This thesis will present research that studies the role of disorder, geometric frustration and the long range dipolar interaction on the collective behaviour of several insulating, rare earth magnets. Experiments were performed at low temperatures to measure the specific heat and magnetic susceptibility of several materials. Susceptibility was measured with a SQUID magnetometer that has been designed and constructed primarily for the study of slow dynamics in glassy systems. Specifically, this thesis will discuss three distinct topics. The first is the series of materials LiHo(x)Y(1-x)F(4), which are manifestations of the dilute, dipolar coupled Ising model. The low-x portion of the phase diagram has become a rather contentious issue in recent years with both theoretical and experimental groups disagreeing on the existence of a spin glass freezing transition and one experimental group arguing for the existence of an exotic "antiglass'' or spin liquid state resulting from quantum entanglement at x=0.045. We present specific heat and dynamical susceptibility measurements on four stoichiometries in this series: x = 0.018, 0.045, 0.080 and 0.012. No evidence of an unusual antiglass state is observed. Instead, our results show evidence, at all dilution levels studied, of a spin glass freezing transition. Interpretation of experimental data is found to be complicated by the anomalously slow dynamics in these materials. The relaxation time scales are found to increase as the concentration of Ho(3+) ions is reduced, an effect which can be attributed to single-ion physics and the importance of the nuclear hyperfine coupling in this system. A second set of materials studied here is a series of several Gd garnet materials, the most famous of which is Gd(3)Ga(5)O(12) (GGG), a material previously argued to be a disorder-free spin glass. Our specific heat experiments reproduce previous experiments on GGG and show that the homologous Gd garnets Gd(3)Te(2)Li(3)O(12) and Ga(3)Al(5)O(12) do not share the same glassy physics but exhibit sharp ordering features. By experimenting with the introduction of random site dilution, it is concluded that a 1-2% off-stoichiometry inherent in GGG is likely a special kind of disorder that is particularly effective in inducing random frustration and the formation of a spin glass. Finally, specific heat measurements on the pyrochlore antiferromagnet Gd(2)Sn(2)O(7) (GSO) are presented. While GSO has generally been found to be a well behaved and well understood model magnet, with long range order developing at around 1 K, like many other geometrically frustrated magnets, it has been discovered to possess persistent spin dynamics down to very low temperatures as measured by μSR and Mössbauer spectroscopy. Measurement of the low temperature limit of the specific heat when compared with linear spin-wave theory, however, presents a consistent picture of gapped magnon excitations that freeze out at low temperatures and make the existence of the proposed dynamic ground state unlikely.

The results of photoluminescence (PL) spectra of TlGaS2 single crystal were reported in the 500-1400 nm wavelength and in the 15-115 K temperature range. Three broad PL bands with an asymmetric Gaussian lineshapes were observed to be centered at 568 nm (A-band), 718 nm (B-band) and 1102 nm (C-band). The shift of the emission band peak energy as well as the change of the half-width of the emission band with temperature and excitation laser intensity were also studied. We analyzed the observed results using the configurational coordinate (CC) model. The powder diffraction patterns of TlInS2 and TlGaS2 crystals were obtained and the diffraction data were indexed using CRYSFIRE computer program packet. TlInS2 has hexagonal system with parameters a = 3.83 and c = 14.88 Ao. TlGaS2 has monoclinic system with parameters a = 9.62, b = 4.01 and c = 7.52 Ao with &amp / #946 / = 96.30o. Our diffraction studies at low temperatures did not reveal any phase transition for TlInS2 as reported in the literature. The specific heat capacities of both TlInS2 and TlGaS2 crystals calculated from Differential Scanning Calorimetry (DSC) measurements at low temperatures are reported in the thesis.

