In this thesis, we study some aspects of the transmission of a monochromatic electromagnectic plane wave inciding into some configurations of multilayered films. Using a transfer matrix formalism, we firstly investigate the case of a binary sequence of N dielectric layers distributed in a random way, where the layer parameters follow the Bragg condition (nAdA = nBdB). We could observe that the mode for which the optical thickness of the layers corresponds to half-wavelength is insensitive to disorder and fully transparent. The average transmission in a frequency range around this resonance decays as 1/N1/2, and the localization length diverges quadratically as this resonance mode is approached. In the vicinity of the quarter-wavelength, the localization length diverges logarithmically and the frequency averaged transmission exhibits an stretched exponential dependence on the total thickness. At the quarter-wavelength resonance, the Lyapunov exponent for different realizations of disorder has a Gaussian distribution leading to distinct scaling laws for the geometric and arithmetic averages of the transmission. The scaling laws for the half-and quarter-wavelength modes are analogous to those found in electronic onedimensional Anderson models with random dimers and pure off-diagonal disorder, respectively, which are known to display similar violations of the usual exponential Anderson localization. These scale behavior were compared with the case of a disordered structure where one kind of constituint material is a metamaterial. We observe that the spectrally averaged transmission in a frequency range around the fully transparent resonant mode is shown to decay faster as the number of layer increases (1/N). The interplay of strong localization and the emergence of resonant modes within the gap leads to a non-monotonous disorder dependence of the transmission that reaches a minimum at an intermediate disorder strength. Using the same layer parameters of the first case, we investigate the influence of a binary aperiodic incommensurated sequence of layers. The aperiodicity is introduced by considering the sequence of refractive indices to follow a sinusoidal function whose phase ϕ varies as a power-law of the layer index (ϕ ∝ jν). For ν > 1 the resulting sequence is effectivelly uncorrelated leading to the usual Anderson localization of light. The crossover from a uniform structure at ν = 0 to a quasi-periodic structure at ν = 1 is signaled by a minimum at the spectrally averaged transmission. We perform a spectral analysis of the refractive index sequence to show its close connection to the main features exhibited by the averaged optical transmittance. The last case studied is about the inclusion of a cholesteric liquid crystal (ChLC) in the film composition. We considered a single-pitched ChLC multilayered system with quasiperiodic Fibonaccian phase defects as well as an alternate sequence of single-pitched ChLC and isotropic dielectric layers. Using the Berreman 4 × 4 matrix formalism, we numerically obtain the reflection spectrum and the chromaticity diagram of these structures. The associated chromaticity is shown to depend on the incidence angle. However, for the ChLC Fibonaccian phase defect system, the color shift can be controlled by the defect angle α. For the F4 generation and α = π/3, the chromaticity of the reflected light remains close to the white color region for a wide range of incidence angles, followed by a blue-shift at intermediate incidence angles. This is the setup that produces the nearest omnidirectional red-green-blue condition for the reflection spectrum. On the other hand, the structure with alternate ChLC and isotropic layers exhibits a complex sequence of color shifts when the incidence angle is increased. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nesta tese, estudamos vários aspectos da transmissividade de uma onda eletromagn ética plana monocromática incidindo sobre algumas configurações de filmes de multicamadas. Aplicando o formalismo de matriz de transferência, inicialmente tratamos o caso de uma sequencia binária de N camadas dielétricas distribuidas aleatoriamente, cujas características das camadas obedecem à condição de Bragg (nAdA = nBdB). Vemos que o modo para o qual o caminho óptico das camadas corresponde a meio comprimento de onda da luz incidente é insensível à desordem e completamente transparente. A média da transmissão na região de frequência ao redor desta ressonância cai com 1/N1/2 e o comprimento de localização diverge quadraticamente à medida que a frequência da luz se aproxima desta ressonância. Na vizinhança dos modos de quarto de onda, o comprimento de localização diverge logaritmicamente e a média espectral da transmissão apresenta uma dependência com N do tipo exponencial alongada. Ainda neste modo, o expoente de Lyapunov para diferentes