Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matermáticas. Programa de Pós-graduação em Física / Made available in DSpace on 2013-06-26T00:01:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 310224.pdf: 4063561 bytes, checksum: d45faf79cb286660546a8987c4a74a6e (MD5) / Nesta dissertação é apresentado o estudo de um modelo de rede simplificado que, através de uma abordagem mecânica estatística, busca descrever alguns mecanismos relacionados ao crescimento de tumores. Sítios de uma rede regular podem estar vazios ou ocupados por células normais ou cancerígenas. A evolução temporal da densidade de células é descrita através de uma equação Mestra, cujas taxas de transição dependem essencialmente das taxas de divisão celular, consideradas diferentes para cada tipo de célula. Trata-se de um modelo competitivo, cujos estados estacionários são determinados em função das taxas de divisão. Inicialmente, foram empregadas aproximações de campo médio de um e dois sítios, e posteriormente, simulações de Monte Carlo foram realizadas, para levar em conta o importante papel desempenhado pelas flutuações. / This dissertation presents the study of a simplified model, which through a statistical mechanics approach, try to describe some mechanisms related to tumor growth. The sites of a regular lattice can be empty or occupied by normal or cancer cells. The temporal evolution of the density of cells is described by a Master equation, whose transition rates depend essentially on the rate of cell division, considered to be different for each cell type. This is a competitive model, whose stationary states are determined as a function of the cell's division rates. Initially, we have employed mean field approximations, of one and two sites, and afterwards Monte Carlo simulations were performed to take into account the important role played by fluctuations.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física / Made available in DSpace on 2012-10-22T06:47:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 225288.pdf: 980048 bytes, checksum: 2008f5fa19f08bc2581100816a8426d1 (MD5) / Estudamos as propriedades magnéticas de sistemas finitos, em particular, de pequenas partículas formadas por um reduzido número de momentos magnéticos. Consideramos modelos simplificados onde os spins podem ser representados por variáveis de Ising ou contínuas. No caso em que as variáveis de spin são discretas, os modelos foram estudados em redes bidimensionais com simetria hexagonal. Para uma partícula cujos spins se acoplam antiferromagneticamente em seu núcleo, mostramos que as curvas de histerese e as suas correspondentes assimetrias devem ser atribuídas a uma desordem magnética do tipo vidro de spin na superfície da partícula. Mostramos ainda que para uma partícula ferrimagnética, formada por camadas alternadas de spins de Ising =1/2 e S=1 numa rede hexagonal, o ponto de compensação ocorre somente se o acoplamento entre os spins for ferromagnético. Para spins contínuos, modelos de Heisenberg clássicos, tanto ferro- quanto antiferromagnéticos, foram estudados em três dimensões, em função da temperatura, da anisotropia uniaxial e do campo magnético. Particularmente, no caso de interações antiferromagnéticas, determinamos o diagrama de fases do sistema no plano campo magnético versus temperatura, nos casos em que o campo é paralelo ou perpendicular ao eixo de fácil magnetização da partícula. Os campos de transição e suas dependências na temperatura foram determinados em função do diâmetro da partícula considerada. Em todos os estudos realizados neste trabalho utilizamos sistematicamente simulações de Monte Carlo e aproximações de campo médio.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2012-10-20T14:46:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O propósito deste trabalho é apresentar modelos teóricos para estudar a dinâmica e a morfologia de estruturas formadas através de processos de eletrodeposição. Para descrever a formação dos depósitos obtidos por esses modelos são utilizadas simulações de Monte Carlo, e conceitos de escala são empregados na caracterização de suas propriedades de crescimento e rugosidade. O primeiro modelo estudado teve como objetivo o entendimento da formação de textura em um processo de eletrodeposição. Considera-se a deposição aleatória de partículas com uma orientação escolhida dentro de um conjunto discreto de direções possíveis. O outro modelo desenvolvido neste trabalho é dedicado à descrição do processo de eletrodeposição, dando-se ênfase ao processo de nucleação instantânea onde foi possível obter transientes de corrente em função do tempo e também voltamogramas típicos aos obtidos experimentalmente. Para ambos os modelos estudados foi possível determinar os expoentes de rugosidade a, de crescimento b e o dinâmico z que estão de acordo com a relação de escala de Family-Vicsek.