[pt] Propomos um hamiltoniano de spin para descrever as propriedades térmicas e magnéticas de uma série de borocarbetos. O efeito do campo elétrico cristalino é aproximado por um campo magnético efetivo.Aplicamos a teoria de onda de spin e encontramos a relação de dispersão e a densidade apenas se desloca rigidamente em energia. A partir destes resultados calculamos a contribuição dos magnons ao calor específico molar com e sem campo magnético externo. O efeito do campo externo, porém é pequeno.A seguir calculamos a magnetização de subrede a T=0K, a qual sofre uma pequena redução devido às flutuações quânticas, em relação ao valor iônico obtido pela regra de Hund. Encontrmos também a magnetização em função da temperatura, com e sem aplicação de campo magnético. Com esse modelo conseguimos descrever bastante bem os dados experimentais de calor específicoda série. / [en] We propose a spin hamiltonian to describe the magnetic and thermal properties of a series of borocarbides. The effect of the crystal electric field is simulated by an effective magnetic field. By applying spin wave theory we have found the dispersion relation and the density of state for the magnos as well. In presence of an external magnetic field this density os state shifts rigidly in energy. From these results we have calculated the magnon contribuition to the molar specific heat without applied magnetic field. the effect of the field, however, is very small. We also have found the sublattice magnetization at T = 0K which is slightly reduced with respect to the ionic value given by the Hund's rule. Then we have calculated the sublattice magnetization as a function of T, both in presence and in absence of the magnetic field. With this model we succed in fitting fairly well the experimental data for the specific heat of the borocarbides series.

[pt] A ocorrência de fluxo crítico de calor – FCC – é o principal fator termo-hidráulico limitante à produção de energia em reatores nucleares do tipo PWR (Reator a Água Pressurizada). O método usual de determinação de FCC é baseado em simulação numérica, utilizando programas como os COBRA, desenvolvidos a partir da análise dos subcanais do núcleo do reator. Esses programas implementam uma correlação, ou função empírica, que interpola os resultados obtidos por simulação experimental, realizada nas Seções de testes – ST-, de forma a obter o FCC numa ampla faixa operacional do reator. Esta dissertação propõe e investiga um método alternativo de determinação de FCC empregando, como correlação, redes neuronais artificiais – RNA. Neste método, as RNA são obtidas a partir de treinamento, utilizando o paradigma de backpropapagation, realizado com o mesmo conjunto de dados experimentais oriundos das STs. / [en] Critical Heat Flux – CHF – occurence is the main thermo-hydraulical factor that restrains the energy produced in Pressurized Water Reactor – PWR – nuclear plants. The usual method of determining CFCH is based upon numerical simulation performed by computer programs such as COBRA, which were developed considering the reactor core sub-channel analysis. These programs implement a correlation, or empirical function, wich interpolates the results obtained through experimental simulation, acocomplished on test sections – TSs – for the sake of obtaining CHF in a wide core operational range. This work investigate and analyze an alternate method of detrmining CHF using, as a correlation, artificial neural networks – ANNs. In this method, the ANNs are obtained through trainning, making use of backpropagation paradigm, against the same experimental data set that came from the TSs.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3231556 bytes, checksum: dbeb38d3575cc8d87938d6de158f2b05 (MD5) Previous issue date: 2012-04-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work has as objective to realize out a theoretical and experimental study of the specific heat and the sorption kinetics in a fixed reactor. The specific heat experiment was conducted at materials laboratory at UFPB and experimental bench of the kinetic of sorption in fixed reactor was mounted in the solar energy laboratory, both located in the city João Pessoa. The experimental apparatus consisting of fixed bed filled with silica gel and subjected to a flow of moist air. For the theoretical study realized in a fixed bed, was developed a computer code with the purpose of identifying various physical and geometrical parameters, which could influence the dynamics of sorption, allowing simulating the processes of dehumidification and regeneration in fixed beds. The computational code was validated comparing the numerical results with experimental results. Studies were also performed to determine the specific heat in the adsorbed phase using the DSC method and from these results, it was determined an equation general through least squares regression for the calculation of the specific heat in the adsorbed phase. The Results were presented about pressure drop in the adsorptive bed, the mass profile of adsorbed to investigate the time of saturation of the bed, the temperature profiles and absolute humidity at the output of a fixed bed and also the experimental results of the specific heat the adsorbed phase with various concentrations . With this study we can conclude that the computer code developed is an important tool for the design of fixed bed adsorption, because without this tool would require a very high cost to modify the configuration in a fixed bed, defining a better choice of experimental setup. / O presente trabalho tem como objetivo realizar um estudo teórico e experimental do calor específico e da cinética de sorção em reator fixo. O experimento do calor específico foi realizado no laboratório de materiais da UFPB e a bancada experimental da cinética de sorção em reator fixo foi montada no Laboratório de Energia Solar (LES), ambos, localizados na cidade de João Pessoa. O aparato experimental consiste em um leito fixo preenchido com sílica gel e submetido a um fluxo de ar úmido. Para o estudo teórico realizado no leito fixo, foi desenvolvido um código computacional com o intuito de se verificar diversos parâmetros físicos e geométricos, que poderiam influenciar na dinâmica de sorção, permitindo simular processos de desumidificação e regeneração em leitos fixos. O código computacional desenvolvido foi validado, comparando-se os resultados obtidos numericamente com os resultados experimentais. Foram também realizados estudos para determinar o calor específico na fase adsorvida utilizando o método DSC e a partir desses resultados, determinou-se uma equação geral através de uma regressão por mínimos quadrados, para o cálculo do calor específico na fase adsorvida. Foram apresentados resultados da perda de carga no leito adsortivo, perfis de massa adsorvida para investigar o tempo de saturação do leito, perfis de temperatura e umidade absoluta na saída do leito fixo, como também, resultados experimentais do calor específico na fase adsorvida com várias concentrações. Com este estudo podê-se concluir que o código computacional desenvolvido é uma ferramenta importante para o dimensionamento de leitos fixos adsortivos, pois sem esta ferramenta seria necessário um custo muito alto para modificar a configuração no leito fixo, podendo-se com ele definir uma melhor opção de montagem experimental.