realizações de desordem apresenta uma distribuição Gaussiana, levando a leis de escala distintas para as médias geométrica e aritmética da transmissão. As leis de escala para os modos de meio e quarto de onda apresentam-se análogas às obtidas no modelo eletrônico 1D de Anderson com dímeros aleatórios e com desordem nos termos de hopping do hamiltoniano respectivamente. Estes sistemas são conhecidos por apresentarem uma violação similar para a localização exponencial de Anderson usual. Estes comportamentos de escala foram comparados ao caso de uma estrutura desordenada onde uma das camadas é constituida por metamaterial. Vimos que a média espectral da transmissão ao redor do modo completamente transmissível decai de maneira mais rápida com o aumento do número de camadas (1/N). A ação conjunta da forte localização e do surgimento de modos ressonantes dentro da banda proibida leva a uma dependência não-monotônica da transmissão com o grau de desordem, que atinge um mínimo para um grau de desordem intermediário. Utilizando os mesmos parâmetros de construção do primeiro caso, investigamos a influência de uma distribuição binária de camadas aperiódica incomensurável. A aperiodicidade é introduzida baseando-se em uma lei senoidal cuja fase ϕ varia como uma lei de potência do índice das camadas (ϕ ∝ jν). Para ν > 1, a sequência resultante é efetivamente descorrelacionada, levando à localização de Anderson usual da luz. A transição de uma estrutura uniforme em ν = 0 para uma estrutura quasi-periódica em ν = 1 é assinalada por um mínino na média espectral da transmissão. Realizamos uma análise espectral do sequência de índices de refração para mostrar sua íntima relação com o comportamento encontrado para a média da transmissão. O último caso de multicamada estudado trata-se da utilização de cristal líquido colestérico (ChLC) na composição do filme. Consideramos uma estrutura de ChLC com ângulos de defeito que obedecem uma sequência quasi-periódica de Fibonacci assim como uma estrutura formada por camadas alternadas de ChLC e dielétrico isotrópico. Utilizando o formalismo matricial de Berreman, obtivemos o espectro de reflexão e o diagrama cromático destas estruturas. A cromaticidade associada apresentou dependência com o ângulo de incidência. No entanto, para o caso com ângulo de defeito Fibonnaciano, o deslocamento cromático pode ser controlado pelo ângulo de defeito α. Para a geração F4 com α = π/3, a cromaticidade da luz refletida se mantém próxima à região do branco para um largo intervalo de ângulos de incidência, seguido por um deslocamento para o azul em incidências intermediários. Esta configuração se aproxima de um refletor RGB omnidirecional. Por outro lado, a estrutura com camadas alternadas exibe uma sequência complexa de deslocamentos cromáticos com o aumento do ângulo e incidência.

Neste trabalho, é apresentada uma formulação apropriada à análise de guias de ondas eletromagnéticos, cobrindo do espectro de microondas até o da óptica. Nas regiões a partir do ultravioleta, os comprimentos de onda são equivalentes às dimensões atômicas e a formulação necessita de uma abordagem quântica, que não é considerada neste estudo. A formulação é fundamentada nos métodos vetorial magnético e dos elementos finitos (MEF), em meios não homogêneos, anisotrópicos e não dissipativos, embora a dissipação possa ser facilmente introduzida na análise. Deu-se preferência à formulação com o campo magnético em vez do elétrico, pelo fato do campo magnético ignorar descontinuidades elétricas. Ele é contínuo em regiões de permeabilidade homogênea, propriedade dos meios dielétricos em geral ( = 0), independente da permissividade dos respectivos meios, conquanto os campos elétricos sejam descontínuos entre regiões de permissividades diferentes. / This work presents a suitable formulation to the analysis of electromagnetic waveguide, covering the spectrum of the microwave to optics. In regions from the ultraviolet, the wavelengths are equivalent to atomic dimensions and the design needs a quantum approach, which is not considered in this study. The formulation is based on the magnetic vector and the finite element methods (FEM), in non-homogeneous, anisotropic and non-dissipative dielectric materials, while the dissipation can be easily introduced in the analysis. Preference was given to the formulation with the magnetic field, because the magnetic field ignores electrical discontinuities. It is continuous in regions of homogeneous permeability, property of all dielectric materials (=0), independent of the permissiveness of respective regions, while electric fields are discontinuous between regions of different permittivities.