidad térmica de estas últimas se manifiesta incluso con tratamientos térmicos a 300ºC. Además, tratamientos térmicos en martensita llevados a cabo en las aleaciones con Hf y Zr inducen el efecto conocido como estabilización térmica de la martensita, un efecto hasta ahora desconocido en aleaciones base Ni-Ti. Las energías de activación de este fenómeno se han estimado a partir de resultados calorimétricos. El envejecimiento en mezclas de austenita y martensita también produce estabilización térmica de la martensita por pinning (creación de defectos y/o anclajes) en las interfases martensita-austenita. Aleaciones parcialmente amorfas pueden cristalizarse mediante tratamientos térmicos por encima de la temperatura de cristalización obtenida en el DSC, o bien por debajo de éste, de una manera controlada. La cristalización produce la aparición de pequeños cristales de martensita en las regiones que eran inicialmente amorfas, los cuales transforman a temperaturas mucho más bajas que los grandes cristales de martensita ya existentes en las cintas iniciales. Este cambio de las temperaturas de transformación se atribuye al aumento de los términos no químicos de la ecuación de balance energético de las transformaciones martensíticas termoelásticas. Finalmente, la caracterización del efecto memoria de forma mediante ciclado termomecánico ha mostrado que las deformaciones recuperables obtenidas son del orden de las obtenidas para las aleaciones fabricadas convencionalmente. Esto certifica la posibilidad de emplear las cintas fabricadas mediante melt-spinning en aplicaciones concretas, con la ventaja de que este método produce aleaciones prácticamente listas para su utilización, sin necesidad de tratamientos mecánicos posteriores. Sin embargo, como se ha visto en este trabajo, los esfuerzos de tensión aplicados a las cintas deben limitarse con el fin de evitar la fractura prematura del material. / In the present work, the shape memory effect and the thermal stability of the martensitic transformation under various thermal treatments have been characterized on several Ni-Ti based alloys cast by melt-spinning, a novel technique on shape memory alloys. The studied alloys belong to the Ni-Ti based system, with eventual additions of Cu, Hf or Zr and have been characterized by means of DSC, mechanical testing, thermomechanical cycling, X-ray diffraction and transmission electron microscopy.The sequences of the martensitic transformation and the lattice parameters of the melt spun ribbons have been firstly determined. Additionally, the initial microstructures show a big amount of defects (mainly dislocations and small precipitates) and small grain size in comparison to the bulk alloys.Among all the alloys, the near-equiatomic one show the best thermal stability under severe ageing at 500 ºC, followed by the alloys with Cu and finally by the ones with Hf and Zr additions. The latter ones are the only ones exhibiting transformation temperatures well above room temperature, but their poor thermal stability is shown even at 300 ºC. Moreover, thermal treatments in martensite carried out on the the alloys with Hf and Zr reveal thermal martensite stabilization, which was a novel phenomenon in Ni-Ti based alloys; the activation energies of this process have been estimated. Ageing in mixtures of martensite and austenite on these alloys also promote the thermal martensite stabilization by pinning.Partially amorphous melt spun ribbons can be crystallized by either thermal treatments above the crystallization temperature shown in the DSC or slightly below, in a controlled way. The crystallization promotes the apparition of small crystals from the initial amorphous regions, which transform at very low temperatures due to changes in the non-chemical terms from the energy balance equation respect to the big crystalline regions that are present in the initial state.Finally, the shape memory effect characterized by thermomechanical cycling show recoverable strains similar to the ones in bulk alloys, which demonstrate that the melt spun ribbons may be used in potential applications when using reduced tensional stress in order to avoid an early fracture.