Orientador: Flavio Cesar Guimarães Gandra / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T03:18:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_LuzeliMoreirada_D.pdf: 8212807 bytes, checksum: 06293f4d46560e7b837f9cc74d44a027 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho apresentaremos os resultados obtidos com o estudo do efeito magnetocalórico em compostos ferromagnéticos UM2 com M=Ga, Ge, Fe e Ni e nos sistemas U(Gal-xMx)2 e (U1-yRy)Ga2 com M=AI, Ge, Si, Fe, Ni, Co e Pt e R=Dy e Er. No estudo dos compostos ferromagnéticos UM2 observamos que a formação do momento local do U é essencial para um aumento na magnitude das grandezas D S e D T , que caracterizam o efeito magnetocalórico (EMC). Usando uma hamiltoniana de campo cristalino e aproximação de campo médio calculamos as propriedades magnéticas e o EMC do composto UGa2 obtendo boa concordância com os dados experimentais. As simulações mostraram que o campo cristalino tem uma importância fundamental nas propriedades magnéticas do material. No estudo das propriedades estruturais, magnéticas e térmicas do sistema U(Gal-xMx)2 observamos que a inserção de M=A1 induz uma expansão no volume da célula unitária, reforçando o caráter de momento local, o que contribui para o aumento significativo do EMC. Já efeitos de pressão química ou mecânica aumentam a temperatura de ordenamento ferromagnético (Tc) ao mesmo tempo em que contribuem para reduzir o momento do U, desfavorecendo o EMC.Por outro lado, as propriedades eletrônicas do material dopante, como no caso dos 3d (Ni, Fe e Co ), podem interferir na interação de troca entre íons magnéticos, enfraquecendo o campo interno. A comparação direta entre os valores absolutos do EMC do U com os valores obtidos para Dy, Ho e Er no estudo do sistema RPtGa também confirma o fato de que a magnitude do efeito magnetocalórico depende fortemente do momento do íon magnético. Além disto, a exemplo do que foi observado com UNiGa, a natureza das transições magnéticas também são parâmetros, importantes e contribuem positivamente para o EMC. No sistema (U1-yRy)Ga2 observamos uma grande redução em Tc (mesmo em altas concentrações de U, y £ 0,2) e mudanças nas características do ordenamento magnético que, possivelmente, são consequencias de efeitos de diluição. A competição entre interações U-U, R-R e possíveis interações U-R induzem a formação do estado de vidro de spin em U0,2Dy0,8Ga2. A inserção de altas concentrações de Dy e Er (y ³ 0,5) aumentam o momento magnético da amostra em 70kOe e contribuem para um aumento do EMC em baixas temperaturas (T<30K). Já concentrações menores (y ~ 0,2) mostram um pico alargado em D S, similar ao obtido em compósitos / Abstract: In this work we study the magnetocaloric effect in UM2 (M=Ga, Ge, Fe, Ni), U(Gal-xMx)2 and (Ul-yRy)Ga2 (M=AI, Ge, Si, Fe, Ni, Co, Pt and R=Dy, Er) which are ferromagnetic systems. The formation of the local moment in the UM2 ferromagnetic compound is important to obtain larger values for D S and D T. We calculated the magnetic properties and the EMC for UGa2 compound using crystal field and mean field approximations. The calculated curves show good agreement with the experimental data. Our calculations show that the crystal field is of fundamental importance on the magnetic properties ofthe material. Measurements of the structural, magnetic and thermal properties of U(Gal-xMx)2 shows that the introduction of a reduced quantity of AI induce a small expansion of the unit cell volume and contributes to the increase of the U local moment and to an enhance the EMC, whereas chemical or mechanical pressures increase Tc and reduce the U moment, weakening the EMC. On the other hand, the electronic properties of the dopant material, such as 3d ions (Ni, Fe and Co ), can interfere in the exchange interaction between the magnetic ions attenuating the intemal field. The values of EMC obtained for RPtGa (R= Dy, Ho, Er and U) compounds also confirm the fact that the magnitude of magnetocaloric effect ( DS and D T values) is related with the magnitude of magnetic moment of ion. Also, as observed in UNiGa, the character of magnetic transitions is an important parameter and contributes positively to the EMC. The results for the (Ul-yRy)Ga2 series shows a faster decrease of Tc (even at the U saide, y £ 0,2) with changes on the magnetic ordering characteristic. The