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This thesis presents an evaluation methodology to optimize parameters in a model of propagation of electromagnetic waves in the troposphere. The propagation model is based on parabolic equations solved by Split-Step Fourier. This propagation model shows good efficiency and rough terrain situations where the refractivity varies with distance. The search for optimal parameters in models involving electromagnetic waves requires a large computational cost, especially in large search spaces. Aiming to reduce the computational cost in determining the parameter values that maximize the field strength at a given position of the observer was developed an application called EP-AG. The application has two main modules. The first is the propagation module that estimates the value of the electric field in the area of a given terrain irregularities and varying with the refractivity with distance. The second is the optimization module which finds the optimum antenna height and frequency of operation that lead the field to the maximum value of the land in a certain position. Initially performed only the propagation module using different profiles of land and refractivity. The results shown by contours and profile field shown the efficiency of the model. Subsequently to evaluate the optimization by genetic algorithms were used two different settings as well as the irregularity of the terrain, refractivity profile and size of the search space. In each of these settings picked up a point observation in which the value of the electric field served as a metric for comparison. At this point, we determined the optimal values of the parameters by the brute force method and the genetic algorithm optimization. The results showed that for small search spaces virtually no reduction of the computational cost, however for large search spaces, the decrease was very significant and relative errors much smaller than those obtained by the method of brute force. / Esta tese apresenta uma avaliação metodológica para otimizar parâmetros em um modelo de propagação de ondas eletromagnéticas na troposfera. O modelo de propagação é baseado em equações parabólicas resolvidas pelo Divisor de Passos de Fourier. Esse modelo de propagação apresenta boa eficiência em terrenos irregulares e situações em que a refratividade varia com a distância. A busca de parâmetros ótimos em modelos que envolvem ondas eletromagnéticas demanda um grande custo computacional, principalmente em grandes espaços de busca. Com o objetivo de diminuir o custo computacional na determinação dos valores dos parâmetros que maximizem a intensidade de campo em uma determinada posição do observador, foi desenvolvido um aplicativo denominado EP-AG. O aplicativo possui dois módulos principais. O primeiro é o módulo de propagação, que estima o valor do campo elétrico na área de um determinado terreno com irregularidades e com a refratividade variando com a distância. O segundo é o módulo de otimização, que encontra o valor ótimo da altura da antena e da frequência de operação que levam o campo ao valor máximo em determinada posição do terreno. Inicialmente, executou-se apenas o módulo de propagação utilizando diferentes perfis de terrenos e de refratividade. Os resultados apresentados através de contornos e de perfis de campo mostraram a eficiência do modelo. Posteriormente, para avaliar a otimização por algoritmos genéticos, foram utilizadas duas configurações bem diferentes quanto à irregularidade do terreno, perfil de refratividade e tamanho de espaço de busca. Em cada uma dessas configurações, escolheu-se um ponto observação no qual o valor do campo elétrico serviu de métrica para comparação. Nesse ponto, determinou-se os valores ótimos dos parâmetros pelo método da força bruta e pela otimização por algoritmo genético. Os resultados mostraram que, para pequenos espaços de busca, praticamente não houve redução do custo computacional, porém, para grandes espaços de busca, a redução foi muito significativa e com erros relativos bem menores do que os obtidos pelo método da força bruta. / Doutor em Ciências

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRubem.pdf: 3958802 bytes, checksum: 559985052b43efb925ede65de47826ff (MD5) Previous issue date: 2011-08-26 / This thesis aims at presenting a systematic study of resolution of two-dimensional problems of electromagnetic wave scattering, by conducting and homogeneous or non-homogeneous dielectric media, involving singular sources, large wavenumbers and absorbing boundary conditions, governed by the scalar Helmholtz equation. The resolution of this class of problems through the Finite Element Method, raises several orders of difficulty. The first one comes from the presence of singular sources, having been overcome by adopting a technique of singularity removal. Another one is related to the undefined character of the Helmholtz operator for large wavenumbers, which results in the so-called pollution error of the approximated solution. This error is minimized