Investigation of dynamic properties of non-ideal one-component plasmas by the method of moments Dynamic characteristics of strongly coupled one-component plasmas are studied within the moment approach with local constraints by an algorithm similar to that of Schur. Some simulations of two-component plasmas are analyzed using sum rules and other exact relations. One of the main problems of plasma physics is to obtain an expression for the dielectric function determining screening effects, dispersion relations and other dynamic characteristics, such as conductivity, reflectivity, etc. The dielectric function can be derived from the linear-response theory, using the methods of the kinetic theory or hydrodynamics and by means of perturbation expansion of the Kubo formula. On the other hand, the dielectric function can be deduced on the basis of the method of moments. All methods mentioned above are mostly applicable in a limited range of variation of plasma parameters where some perturbation expansion can be used. There are no such restrictions on the plasma parameters in the method of moments which permit to reconstruct any Nevanlinna class function by its convergent power moments. In Physics these functions are called response functions which due to the causality principle satisfy the Kramers-Kronig relations, e.g., the plasma inverse dielectric function. Another dynamic characteristic, i.e. the dynamic structure factor which is related, via the fluctuation dissipation theorem, to the imaginary part of the inverse dielectric function, can be extracted from the experimental data. Thus, from both the practical and mathematical points of view, the study of the dynamic structure factor is important. There exist several approaches to the investigation of the dynamic structure factor. Beyond experimental and theoretical methods, some simulation techniques based on the first principles of mechanics and statistical physics, can be applied. / Askaruly, A. (2011). Investigation of dynamic properties of non-ideal one component plasmas by the method of moments [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/9474

A pesquisa realizada tratou do estudo de modelos de estimação da relação ar-combustível e de identificação do tipo de combustível usando o sinal da pressão no cilindro em um motor quatro tempos automotivo, alimentado com gasolina brasileira tipo C, etanol e misturas destes combustíveis. Foi montada uma bancada dinamométrica para realização de testes em um motor originalmente projetado para operar com etanol e que possui relação de compressão de 13,44:1. Durante os testes do motor foram coletados dados referentes às variáveis de desempenho e emissões de gases de exaustão. Os dados coletados em plena carga foram analisados utilizando parâmetros estatísticos e confrontados com os resultados esperados segundo a literatura. As variáveis independentes disponibilizadas nos testes do motor foram utilizadas em conjunto com a aplicação do método dos momentos e da razão de pressões no sinal da pressão no cilindro para o desenvolvimento de novos modelos de estimação da relação ar-combustível e de identificação do tipo de combustível. Os modelos obtidos na presente pesquisa mostraram-se capazes de estimar a relação ar-combustível, sendo sensíveis à variação da composição do combustível nesta estimativa, e de identificar o tipo de combustível utilizado no motor. / This research addressed the study of models for estimating the air-fuel ratio and identifying the type of fuel by in-cylinder pressure signal in a four stroke automotive engine fueled with Brazilian gasoline C type, ethanol, and blends of these fuels. A dynamometer was assembled for tests in an engine originally designed to operate with ethanol and with a 13.44:1 compression ratio. During the engine tests, data were collected related to the performance and exhaustion gas emission variables. Data collected at full load were analyzed using statistical parameters and compared with the expected results according to the literature. The independent variables provided by the engine tests were used together with application of the method of moments and the pressure ratio for in-cylinder pressure in order to develop new models for estimating the air-fuel ratio and to identify the fuel type. The models obtained in this research proved to be capable of estimating the air-fuel ratio, being sensitive to the variation in the type of fuel used in such estimations, and of identifying the type of fuel used in the engine.

Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia baseada na aplicação do método dos momentos conjugado à aproximação por diferenças finitas, para análise no domínio do tempo da distribuição de correntes transitórias em meios condutores. O procedimento computacional permite que sejam considerados sistemas de condutores longos, com seção transversal genérica, discretizados em elementos filiformes. Assim, a equação integral que descreve o problema é substituída por uma representação matricial. No caso de meios não homogêneos, o método dos elementos finitos é usado para a obtenção da matriz que permite a solução do problema. Como o método proposto baseia-se na solução passo a passo no tempo, é interessante, para maior eficiência computacional, que as matrizes tenham sua dimensão reduzida, o que pode ser realizado por meio da Transformada Discreta Wavelet, como investigado no trabalho. Também é feita uma análise da estabilidade do procedimento computacional, para verificação das condições de aplicabilidade do mesmo. A validação do procedimento desenvolvido é feita a partir da comparação dos resultados obtidos para problemas com solução já conhecida por meio de medições ou por outros métodos de resolução. São apresentados resultados da aplicação do método proposto a alguns casos de interesse prático, na área de Compatibilidade Eletromagnética, destacando-se a análise do efeito de blindagem e o estudo de crosstalk em um sistema multicondutor. O procedimento desenvolvido ainda pode ser aprimorado com a utilização de elementos com formas mais gerais do que a filiforme proposta, permitindo sua extensão a problemas tridimensionais. Também pode ser estudado o pré-condicionamento da matriz a ser reduzida pela aplicação da Transformada Wavelet, a fim de permitir um melhor desempenho do processo computacional. / In this work, a methodology is developed, based on the application of the moment method associated to a finite difference approximation, for time domain analysis of transient current distribution in conducting media. The computational procedure allows that long conductors with any cross section can be considered, approximated by filamentary elements. Thus, the integral equation that describes the problem is substituted by a matrix representation. In the case of non homogeneous regions, the finite element method is used to obtain the matrix that allows the solution of the problem. As the proposed method works in a time step by step scheme, it is interesting, for increased computational efficiency, to reduce the size of the involved matrices. This can be done by application of the Discrete Wavelet Transform, as investigated in this work. An analysis of the numerical stability of the computational procedure is also done, aiming to establish its applicability conditions. Validation of the numerical procedure developed is done by comparing the results obtained for problems whose solution is known by measurement or by another method. Some problems of practical interest in Electromagnetic Compatibility were solved and the results are presented, concerning particularly shielding effects and multi conductor crosstalk. The developed procedure can be improved employing elements with more general shapes, besides the filamentary ones, allowing the consideration of three dimensional systems. Also, pre conditioning of the matrices before application of the Wavelet Transform can be studied, for a better performance of the method.

A modelagem do espalhamento eletromagnético de alvos, na faixa de micro-ondas, é abordada neste trabalho, sendo estes alvos representados por estruturas com múltiplas camadas quirais (meios bi-isotrópicos recíprocos) confinadas entre a região de espaço livre e um meio linear, homogêneo e isotrópico. Interfaces planas separam as camadas destas estruturas, onde se admite a existência de elementos espalhadores capazes de suportar densidades superficiais de corrente elétrica e/ou magnética. Os campos eletromagnéticos em tais estruturas são determinados através da técnica de onda completa no domínio espectral, possibilitando, assim, a obtenção das correspondentes funções de Green espectrais. Estes cálculos são realizados com auxílio de um novo formalismo que utiliza um conjunto mínimo destas funções. A excitação das estruturas em consideração é realizada através de ondas planas e uniformes, elipticamente polarizadas. A partir do conhecimento dos campos espalhados em cada interface é possível estabelecer um sistema de equações integrais, o qual é resolvido numericamente através do método dos momentos no domínio espectral. Método este que permite a determinação das componentes das densidades superficiais de corrente induzidas sobre os elementos espalhadores. Na aplicação do método dos momentos tais densidades superficiais de corrente, que podem ser elétrica ou magnética, são modeladas através de funções de base triangulares de subdomínios. Expressões assintóticas para as componentes do campo elétrico distante produzido pelos espalhadores também são estabelecidas. A potencialidade da modelagem eletromagnética desenvolvida é demonstrada através da caracterização eletromagnética de estruturas isotrópicas e quirais contendo elementos espalhadores simples (dipolos elétrico e/ou magnético planos), assim como da simulação de imagens SAR polarimétricas. Esta caracterização é realizada através de atributos polarimétricos comumente usados no processamento de imagens SAR para a discriminação de alvos na superfície terrestre. A geração de imagens SAR polarimétricas é realizada a partir de estruturas que contêm somente camadas lineares, homogêneas e isotrópicas, sendo estas imagens avaliadas a partir de características intrínsecas de imagens SAR reais.