probable competition between U-U, R-R and U-R interactions induce the spin glass behavior in U0,2Dy0,8Ga2. For high Dy and Er concentrations (y ³ 0,5) the magnetic moment at 70 kOe is increased and contribute to enhance the EMC at low temperatures (T <30K). The results obtained for the substitution of small quantities of Dy and Er (y ~0,2) showa large D S peak, similar to a composite sample / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Barbara Janet Teruel Mederos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-11T14:25:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mattos_JulianaSwenssonde_M.pdf: 80070260 bytes, checksum: 4a27c6f96d2d84ecf1ba71a88d188d4f (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Frutas e hortaliças, após a colheita, podem ser submetidas a processos térmicos, dentre o quais: aquecimento, resfriamento e congelamento. O conhecimento das propriedades termofísicas: densidade, calor específico, condutividade e difusividade térmica, é de grande importância, para o dimensionamento de equipamentos utilizados para o controle dos processos que envolvem transferência de calor. Devido à heterogeneidade da composição dos materiais biológicos, a modelagem e otimização dos processos, dependem de parâmetros como: teor de umidade, estrutura do produto e faixa de temperatura utilizada, que podem variar durante o processo. Os valores experimentais de propriedades termofísicas de frutas e hortaliças podem ser determinados por diversos métodos, variando os seguintes parâmetros: temperatura, concentração de sólidos solúveis e umidade. Uma grande quantidade desses dados encontra-se publicada na literatura nacional e internacional, porém ainda dispersos, não disponíveis em um banco de dados que agrupe os valores das propriedades por tipo de produto, método e faixa de temperatura utilizada, erro ou desvio padrão, equações, dentre outras informações. Para alguns produtos esses dados são inexistentes, impondo a necessidade de assumir, como referência, valores das propriedades de outros considerados semelhantes, mas que podem provocar erros consideráveis de dimensionamento de equipamentos e de processos. Esta problemática motivou o desenvolvimento do trabalho aqui apresentado, objetivando a elaboração de um banco de dados de propriedades termo físicas, de frutas e hortaliças, agrupadas e classificadas, após revisão bibliográfica nas diversas fontes disponíveis. Após o agrupamento e elaboração do banco de dados preliminar, constatou-se a falta de informações para algumas frutas e hortaliças de variedades nacionais, o que motivou a determinação das propriedades mencionadas, para alguns desses produtos. Para frutas e hortaliças in natura foram determinados: teor de umidade e condutividade térmica (Método da Fonte Linear de Calor ou Sonda). As frutas in natura utilizadas para os experimentos foram: banana nanica, manga Tommy Atkins, mamão formosa, e caju e as hortaliças in natura, chuchu, berinjela, cebola e abóbora. Para polpas de frutas foram determinados: teor de umidade, concentração de sólidos solúveis (Brix), difusividade técnica (Método de Dickerson), calor específico (Método das Misturas), e densidade (Método do Picnômetro). Com estas propriedades calculou-se a condutividade térmica, pela equação de Fourier, das polpas. As frutas utilizadas para os experimentos foram: maracujá, tangerina ponkã, graviola, caju e acerola. Os valores das propriedades determinadas ficaram próximos aos das faixas reportados na literatura e os modelos propostos forneceram bons ajustes, com erros percentuais entre 0% e 29%, com exceção da berinjela, que apresentou valores inferiores aos modelos propostos / Abstract: Fruits and vegetables, after the harvest, can be submitted to thermal processes such as heating, cooling and freezing. ln such way, the knowledge of thermophysical properties as density, specific heat, thermal conductivity and thermal diffusivity, play an important role for both, effective design of food processing equipment, and for the control of the processes that involve heat exchangers. Due to the complexity of biological materiaIs, the modeling and optimization ofthe processes depend on the following parameters: water content, and structure of the product and temperature, which may vary during the processo The experimental values of thermophysical properties of fruits and