through a new formulation of Petrov-Galerkin, using quasi optimal weighting functions, called Quasi Optimal Petrov-Galerkin (QOPG) method. The QOPG method, originally developed for homogeneous media, is extended to treating problems with non-homogeneous media as well. Finally, the effects of Bayliss-Turkel absorbing boundary conditions on the quality of the numerical solutions is also evaluated. / Esta tese tem por objetivo apresentar um estudo sistemático da resolução,em duas dimensões espaciais, de problemas de espalhamento de ondas eletromagnéticas por meios condutores e meios dielétricos homogêneos e heterogêneos, envolvendo fontes singulares, números de onda elevados e condições de contorno absorventes, modelados pela equação de Helmholtz. A resolução dessa classe de problemas pelo Método dos Elementos Finitos apresenta dificuldades de várias ordens. A primeira decorre da presença de fontes singulares, tendo sido superada pela adoção de uma técnica de remoção de singularidades. Uma outra decorre do caráter indefinido do operador de Helmholtz para números de onda elevados, o que resulta em um erro de aproximação denominado erro de poluição. A minimização desse erro foi obtida utilizando-se a nova formulação de Petrov-Galerkin, com funções peso quase ótimas, denominada método Quasi Optimal Petrov-Galerkin (QOPG). O método QOPG, originalmente desenvolvido para meios homogêneos, foi adaptado para tratar problemas em meios heterogêneos. Finalmente, consideram-se os efeitos das condições de contorno absorventes de Bayliss-Turkel sobre a qualidade das soluções obtidas.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-03-06T16:54:08Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseSuperficiesPlanares.pdf: 3195023 bytes, checksum: 021cea5c18740092898cc45ac72781b1 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-22T13:58:23Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseSuperficiesPlanares.pdf: 3195023 bytes, checksum: 021cea5c18740092898cc45ac72781b1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T13:58:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseSuperficiesPlanares.pdf: 3195023 bytes, checksum: 021cea5c18740092898cc45ac72781b1 (MD5) Previous issue date: 2016-01-28 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho são analisadas as propriedades de espalhamento de ondas eletromagnéticas no grafeno na faixa de frequências de THz, bem como dispositivos plasmônicos baseados em estruturas planares deste material na mesma faixa de frequências. O trabalho está apresentado na forma de agregação de quatro artigos científicos. O primeiro artigo faz uma análise numérica da propagação de ondas plasmônicas em elementos de grafeno submetidos à incidência de ondas em THz. A influência de fatores como geometria, potencial químico ângulo de incidência e polarização são analisados. O resultado deste artigo foi base para a proposta de dois dispositivos (artigos 2 e 3) baseados em superfícies seletivas de frequência (FSS) que operam na faixa de THz e compostos unicamente por elementos de grafeno e substrato dielétrico, sem a necessidade de inserção de outros metais. O primeiro dispositivo consiste em um filtro eletromagnético construído por um arranjo de anéis espessos de grafeno postos em ambos os lados de um substrato dielétrico. O segundo apresenta a proposta inédita de um dispositivo multifuncional baseado em grafeno que pode operar tanto como um filtro eletromagnético, dinamicamente ajustável, quanto como uma chave eletromagnética. Ambos os dispositivos operam baseados no efeito de Fano ressonância. O quarto artigo apresenta um método de análise de FSS baseada em teoria de grupos e que utiliza as componentes transversais e longitudinais da corrente induzida na estrutura. Este método permite prever maior informação acerca das propriedades do dispositivo, quando comparado a aproximações existentes que se baseiam somente as componentes longitudinais da corrente. Como aplicação deste método, é sugerido e analisado um arranjo periódico de elementos de grafeno. / In this work we analyse the properties of scattering of electromagnetic waves in graphene surfaces and the planar plasmonic based devices made of the same material, both in THz frequency region. The work is presented in form of four scientific papers. In the first one a numerical analysis of the plasmonic waves propagation in graphene elements is performed. The influence of geometrical configuration, chemical potential variation, angle of incidence and polarizations is analysed. That results give us the information to project two devices (the second and third) based on frequency selective surfaces (FSS) on THz range and that are composed only by graphene elements and dielectric substrates without the insertions of different metals. The first device consists in a THz electromagnetic filter made by an planar array of graphene