Neste trabalho são analisadas as figuras de mérito de antenas helicoidais, de microfita e redes de dipolos, operando na faixa de freqüências de comunicação e navegação via satélite na banda L, na presença de aeronaves. É utilizada primordialmente a técnica híbrida UTD/MoM do simulador SuperNEC, onde as antenas são modeladas pelo MoM e a aeronave é modelada pela técnica UTD. Além disso, é analisado o comportamento das antenas helicoidal e monopolo na presença da aeronave feita de material composto de fibra de carbono, cujos modelos são simplificados para viabilizar a análise do ponto de vista computacional. Inicialmente é feita uma breve descrição dos simuladores eletromagnéticos, ressaltando a idéia básica da técnica híbrida UTD/MoM. Em seguida são apresentados os projetos das antenas supracitadas realizados com auxílio dos simuladores, onde também são analisadas situações envolvendo os efeitos de reflexão, difração e obstrução em estruturas UTD mais simples. É feito uma análise comparativa de antenas na presença de placas feitas de composto de fibra de carbono e alumínio, onde os resultados teóricos e experimentais mostraram-se semelhantes para ambos os materiais. Finalmente, é realizada a análise dos efeitos causados nas figuras de mérito das antenas devido às várias partes que compõem a estrutura da aeronave. Utilizando este procedimento é possível identificar mais claramente cada efeito produzido pela estrutura da aeronave, possibilitando que sejam realizadas ações preventivas para obter uma melhor abordagem em testes de desenvolvimento, bem como um melhor desempenho operacional dos sistemas. Os procedimentos e resultados apresentados neste trabalho são considerados satisfatórios do ponto de vista de posicionamento preliminar de antenas sobre aeronaves, ressaltando-se a vantagem computacional da técnica híbrida. Contudo, a busca em modelar toda a estrutura da aeronave usando técnicas de onda completa ainda deve ser perseguida a fim de aumentar a acurácia dos resultados.

Neste trabalho é estabelecido um modelo para análise dos campos eletromagnéticos irradiados por uma abertura eletromagnética localizada no plano de terra de uma microfita. Neste modelo, a antena é tratada como um problema de contorno e as equações de ondas para os campos eletromagnéticos, no vácuo e no substrato de microficha, são resolvidas no domínio de Fourier. Inicialmente são determinados os campos eletromagnéticos irradiados pela estrutura em questão, na hipótese da microfita de alimentação ser sustentada por um substrato chiral. Expressões assintóticas para os campos distantes irradiados pela antena, isto é, campos na região de Fraunhofer, são obtidas com o auxílio do método da fase estacionária. Em seguida, considerando a versatilidade dessa estrutura, são analisadas as características de irradiação de um dipolo elétrico curto impresso sobre o substrato chiral de uma fenda eletromagnética (dipolo magnético curto) coberta por uma camada chiral. São discutidos os efeitos da chiralidade sobre as diretividades dessas antenas e sobre os diagramas de irradiação, com destaque para os fenômenos relacionados com a rotação desses diagramas. Para o caso particular em que a fita de alimentação é sustentada por substrato achiral, são determinadas as expressões para os campos eletromagnéticos e respectivas funções de Green espectrais. A partir dessas, são estabelecidas as equações integrais cujas incógnitas são a densidade de corrente elétrica sobre a fita e a componente tangencial do campo elétrico ao longo da abertura. As soluções dessas equações são estruturadas com o auxílio do método dos momentos. Impedâncis de entradas de antenas de microfita retangulares e de fitas condutoras são apresentadas como resultado do programa ANTIB, implementado em FORTRAN 77. Um protótipo de uma fenda eletromagnética alimentada por uma microfita foi construído e ensaiado. Os resultados obtidos estão em boa concordância com os previstos pelo programa ENSEMBLE (marca registrada).

