Neste trabalho, estudamos a dinâmica de formação e dispersão de agregados de látex quando inseridos num cristal líquido liotrópico. Esse cristal líquido é um sistema ternário composto de laurato de potássio, cloreto de decilamônia e água; e apresenta fases nemáticas uniaxiais calamítica e discótica (NC e ND, respectivamente) e biaxial (NB). As partículas de látex possuem diâmetro de 100nm e partículas com diferentes tipos de recobrimentos foram testadas. Observamos que nas fases NC e NB há formação de aglomerados de partículas, porém na transição para a fase ND as partículas se dispersam no meio. Verificamos que esse processo de aglomeração e dissociação das partículas está relacionado com a transição de fase NB - ND e foi observado em dois sistemas hospedeiros por resfriamento e por aquecimento. No intervalo de temperatura que corresponde à fase nemática biaxial para o cristal líquido puro, observa-se que há um aumento na dimensão dos aglomerados, que se tornam anemométrico e orientados na direção de orientação do meio. Dois diagramas de fases foram construídos, variando-se a concentração de partículas dispersas no meio, e a composição relativa de surfactantes do sistema hospedeiro. Experimentos de espalhamento de raios X indicam que a distância média entre as micelas que formam o meio hospedeiro não é alterado pela inserção de partículas no cristal líquido e permanece a mesma em todas as fases nemáticas. Foram também realizados estudos de reologia que mostram que a viscosidade do sistema é alterada pela presença das partículas de látex. Os fenômenos observados são interpretados levando-se em conta as flutuações de orientação das micelas nas diferentes fases nemáticas. / In this work, we studied the dynamics of agglomeration and dissociation of latex particles when inserted into a lyotropic liquid crystal. This liquid crystal is a ternary system formed by potassium laurate, decilamonium chloride and water, presenting uniaxial calamitic and discotic nematic phases (NC e ND, respectively) and a biaxial nematic phase NB. The latex particles have diameter of 100 nm and particles with different surface treatments were tested. It was observed that in the NC e NB phases the latex particles form agglomerates, however in the transition to the ND phase, the particles disperse in the medium. In the temperature domain of the biaxial nematic phase the agglomerates increase in size, become anisometric and oriented along parallel to the orientation of the medium. Two phase diagrams were built by varying the particle concentration dispersed in the liquid crystal and by varying the relative composition of surfactants of the liquid crystal. X rays diffusion experiments have shown that the average distance between the micelles in the host medium are not affected by the presence of the latex particles and remain the same in all nematic phases. Rheology studies were also performed and it was found that the viscosity of the system is affected by the presence of the particles. The observed phenomenon are interpreted taking into account the orientational fluctuations of miceles in the different nematic phases.

Neste trabalho definimos três modelos de escadas de spin integráveis novos que correspondem a variações de um modelo de escada de spin baseado na simetria SU(4). Os modelos são exatamente solúveis através do método do ansatz de Bethe e as equações do ansatz de Bethe, os autovalores de energia e o gap de spin são derivados e propriedades físicas interessantes são discutidas. Inicialmente apresentamos um modelo de escada de spin integrável que possui um parâmetro livre além do acomplamento ao longo dos degraus. Determinamos a dependência do parâmetro anisotrópico na transição de fase entre uma região com gap e outra sem gap. Nós também mostramos que o modelo é um caso especial de uma Hamiltoniana mais geral que possui três parâmetros livres. A susceptibilidade magnética em função da temperatura é obtida numericamente e sua dependência no parâmetro anisotrópico é determinada explicitamente. Uma comparação entre o gap de spin obtido através da curva de susceptibilidade magnética e aquele obtido das equações do ansatz de Bethe é feita e uma boa concordância encontrada. A conexão com alguns compostos é apresentada e mostramos que os nossos resultados ajustam bem a curva da susceptibilidade magnética dos compostos KCuCI3, CU2(C5H12N2hC14e (C5H12NhCuBr4. A seguir nós propomos dois tipos diferentes de modelos integráveis com impurezas. Mostramos em ambos os casos que uma transição de fase entre uma região com gap e outra sem gap ocorre para um valor crítico do acoplamento ao longo dos degraus. Além disso, a dependência das impurezas na transição de fase é determinada explicitamente. Em um dos modelos o gap diminui com o aumento da intensidade da impureza A. E, fixando a intensidade de impureza A, é observada uma redução do gap com o aumento da concentração de impurezas. Este resultado está qualitativamente de acordo com resultados experimentais.