ring-shaped elements placed in both sides of a dielectric substrate. The second device presents new multifunctional graphene device that can operate either as an electromagnetic, dynamically controlled, filter or as an eletromagnectic switch. Both devices operates based on Fano resonance effect. The fourth paper presents a new method of analysis of periodic planar structure, based on group theory approach. This method takes account the transversal and longitudinal components of induced current in the structure. By using this, one can obtain more information about the device properties than by using exitenting methods, which uses only longitudinal components of the induced currents. As application, we suggest an analyse a periodic array of graphene elements.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-04-27T15:02:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_SimuladorAvaliacaoInfluencia.pdf: 4428419 bytes, checksum: 9bccb005dec84f96b80a6c9b28ba39b1 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-05-04T13:12:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_SimuladorAvaliacaoInfluencia.pdf: 4428419 bytes, checksum: 9bccb005dec84f96b80a6c9b28ba39b1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-04T13:12:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_SimuladorAvaliacaoInfluencia.pdf: 4428419 bytes, checksum: 9bccb005dec84f96b80a6c9b28ba39b1 (MD5) Previous issue date: 2017-01-10 / O monitoramento do fenômeno das descargas atmosféricas tem sido fundamental para prevenção de incidentes na infraestrutura das empresas que atuam em grandes áreas, como as de energia, telecomunicações e informática. Além disso, fornece dados para o planejamento de sistemas de proteção contra descargas elétricas, evitando assim maiores danos à vida na Terra, e mais recentemente fornecendo informações para sistemas de alertas meteorológicos como os de previsão de tempestades em curto prazo. Portanto, não se trata mais de questão de opção, mas sim de necessidade a instalação e manutenção de sistemas que façam a supervisão destes eventos em escala local, regional e até nacional. Dentre os tipos possíveis, os Sistemas de Detecção Indireta de Descargas Atmosféricas são os que proveem informações mais precisas nas escalas citadas, devido trabalharem com a percepção do impulso eletromagnético gerado pela descarga. Este sinal tem a propriedade de se propagar a médias e longas distâncias em determinadas faixas de frequência, mantendo boa a qualidade da informação do fenômeno que o originou. Porém, a característica fenomenológica dos raios é intrínseca à área monitorada, tornando fundamental o entendimento dessas especificidades para melhor proveito dos sistemas citados. Este trabalho apresenta uma ferramenta computacional para simular a influência das características locais na propagação de ondas eletromagnéticas originadas por descargas atmosféricas nuvem-solo. A metodologia foi utilizada para simular a propagação dessas ondas através do programa MATLAB®, usando como modelo de corrente de retorno no canal de descarga o modelo do tipo de engenharia Linha de Transmissão (TL) para representar o fenômeno elétrico gerado pelo raio. / The monitoring of the phenomenon of atmospheric discharges has been fundamental to prevent incidents in the infrastructure of companies that operate in large areas, such as energy, telecommunications and information technology. In addition, it provides data for the planning of lightning protection systems, thus avoiding further damage to life on Earth, and more recently providing information for weather warning systems such as short-term storm forecasting. Therefore, it is no longer a matter of choice, but rather the need to install and maintain systems that supervise these events on a local, regional and even national scale. Among the possible types, the Lightning Location Systems are the ones that provide more accurate information in the mentioned scales, because they work with the perception of the electromagnetic impulse generated by the lightning. This signal has the property of propagating at medium and long distances in certain frequency bands, maintaining good the information quality of the phenomenon that originated it. However, the phenomenological characteristic of the lightning is intrinsic to the monitored area, making fundamental the understanding of these specificities to better benefit the mentioned systems. This work presents a computational tool to simulate the influence of local characteristics on the propagation of electromagnetic waves caused by cloud-to-ground lightning. The methodology was used to simulate the propagation of these waves through the MATLAB® program, using as model of return current in the discharge channel the model of engineering type the Transmission Line (TL) to represent the electric phenomenon generated by thelightning.