Neste trabalho é apresentado um modelo dinâmico para a análise de uma estrutura multicamadas anisotrópicas uniaxiais, com o eixo óptico normal ao plano das interfaces. Utilizando o formalismo de Fourier, que encaminha o problema para o domínio espectral, são obtidas expressões simples e fechadas para as amplitudes dos campos transformados, nas diversas camadas da estrutura. O modelo é empregado, inicialmente, na análise de uma antena de microfita excitada por uma abertura localizada no plano terra de uma linha de fita. São determinadas e analisadas suas funções de Green espectrais. Modos de propagação em um guia de placas paralelas com substratos anisotrópicos uniaxiais são também estudados, pois tais modos poderão ser excitados nos substratos da linha de fita que alimenta a antena em consideração. Para o caso particular de uma antena de fenda retangular, coberta por uma camada de proteção e alimentada com uma linha de fita, são estabelecidas as equações integrais para o cálculo, via método dos momentos, da densidade de corrente magnética ao longo da fenda, da densidade de corrente elétrica, da impedância característica, da constante de propagação e do coeficiente de reflexão da linha de fita que alimenta a fenda. Efeitos da anisotropia uniaxial sobre os parâmetros acima citados são apresentados e discutidos. Desses, são particularmente interessantes os produzidos sobre as impedâncias de entrada da antena de fenda e da linha de fita terminada abruptamente. Outros resultados importantes, que auxiliaram na validação do programa desenvolvido, foram obtidos para estruturas com substratos isotrópicos. Esses resultados estão em boa concordância com os calculados por programas comerciais.

Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia baseada na aplicação do método dos momentos conjugado à aproximação por diferenças finitas, para análise no domínio do tempo da distribuição de correntes transitórias em meios condutores. O procedimento computacional permite que sejam considerados sistemas de condutores longos, com seção transversal genérica, discretizados em elementos filiformes. Assim, a equação integral que descreve o problema é substituída por uma representação matricial. No caso de meios não homogêneos, o método dos elementos finitos é usado para a obtenção da matriz que permite a solução do problema. Como o método proposto baseia-se na solução passo a passo no tempo, é interessante, para maior eficiência computacional, que as matrizes tenham sua dimensão reduzida, o que pode ser realizado por meio da Transformada Discreta Wavelet, como investigado no trabalho. Também é feita uma análise da estabilidade do procedimento computacional, para verificação das condições de aplicabilidade do mesmo. A validação do procedimento desenvolvido é feita a partir da comparação dos resultados obtidos para problemas com solução já conhecida por meio de medições ou por outros métodos de resolução. São apresentados resultados da aplicação do método proposto a alguns casos de interesse prático, na área de Compatibilidade Eletromagnética, destacando-se a análise do efeito de blindagem e o estudo de crosstalk em um sistema multicondutor. O procedimento desenvolvido ainda pode ser aprimorado com a utilização de elementos com formas mais gerais do que a filiforme proposta, permitindo sua extensão a problemas tridimensionais. Também pode ser estudado o pré-condicionamento da matriz a ser reduzida pela aplicação da Transformada Wavelet, a fim de permitir um melhor desempenho do processo computacional. / In this work, a methodology is developed, based on the application of the moment method associated to a finite difference approximation, for time domain analysis of transient current distribution in conducting media. The computational procedure allows that long conductors with any cross section can be considered, approximated by filamentary elements. Thus, the integral equation that describes the problem is substituted by a matrix representation. In the case of non homogeneous regions, the finite element method is used to obtain the matrix that allows the solution of the problem. As the proposed method works in a time step by step scheme, it is interesting, for increased computational efficiency, to reduce the size of the involved matrices. This can be done by application of the Discrete