vegetables can be determined through several methods, including the variation of temperature, soluble solid concentration and water content. A great amount of this data is found in national and internationalliterature, however, the data is scattered and the values are not grouped for type of product, method useq, temperature range, error or standard deviation, equations, besides other information. For some products, this data is not available, imposing the need to assume approached values, taking as reference the values of the properties of other products, what can cause considerable errors of calculation and dimension of equipment and processes. This problem motivated the development of the work presented here, with the objective of the elaboration of a database of thermophysical properties of fruits and vegetables, (compiled and organized) groqped and classified, after literature review in several available sources. After compiling the preliminary database, we found lack of information of properties of some national varieties of fruits and vegetables. The following properties for fruits and vegetables had been determined in natura: moisture content, and thermal conductivity (line heat source probe method). The fruits in natura used for the experiments were: Cavendish banana; mango cv.Tommy Atkins; papaya cv.Forrnosa; and cashew fruit. The vegetables in natura were: chayote; eggplant; onion; and pumpkin. The properties determined for fruit pulps were: moisture content; soluble solid (Brix); thermal diffusivity (Dickerson method); specific heat (Method of Mixtures); and density (Picnometric method). The values for thermal conductivity were obtained by the Fourier equation using the properties obtained above. The fruits used on the experiments were: passion fruit; tangerine cV. Ponkã; guanabana; cashew fruit; and west indian cherry / Mestrado / Tecnologia Pós-Colheita / Mestre em Engenharia Agrícola

[pt] Neste trabalho analisam-se perdas de calor para as formações adjacentes a reservatórios de petróleo submetidos a métodos térmicos de recuperação, em especial para os métodos de injeção de vapor e combustão in-situ. O cálculo desta perda usualmente utiliza um modelo unidimensional vertical de condução de calor nos estratos adjacentes, desprezando a condução nas direções paralelas ao reservatório. O objetivo do trabalho consiste em avaliar diversos modelos unidimensionais existentes na literatura e desenvolver e utilizar modelos bidimensionais para verificar a validade da hipótese. Verifica-se que para algumas situações de injeção Cíclica de Vapor e Combustão in-situ o modelo uni-dimensional pode levar a diferenças no campo de temperaturas, mas em geral a aproximação é válida. / [en] In this work the calculation of the heat losses to the surrouinding formations in petrolum reservouis submitted to thermal recovery processes is analyzed. Particular attention is given to steam injection an in-situ combustion methods. The heat losses are commonly modeled by the use of a unidimensional conduction equation in the vertical direction, where the longitudinal conduction is neglected. The aim of thus work is to compare some of the existing unidemnsional models and to test the validity of the simplification by the development and use of bidimensional ones. Its is concluded that for some cases of cyclic steam injection and in-situ combustion the unidimensional approach may result in deviations in the temperature profiles, but in general it is valid.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第22986号 / 理博第4663号 / 新制||理||1669(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 松田 祐司, 教授 石田 憲二, 准教授 笠原 裕一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

This diploma thesis elaborated within the Manufacturing Technology Master´s study program considers various possibilities of welding which can regulate the amount of inputted heat into the welded joint. For experimental testing, material X2CrTi12 (ferritic stainless steel) was chosen, welded by means of methods suitable for the material. Welding methods included TIG, plasma, and laser. Further possibilities of heat input are suggested, such as pulse welding, Rapid, Fast Root, Surface Tension Transfer, Cold Metal Transfer, ColdArc, and Wise. The aim of the experiment is to compare the amount of heat input and its effect on particle growth and hardness.