Esta tese tem por objetivo apresentar um estudo sistemático da resolução,em duas dimensões espaciais, de problemas de espalhamento de ondas eletromagnéticas por meios condutores e meios dielétricos homogêneos e heterogêneos, envolvendo fontes singulares, números de onda elevados e condições de contorno absorventes, modelados pela equação de Helmholtz. A resolução dessa classe de problemas pelo Método dos Elementos Finitos apresenta dificuldades de várias ordens. A primeira decorre da presença de fontes singulares, tendo sido superada pela adoção de uma técnica de remoção de singularidades. Uma outra decorre do caráter indefinido do operador de Helmholtz para números de onda elevados, o que resulta em um erro de aproximação denominado erro de poluição. A minimização desse erro foi obtida utilizando-se a nova formulação de Petrov-Galerkin, com funções peso quase ótimas, denominada método Quasi Optimal Petrov-Galerkin (QOPG). O método QOPG, originalmente desenvolvido para meios homogêneos, foi adaptado para tratar problemas em meios heterogêneos. Finalmente, consideram-se os efeitos das condições de contorno absorventes de Bayliss-Turkel sobre a qualidade das soluções obtidas. / This thesis aims at presenting a systematic study of resolution of two-dimensional problems of electromagnetic wave scattering, by conducting and homogeneous or non-homogeneous dielectric media, involving singular sources, large wavenumbers and absorbing boundary conditions, governed by the scalar Helmholtz equation. The resolution of this class of problems through the Finite Element Method, raises several orders of difficulty. The first one comes from the presence of singular sources, having been overcome by adopting a technique of singularity removal. Another one is related to the undefined character of the Helmholtz operator for large wavenumbers, which results in the so-called pollution error of the approximated solution. This error is minimized through a new formulation of Petrov-Galerkin, using quasi optimal weighting functions, called Quasi Optimal Petrov-Galerkin (QOPG) method. The QOPG method, originally developed for homogeneous media, is extended to treating problems with non-homogeneous media as well. Finally, the effects of Bayliss-Turkel absorbing boundary conditions on the quality of the numerical solutions is also evaluated.

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Oliveira da Costa Pires / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2017. / Os estudantes de Ensino Médio tem como discurso relacionar as ondas eletromagnéticas como sendo a luz nas aulas de Física e nas diversas situações do cotidiano. Porém não é claro para o interlocutor se essa associação é de fato um fruto de um pensamento racional ou de um pensamento incorporado pela repetição. Para qualificar e quantificar essa diferença, propomos uma sequência didática assistida por três experimentos que mostram a associação da onda eletromagnética com a luz. Essa intervenção didática é baseada nos três momentos pedagógicos sugerido por Delizoicov, Angotti e Pernambuco por ser uma ferramenta im de ser um instrumento para a dialogicidade entre o professor e os alunos. Sugerimos a aplicação dessa proposta aos alunos do segundo ano do ensino médio. Esperamos que após a aplicação desse produto, o conceito de onda eletromagnética e sua relação com a luz visível e não visível seja quantificado e qualificado. / The students of High School has like discourse to relate the electromagnetic waves like being the light in the classes of Physics and in the diverse situations of the quotidian. But it is not clear to the interlocutor whether this association is in fact a fruit of a rational thought or a thought embodied by repetition. To qualify and quantify this difference, we propose a didactic sequence assisted by three experiments that show the association of the electromagnetic wave with light. This didactic intervention is based on the three pedagogical moments suggested by Delizoicov, Angotti and Pernambuco as an important tool and an excellent strategy for systematizing learning, as well as being an instrument for dialogue between teacher and students. We suggest the application of this proposal to the students of the second year of high school. We hope that after the application of this product, the concept of electromagnetic wave and its relation with visible and non-visible light will be quantified and qualified.