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matermáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-09-29T04:06:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334645.pdf: 2199209 bytes, checksum: 75d0bb83b3a3233875a3d3acebbbfddb (MD5) Previous issue date: 2015 / Neste trabalho desenvolvemos um estudo sobre motores moleculares. Um tema muito pesquisado na última década, e que se mostra cada vez mais amplo e interessante. Trabalhamos com modelos estocásticos a fim de modelar o movimento de proteínas motoras de transporte. Os principais exemplos desse tipo de proteína motora são a cinesina e a dineína que caminham sobre trilhos, também formados por proteínas, os microtúbulos. Realizamos simulações numéricas computacionais com o objetivo de determinarmos, como fica a ocupação média de equilíbrio dessas proteínas em determinadas configurações iniciais com três tipos de condições de contorno: condições de contorno periódicas, condições de contorno abertas em todos os sítios, e condições de contorno abertas apenas nas extremidades.Utilizamos dois tipos de análise em nosso estudo: integração das equações de movimento via método de Runge-Kutta de quarta ordem (RK4) e simulações de Monte Carlo (MC). Fizemos várias combinações dos parâmetros utilizados em nosso modelo a fim de simularmos diferentes situações, e analisamos os resultados comparando com os existentes na literatura. Nossos resultados estão de acordo com os obtidos na literatura relativamente à ocupação média de equilíbrio. Através das simulações de Monte Carlo também calculamos a ocupação média de pares vizinhos ao longo da cadeia.<br> / Abstract : In this work we present a study of molecular motors. This topic has been studied over the last decade and is of broad interest nowadays. We work with stochastic models in order to model the movement of transport motor proteins. The main examples of this type of motor proteins are kinesin and dynein walking on a track, also formed by proteins, the microtubule. Computer numerical simulations were performed in order to find out, mainly, how the equilibrium average occupancy of these proteins behave, in certain initial configurations and three types of boundary conditions: periodic boundary conditions, open boundary conditions at all sites and boundary conditions open only at the ends.We use two types of analysis in our study: integration of the equations of motion by the fourth order Runge-Kutta method (RK4) and Monte Carlo simulation (MC). We made many combinations of the parameters used, in order to simulate the most different situations and analyzed the results, comparing with previous studies. Our results were consistent with those obtained on the literature regarding the equilibrium average occupancy.Through Monte Carlo simulations we also calculated the average occupancy of neighboring pairs along the lattice.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-10-13T04:05:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334975.pdf: 4510653 bytes, checksum: 5c43561bde07982ea00bcae50c3fe7b1 (MD5) Previous issue date: 2015 / Nesta Tese investigamos as propriedades magnéticas de sistemas formados por nanopartículas magnéticas que apresentam um único domínio. Estudamos os possíveis tipos de ordenamento magnético em redes planares, especialmente nas redes quadrada e triangular. Mostramos a relevância das interações dipolares nos tipos de ordenamento obtidos bem como a influência das condições de contorno utilizadas. Consideramos ainda outros tipos de anisotropia, particularmente as anisotropias de campo cristalino com simetrias cúbicas e uniaxiais. Devido às dificuldades analíticas no tratamento dessas interações, utilizamos simulações de Monte Carlo em conjunto com o algoritmo de Metropolis. Entre os problemas estudados nesta Tese destacamos o comportamento reentrante da temperatura de bloqueio, e fenômenos de relaxação magnética associados à distribuição das barreiras de energia. Também analisamos a rotação dos eixos de anisotropia provocado pela presença de um campo magnético externo durante o processo de congelamento do sistema. Em todos os estudos realizados procuramos comparar nossos resultados com medidas experimentais realizadas recentemente.<br> / Abstract : In this Thesis we investigate the magnetic properties of magnetic nanoparticles systems that present a single domain. We study the possible types of magnetic ordering in planar lattices, specially in the square and triangular lattices. We show the importance of the magnetic dipolar interactions on the types of ordering as well as the effects of the boundary conditions. We also consider other types of anisotropy, particularly the magnetocrystalline anisotropies with cubic and uniaxial symmetries. Due to analytical dificulties to treat these magnetic interactions, we employ Monte Carlo simulations together with the Metropolis algorithim. Among the problems studied in this Thesis we focus the reentrant behavior of the blocking temperature, and magnetic relaxation phenomena related to the energy barrier distribution of nanoparticles. We also consider the rotation of the anisotropy axes due to the presence of an external magnetic field during the freezing process of the system. In all these studies we compared our results based on simulations with recent experimental measurements.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física / Made available in DSpace on 2013-07-16T00:58:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 222614.pdf: 1475319 bytes, checksum: d0ffc856c25e705ce7d8f3b66d4cf628 (MD5) / Neste trabalho estudamos a auto-agregação de moléculas anfifílicas em água em função da temperatura e da concentração através de simulações de Monte Carlo em uma rede bidi-mensional. Determinamos a concentração das moléculas anfifílicas livres e a distribuição de tamanhos de agregados P(n) como função da concentração total de surfactantes para di-ferentes temperaturas. Caracterizamos o grau de organização micelar e obtivemos um expo-ente associado a esta transição do estado micelar para o não micelar. Para este mesmo siste-ma, investigamos o efeito da interação entre agregados sobre a pressão. Desenvolvemos uma expressão para a pressão da solução micelar incluindo a contribuição da aproximação do segundo-virial. Verificamos que a contribuição das interações interagregados, que se torna importante apenas acima da concentração micelar crítica, corresponde a uma pequena fração da pressão do gás ideal. Também neste trabalho estudamos a evolução temporal dos agregados, onde mostramos que o processo de termalização baseado apenas na análise das curvas de energia não é suficiente. Calculamos os tempos de relaxação para os diferentes tamanhos de agregados bem como para o agregado médio, e mostramos como eles estão relacionados com os dois tempos característicos de sistemas micelares.