Wavelet Transform, as investigated in this work. An analysis of the numerical stability of the computational procedure is also done, aiming to establish its applicability conditions. Validation of the numerical procedure developed is done by comparing the results obtained for problems whose solution is known by measurement or by another method. Some problems of practical interest in Electromagnetic Compatibility were solved and the results are presented, concerning particularly shielding effects and multi conductor crosstalk. The developed procedure can be improved employing elements with more general shapes, besides the filamentary ones, allowing the consideration of three dimensional systems. Also, pre conditioning of the matrices before application of the Wavelet Transform can be studied, for a better performance of the method.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4532.pdf: 2259223 bytes, checksum: 927ad22b01aa4c0e8c6d03508ad75975 (MD5) Previous issue date: 2012-04-26 / Universidade Federal de Sao Carlos / Gold nanoparticles have properties with great interest in applications in biomedicine, catalysis, optics and electronics. This study seeks to produce stable, size-homogeneous and well-dispersed particles. The chosen method is the reduction of metallic ions by organic salts in aqueous medium. The organic compounds act as stabilizers and their interactions with the metallic surface defines the particles final characteristics. Sodium citrate was tested as reducing agent. The influence of operational parameters such as temperature, acidity, stoichiometric relations in the nucleation, growth process and size particle was tested. Spectroscopy of UV-visible, scanning and transmission electron microscopy were used as characterization technics. It was concluded that increasing the temperature the particle size and the standard deviation decrease and the produced particles are more uniform in morfology. The nucleation is favored for higher temperatures of reaction, for lower acidity and higher concentration of sodium citrate solution. The particles are formed by clusters which agglomerate and nanowires that incorporate into the face centered cubic crystal structure. UV spectroscopy was efficient in evaluating qualitatively the reaction development and the growth of particles. And with that technique it was observed that transverse polarization of the particles was predominant. The reaction conditions temperature of 80ºC, initial pH of the citrate sodium solution in 8 and 10 e molar relations about 5 produced particles with narrow size distribution and 17 nm of median diameter. / As nanopartículas de ouro possuem propriedades que permitem aplicações com grande interesse em biomedicina, catálise, óptica e eletrônica. O presente estudo objetivou produzir nanopartículas de ouro monodispersas, estáveis e com tamanho homogêneo. por meio da técnica da redução de íons metálicos com sais. O componente orgânico age como estabilizador e suas interações com a superfície metálica define as características finais da partícula. O componente escolhido foi o citrato de sódio testado como agente redutor. Foram estudados os efeitos de parâmetros operacionais, como acidez, temperatura, relação estequiométrica do sistema na nucleação, crescimento e tamanho médio das partículas. Na caracterização das partículas foram utilizadas técnicas de espectrosfotometria de UV-visível, microscopia eletrônica de transmissão e de varredura. Conclui-se que aumentando a temperatura, o tamanho e o desvio-padrão das partículas produzidas decrescem e levam a maior uniformidade de formato. A nucleação é favorecida para maiores temperaturas, menor acidez da solução do agente redutor e maior concentração da solução de citrato de sódio. As partículas são formadas por clusters que se aglomeram e nanofios que se incorporam à estrutura cristalina cúbica de face centrada. A partir da espectroscopia por UV-visível observou a predominância de partículas isotrópicas com caráter de polarização transversal. Essa técnica se mostrou eficiente como avaliador qualitativo da evolução reacional e de crescimento das partículas. As condições de 80ºC pH 8 e 10 e relação molar 5, produziram partículas com distribuição mais estreita e de tamanho em torno de 17 nm.

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