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Total Body Irradiation is a special technique of radiotherapy used for conditioning for bone marrow transplantation. Its function is to immunosuppression, bone marrow ablation and destruction of malignant cells. How it is the irradiation of a large and irregular field is necessary to seek ways to offset the tissues so that the absorbed dose to the patient's body has a uniformity of ± 10%. In addition, other factors intervene so that this condition is satisfied, such as the choice of radiation source, the posture of the patient, the incidence geometry, the distance of treatment, the combination of fields, among others. To analyze how these factors influence the dose distribution in the body, in this study we were simulated computationally scenarios of Total Body Irradiation, using telecobaltherapy units and linear accelerator of 6 MV, for an estimated equivalent and effective doses using the code MCNPX of radiation transport and hybrid anthropomorphic simulators UFHADF and UFHADM in sitting postures to RLAT and LLAT irradiation, and lying to the AP and PA projections. To validate the spectra used in the simulations was calculated PDP for comparison with experimental measurements. As for the validation of TBI scenarios were estimated entrance dose rates in skin also for comparison with experimental measurements. The PDP curves are shown according to the literature. The values of the estimated dose rates are less than 10% relative difference in relation to the experimental measurements, which allowed us to estimate the dose in the organs. The simulation results show that the lateral irradiations of UF simulators in the sitting posture offer a less uniform dose distribution compared to radiation AP / PA with the simulator in lying posture. For the PA irradiation geometry the absorbed dose in the red marrow is approximately 20% higher than in the AP projection, which suggests that the first case is most appropriate for the destruction of diseased marrow. Regarding the use of attenuators objects for radiation attenuation in the lung there was a reduction of 23% of the absorbed dose by this organ, which shows their effectiveness and importance to these procedures. It was also observed that the decrease in patient treatment away from the radiation source and the room walls leads to a near increase of 10% and 5%, respectively, the absorbed dose, which suggests that treatments be more suitable carried out great distances focus-surface and far from the room's walls. The energy beam used for Total Body Irradiation, the most significant differences between the Cobalt-60 and linear accelerator 6 MV spectra were up to 46.23%, which occurred for the AP irradiation geometry, where observed that the first deposits most of its energy near the surface, which shows that more energy beams for irradiation are more effective at greater depths. Another factor analyzed was the combination of adjacent and overlapping fields for the treatment, leading to overdoses in some organs and committed dose uniformity as observed by other authors. The calculation of the effective dose showed that there is a greater overall commitment of the body to radiation in LLAT incidence geometry. It was also found that the effective dose is higher in the AP projection than PA as found in the literature. The analyzes show the importance and suggest a more detailed study of the exposure conditions for planning treatments for TB / A Irradiação de Corpo Inteiro é uma técnica especial de radioterapia utilizada para o condicionamento de transplante de medula óssea. Sua função é de imunossupressão, ablação da medula e destruição de células malignas. Por se tratar da irradiação de um campo grande e irregular é necessário buscar meios para compensação dos tecidos para que a dose absorvida pelo corpo do paciente tenha uma uniformidade de ±10%. Além disso, outros fatores interferem para que essa condição seja satisfeita, tais como a escolha fonte de radiação, a postura do paciente, a geometria de incidência, a distância de tratamento, a combinação de campos, entre outros. Para analisar a maneira como esse fatores influenciam na distribuição da dose no corpo, neste trabalho foram simulados computacionalmente cenários de Irradiação de Corpo Inteiro, que utilizam unidades de telecobaltoterapia e aceleradores lineares de 6 MV, para a estimativa da doses equivalente e efetiva utilizando o código de transporte de radiação MCNPX e os simuladores antropomórficos híbridos UFHADF e UFHADM nas posturas sentada, para irradiações RLAT e LLAT, e deitada para as projeções AP e PA. Para a validação dos espectros utilizados nas simulações foi calculada a PDP