In the middle of the 70s, some authors suggested that accretion of hydrogen and helium rich material by a neutron star in a binary system, where the companion star would have low mass, could explain thermonuclear bursts observed by the first satellites launched to the space in order to analyze the Xray band of the electromagnetic spectrum. This phenomenon, known as type I X-ray bursts (XRB), is a thermonuclear runaway produced by the themonuclear fusion of the accreted material in degenerated conditions. This kind of explosion from stellar source is the most frequent in our galaxy (and the third, after supernovae and classical novae, in terms of total output energy), because his short recurrence period. Due to the extreme gravitational field of a neutron star it is known that produced nucleosynthesis is not ejected to the interstellar medium but forming part of the neutron star crust.In this work we have tried, first, to study the effects of nuclear uncertainties, related to nuclear reaction rates, in the nucleosynthesis produced during a X-ray burst, and second, to simulate physical properties and associated nucleosynthesis to this kind of events, through hydrodynamical models.In order to analyze the impact of uncertainties of the nuclear reaction rates in the nucleosynthesis, and due to the prohibitive calculation time with an hydrodinamical code, we have used a post-processing code which we have coupled, for a given set of 10 temperatures and densities profiles, an extensive nuclear reactions network formed by 606 isotopes and 3551 nuclear reactions, whose reaction rates have been modified using to alternative methods. In the first one, every rate has been individually modified, multiplying it by 0.1 and 10, calculating the final nucleosynthesis. This way, it is possible to evaluate the impact in final nucleosynthesis individual variations in the nuclear reaction rates. Also we have analyzed the effects in final nucleosynthesis by modifying the energy associated to each reaction (Q-value). In the second method, nuclear reaction rates have been modified simultaneously, multiplying each one by a random factor which follow a log-normal distribution with a probability of 95.5% of being in the interval [0.1,10]. In order to analyzed this method from an statistically point of view, the nucelosynthesis has been calculated up to 10,000 times, with a Monte Carlo code specifically built to this Thesis, for different set of random numbers. Obtained results with both methods are coincidents and show that for a network formed by 3,500 reactions approximately, only about 60 reactions have an impact in final yields greater than a factor of 2.Finally, we have used an hydrodynamical code, one-dimensional (spherically symmetric), Lagrangian and multi-shell, to which we have coupled a nuclear reactions network formed by 324 isotopes and 1392 reactions with the aim of reproduce physical parameters and nucleosynthesis produced during X-ray bursts. To do that, we have applied this code to different models, analyzing the effect of spatial resolution in the accreted shell, the metallicity of the transferred material as well as the mass of the neutron star, in the final result. For each model, we have simulated different bursts, with energies, luminosities and recurrence times coincidents with observations and, together with the nucleosynthesis, similar to the results obtained by other authors. / A mediados de los años 70, varios autores sugirieron que la acreción de material rico en hidrógeno y helio por parte de una estrella de neutrones, integrante de un sistema binario donde la masa de la estrella compañera fuese pequeña, podría explicar las erupciones termonucleares observadas por los primeros satélites lanzados al espacio para analizar la banda X del espectro electromagnético. Dicho fenómeno, conocido como erupciones de rayos X de tipo I (en inglés, type I X-ray bursts, XRB), consiste en el alud termonuclear producido por la fusión termonuclear del material acretado, en condiciones degeneradas. Este tipo de explosión termonuclear de origen estelar es el más frecuente en nuestra galaxia (y el tercero, tras las supernovas y las novas clásicas, en términos de energía total liberada), debido a su corto periodo de recurrencia. Como consecuencia del extremo campo gravitatorio de una estrella de neutrones, se cree que la nucleosíntesis producida durante este tipo de eventos no es expulsada al medio interestelar, pasando a formar parte de la corteza de la estrella.En este trabajo hemos intentado, por un lado, estudiar los efectos de las incertidumbres de origen nuclear, asociadas a los ritmos de las reacciones nucleares, en la nucleosíntesis producida durante un X-ray burst; y por otro lado, simular las propiedades físicas y la nucleosíntesis asociada a este tipo de eventos, mediante modelos hidrodinámicos.Para estudiar el impacto de las incertidumbres de los ritmos de las reacciones nucleares en la nucleosíntesis, y debido a que el tiempo de cálculo con un código hidrodinámico resultaría prohibitivo, hemos utilizado un código de post-procesado al que se ha acoplado, para un conjunto determinado de 10 perfiles de temperatura y densidad, una extensa red de reacciones nucleares, formada por 606 isótopos y 3551 reacciones nucleares, cuyos ritmos de reacción han sido modificados utilizando dos métodos alternativos. En el primero, cada ritmo ha sido modificado individualmente, multiplicándolo por 0.1 y 10, calculándose la nucleosíntesis final. De esta manera, puede evaluarse el impacto que tienen en las abundancias finales las variaciones individuales de los ritmos de las reacciones nucleares.Así mismo, también se ha analizado el efecto que produce en las abundancias finales el hecho de modificar la energía asociada a cada reacción (Q-value). En el segundo método, los ritmos nucleares se han modificado simultáneamente, multiplicando cada uno de ellos por un factor aleatorio según una distribución log-normal, y cuya probabilidad de encontrarse en el intervalo [0.1,10] es del 95,5%. Para poder hacer una estimación estadística de este último método, se ha calculado la nucleosíntesis hasta 10.000 veces, con un código Monte Carlo específicamente construido para esta Tesis, para diferentes conjuntos de números aleatorios. Los resultados obtenidos con ambos métodos son coincidentes y demuestran que, para una red formada por unas 3500 reacciones nucleares, sólo unas 60 reacciones tienen un impacto en las abundancias finales mayor que un factor 2.Por último, hemos utilizado un código hidrodinámico, unidimensional (en simetría esférica), Lagrangiano y multicapa, al que se ha acoplado una red de reacciones nucleares formada por 324 isótopos y 1392 reacciones nucleares, con el objetivo de reproducir los parámetros físicos y la nucleosíntesis producida en los X-ray bursts. Para ello, hemos aplicado este código a diferentes modelos, analizando el efecto de la resolución espacial de la capa acretada, la metalicidad del material transferido, así como la masa de la estrella de neutrones, en el resultado final. Para cada modelo, hemos simulado diferentes erupciones, con energías, luminosidades, y periodos de recurrencia, coincidentes con las observaciones y, junto con la nucleosíntesis, similares a los resultados obtenidos por otros autores.