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:39:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318486.pdf: 2298947 bytes, checksum: 4d85643adc04e7efd3642f24c5c049e4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Neste trabalho foram estudadas as propriedades de um sistema magnético finito para modelar uma nanopartícula magnética formada por um número reduzido de momentos de dipolo magnético devido ao spin dos átomos. A nanopartícula é do tipo núcleo/casca, no qual a casca é formada por spins que interagem com outros spins da casca via interação de troca antiferromagnética enquanto para os spins do núcleo essa interação é ferromagnética. Na interface núcleo/casca a interação entre os spins do núcleo com spins da casca pode ser tanto ferro quanto antiferromagnética. Para descrever os possíveis estados de spin utilizamos o modelo XY para os spins, no qual os spins são considerados como variáveis continuas, livres para apontar em qualquer direção do plano xy. Além da interação de troca, consideramos a anisotropia magnetocristalina, a anisotropia de troca e o efeito Zeeman. Nosso modelo foi estudado em uma rede com simetria quadrada, utilizando o método de Monte Carlo com a prescrição de Metropolis. Os resultados obtidos mostram que, na ausência de campo magnético externo, e da anisotropia de troca, o sistema passa continuamente de um estado ordenado para um estado desordenado em uma temperatura bem definida. Na presença de campos magnéticos externos o sistema apresenta o fenômeno do deslocamento dos ciclos de histerese apenas quando da introdução do termo de anisotropia de troca. Entretanto, tal deslocamento depende dos tamanhos do núcleo e da casca e também da intensidade do acoplamento entre os momentos da casca e do núcleo <br>

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matermáticas. Programa de Pós-graduação em Física / Made available in DSpace on 2012-10-24T12:50:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 265354.pdf: 2034487 bytes, checksum: e9ae2ea5d2e4afb816d7e9a75071d734 (MD5) / Este trabalho visa reproduzir a micelização de anfifílicas em água, realizando simulações computacionais que utilizam o Método de Monte Carlo para estudar as propriedades de uma solução micelar. O modelo escolhido para nosso estudo consiste numa mistura de moléculas de água e anfifílicas numa rede de três dimensões que possui uma geometria cúbica de corpo centrado (BCC). Aqui, as moléculas de água apresentam uma geometria tetraédrica e uma liberdade de reorientação de suas ligações com as suas vizinhas, simulando a formação e destruição de pontes de hidrogênio. A água também possui uma densidade variável, o que possibilita o aparecimento de diferentes fases do solvente para diferentes valores da densidade e da temperatura. As moléculas anfifílicas são representadas por sítios interconectados na rede, estes últimos podendo ter característica hidrofóbica ou hidrofílica. São realizadas simulações utilizando o método de Monte Carlo para diferentes densidades da água e diferentes temperaturas, sendo o foco principal a observação do comportamento de uma solução micelar quando há uma transição de fases do solvente. Diferentes variáveis termodinâmicas da solução - como a concentração micelar crítica (CMC), polidispersividade, constantes de associação e dissociação, tempos de relaxamento e difusão - são analisadas em função da densidade da água para diferentes temperaturas, e é observada uma clara influência da densidade e de uma transição de fases do solvente na dinâmica das micelas. Além disso, é investigada a mudança no comportamento das moléculas do solvente devido à presença das micelas, comparando a liberdade de reorientação de moléculas de água quando na superfície de uma micela e no solvente livre (bulk da solução). Observa-se uma diferença na correlação reorientacional para moléculas de água no bulk e moléculas de água vizinhas a micelas, e também a influência da fase em que o solvente se encontra nessa mesma correlação. Apesar de em nosso modelo as moléculas de água não formarem pontes de hidrogênio com as cabeças polares das anfifílicas, conseguimos reproduzir aqui, a partir de um modelo simples, um comportamento observado em estudos recentes que utilizam dinâmica molecular, que é a diferença na correlação reorientacional para moléculas de água próximas a micelas em relação àquelas do solvente livre.