para a comparação com medidas experimentais. Já para a validação dos cenários de TBI foram estimadas as taxas de dose de entrada na pele também para a comparação com medidas experimentais. As curvas de PDP se mostraram de acordo com a literatura. Os valores das taxas de dose estimadas apresentaram uma diferença relativa menor que 10% em relação às medidas experimentais, o que permitiu estimar a dose nos órgãos. Os resultados das simulações mostram que as irradiações laterais dos simuladores UF na postura sentada oferecem uma distribuição de dose menos uniforme se comparado às irradiações AP/PA com o simulador na postura deitada. Para a geometria de irradiação PA a dose absorvida na medula vermelha é aproximadamente 20% maior que na projeção AP, o que sugere que o primeiro caso seja mais adequado para a destruição da medula doente. Quanto ao uso de objetos compensadores para atenuação da radiação no pulmão houve uma redução da dose absorvida por esse órgão em 23%, o que mostra sua eficácia e importância para esses procedimentos. Também foi observado que a diminuição da distância de tratamento do paciente a fonte de radiação e das paredes da sala leva a um aumento próximo de 10% e de 5%, respectivamente, na dose absorvida, o que sugere que sejam mais adequados tratamentos realizados a grandes distâncias foco-superfície e distantes das paredes da sala. Quanto à energia do feixe utilizado para Irradiação de Corpo Inteiro, as diferenças mais significativas entre o Cobalto-60 e o espectro do acelerador linear de 6 MV foram de até 46,23%, o que ocorreu para a geometria de irradiação PA, onde é observado que o primeiro deposita a maior parte de sua energia próximo a superfície, o que mostra que feixes mais energéticos são mais eficazes para irradiação em profundidades maiores. Outro fator analisado foi a combinação de campos adjacentes e sobrepostos para o tratamento, o que levou a superdosagens em alguns órgãos e comprometeu a uniformidade da dose assim como observado por outros autores. Os cálculos da dose efetiva permitiram concluir que há um maior comprometimento geral do corpo para irradiações na geometria de incidência LLAT. Também foi encontrado que a dose efetiva é superior na projeção AP que em PA assim como encontrado na literatura. As análises feitas mostram a importância e sugerem um estudo mais detalhado das condições de exposição para o planejamento de tratamentos por TBI.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-01-04T11:17:29Z No. of bitstreams: 1 daniellerosanydemedeirosleal.pdf: 19032116 bytes, checksum: 03bebf3d76cd23f21fc6a647e7c00d77 (MD5) / Approved for entry into archive by Diamantino Mayra (mayra.diamantino@ufjf.edu.br) on 2017-01-31T10:32:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 daniellerosanydemedeirosleal.pdf: 19032116 bytes, checksum: 03bebf3d76cd23f21fc6a647e7c00d77 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-31T10:32:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 daniellerosanydemedeirosleal.pdf: 19032116 bytes, checksum: 03bebf3d76cd23f21fc6a647e7c00d77 (MD5) Previous issue date: 2016-08-29 / Este trabalho apresenta um novo esquema explícito de marcha no tempo para a análise problemas de propagação de ondas compatível com qualquer método de discretização espacial que seja baseado em elementos (e.g., Método dos Elementos Finitos, etc.). Por ser explícito, isto é, sem necessidade da solução de um sistema de equações, o método é de fácil implementação. Baseado em integradores de tempo adaptativos, a técnica aqui proposta contempla dissipação numérica local e otimizada, permitindo a minimização de oscilações espúrias e aumento da precisão. Também, com o emprego de discretização temporal local (subciclagem), acrescenta-se robustez ao algoritmo do método, flexibilizando a estabilidade e aumentando a eficiência da análise em foco. / This work presents a new explicit time marching procedure for wave propagation problems, which is compatible with any spatial discretization method based on elements (e.g. Finite Element Method - FEM, etc.). Because it does not require any system of equations to be solved, its implementation is very simple. Based on adaptive time integrators, it provides local and optimized numerical damping, allowing the influence of spurious oscillations to be minimized, improving accuracy. In addition, by employing local time discretization, considering a subclycing technique, the performance to the method is improved, enhancing the flexibility of the method regarding stability and increasing the efficiency of the proposed approach.