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-graduação em Física, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T14:42:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 286975.pdf: 1093886 bytes, checksum: 05e4860e403592e905912422db8046ad (MD5) / Nesta Tese estudamos o efeito do acoplamento dipolar nas propriedades magnéticas de dois tipos de sistemas. O primeiro deles consiste de duas pequenas partículas cujos spins estão acoplados ferromagneticamente. Cada partícula é descrita por uma estrutura bidimensional finita de spins interagindo através da hamiltoniana de Ising, ou por uma rede finita em duas ou três dimensões de spins interagindo através da hamiltoniana de Heisenberg com spins clássicos. Em ambas as situações temos um spin central rodeado por um número variável de camadas magnéticas. O acoplamento entre spins dentro de cada partícula é ferromagnético, e consideramos uma interação dipolar apenas entre as partículas. Nós investigamos o sistema bidimensional de spins de Ising através da aproximação de campo médio e simulações de Monte Carlo. A interação dipolar é calculada de duas maneiras diferentes. Em uma delas, assumimos que a interação dipolar ocorra entre momentos magnéticos efetivos localizados nos centros das partículas, e na outra, computamos diretamente as interações entre todos os pares de spins, um em cada partícula. Mostramos que a diferença entre os valores da energia dipolar calculada pelos dois métodos é descrita por uma lei de potência do tipo d5, onde d é a distância entre os centros das partículas. Calculamos a magnetização e a susceptibilidade em função da temperatura, do número de camadas e da distância entre os centros de partículas. Mostramos que a temperatura crítica aumenta com o número de spins em cada partícula, e isso é mais notável nos cálculos realizados através da aproximação de campo médio que nas simulações de Monte Carlo. O segundo problema estudado nesta Tese consiste de um conjunto de partículas de monodomínio. Este sistema é investigado através de simulações de Monte Carlo em três redes diferentes. Consideramos uma rede cúbica simples, uma rede cúbica de face centrada e uma estrutura tipo líquido. As partículas são acoplados pela interação dipolar de longo alcance e apresentam uma anisotropia uniaxial, cuja magnitude é escolhida a partir de uma distribuição de Gauss e cujos eixos de fácil magnetização estão orientados aleatoriamente no espaço tridimensional. Determinamos a temperatura de bloqueio e as curvas de histerese em função da razão entre as magnitudes da interação dipolar e da anisotropia uniaxial. Mostramos que a remanência e o campo coercivo dependem fortemente da estrutura considerada. Estes resultados são comparados com aqueles obtidos para um sistema de partículas não interagentes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-26T00:26:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 301152.pdf: 709239 bytes, checksum: 9c0e3eebf91c489312e5aa1a838a23d0 (MD5) / Este trabalho apresenta uma metodologia para determinação do nível ótimo de contratação de energia elétrica, tendo como objetivo a minimização do valor esperado do risco ao mercado spot, para grandes consumidores. Para aplicação da metodologia, são avaliados três consumidores com diferentes perfis de consumo, e são criadas curvas empíricas de distribuição de probabilidade normal e log-normal com intuito de representar os dados utilizados de consumo mensal de energia elétrica e da média mensal do preço de liquidações de diferenças, respectivamente. Na continuidade, é utilizada a simulação Monte Carlo, na busca por estabelecer, aleatoriamente, cenários futuros de consumo e preço de energia elétrica. Posteriormente, são simulados possíveis cenários de contratação de energia elétrica, e a convolução destas curvas empíricas faz com que sejam obtidos os valores de exposição ao mercado spot. O risco à não contratação de energia elétrica, é quantificado por ferramentas de análise de decisão sob risco utilizadas na indústria financeira. Tendo em vista a redução do valor esperado do risco, são propostas a gestão integrada do risco e o uso da geração de energia elétrica com o óleo diesel. Neste trabalho, propõe-se um modelo computacional baseado na técnica de simulação Monte Carlo, que auxilie o tomador de decisões na definição do quanto de energia elétrica deve ser contratada. O modelo proposto é aplicado ao Setor Elétrico Brasileiro, com o intuito de demonstrar sua viabilidade prática e conceitual. / This work presents a methodology for determining the optimal level for purchasing electricity, with the purpose of minimizing the risk to the expected value of spot market, for large consumers. For application of the methodology are assessed three consumers with different consumption characteristic, and are created empirical probability distribution of normal and log-normal curves with the aim of representing the data used for monthly consumption of electricity and the monthly average settlement price differences, respectively. Continuing, it uses a Monte Carlo simulation, in seeking to establish, at random, future scenarios of consumption and price of electricity. Subsequently, possible scenarios are simulated of electricity hiring, and convolution of these empirical curves makes them obtained the values of exposure to the spot market. The risk of non-contracting electricity is quantified by analysis tool used for decision making under risk in the financial industry. In order to reduce the expected value of risk, are proposed integrated management of risk and use of electric power generation with diesel oil. In this works, we propose a computational model based on Monte Carlo simulation technique, which helps the decision maker in defining how much power should be hired. The proposed model is applied to the Brazilian Electricity Sector, in order to demonstrate its practical and conceptual feasibility.