Neste trabalho definimos três modelos de escadas de spin integráveis novos que correspondem a variações de um modelo de escada de spin baseado na simetria SU(4). Os modelos são exatamente solúveis através do método do ansatz de Bethe e as equações do ansatz de Bethe, os autovalores de energia e o gap de spin são derivados e propriedades físicas interessantes são discutidas. Inicialmente apresentamos um modelo de escada de spin integrável que possui um parâmetro livre além do acomplamento ao longo dos degraus. Determinamos a dependência do parâmetro anisotrópico na transição de fase entre uma região com gap e outra sem gap. Nós também mostramos que o modelo é um caso especial de uma Hamiltoniana mais geral que possui três parâmetros livres. A susceptibilidade magnética em função da temperatura é obtida numericamente e sua dependência no parâmetro anisotrópico é determinada explicitamente. Uma comparação entre o gap de spin obtido através da curva de susceptibilidade magnética e aquele obtido das equações do ansatz de Bethe é feita e uma boa concordância encontrada. A conexão com alguns compostos é apresentada e mostramos que os nossos resultados ajustam bem a curva da susceptibilidade magnética dos compostos KCuCI3, CU2(C5H12N2hC14e (C5H12NhCuBr4. A seguir nós propomos dois tipos diferentes de modelos integráveis com impurezas. Mostramos em ambos os casos que uma transição de fase entre uma região com gap e outra sem gap ocorre para um valor crítico do acoplamento ao longo dos degraus. Além disso, a dependência das impurezas na transição de fase é determinada explicitamente. Em um dos modelos o gap diminui com o aumento da intensidade da impureza A. E, fixando a intensidade de impureza A, é observada uma redução do gap com o aumento da concentração de impurezas. Este resultado está qualitativamente de acordo com resultados experimentais.

Neste trabalho estudamos os aspectos teóricos dos efeitos magnetocalórico e barocalórico em sistemas físicos simples com dois e quatro níveis de energia. Para esta finalidade utilizamos um hamiltoniano que considera um sistema de momentos localizados interagindo entre si e com um campo magnético externo. No hamiltoniano também são incluídos a interação magnetoelástica, e um termo extra para simular anisotropia. O efeito de pressão externa é levado em consideração através da renormalização do parâmetro deinteração de troca. Fizemos um estudo sistemático das propriedades magnetocalóricas e barocalóricas para vários conjuntos de parâmetros do modelo. Os resultados obtidos mostram diversos tipos de comportamento dos potenciais magnetocalóricos, como o efeito mesa, o efeito inverso, o efeito gigante e uma estrutura com dois picos. / In this work we study the theoretical aspects of the magnetocaloric and barocaloric effect in simple physical systems with two and four energy levels. In order to do that, we used a Hamiltonian that consider local magnetic moments interacting among them and with an external magnetic field.We include in the Hamiltonian the magnetoelastic interaction, and an extra term to simulate anisotropy. We consider the external pressure effect using a renormalization of the interaction exchange parameter. We performed systematical study about the magnetocaloric and barocaloric properties for a lot of sets of model parameters. The results show different types of behavior of the magnetocaloric potentials, such as the table-like effect, the inverse effect, the giant effect and a structure with two peaks.

Neste trabalho definimos três modelos de escadas de spin integráveis novos que correspondem a variações de um modelo de escada de spin baseado na simetria SU(4). Os modelos são exatamente solúveis através do método do ansatz de Bethe e as equações do ansatz de Bethe, os autovalores de energia e o gap de spin são derivados e propriedades físicas interessantes são discutidas. Inicialmente apresentamos um modelo de escada de spin integrável que possui um parâmetro livre além do acomplamento ao longo dos degraus. Determinamos a dependência do parâmetro anisotrópico na transição de fase entre uma região com gap e outra sem gap. Nós também mostramos que o modelo é um caso especial de uma Hamiltoniana mais geral que possui três parâmetros livres. A susceptibilidade magnética em função da temperatura é obtida numericamente e sua dependência no parâmetro anisotrópico é determinada explicitamente. Uma comparação entre o gap de spin obtido através da curva de susceptibilidade magnética e aquele obtido das equações do ansatz de Bethe é feita e uma boa concordância encontrada. A conexão com alguns compostos é apresentada e mostramos que os nossos resultados ajustam bem a curva da susceptibilidade magnética dos compostos KCuCI3, CU2(C5H12N2hC14e (C5H12NhCuBr4. A seguir nós propomos dois tipos diferentes de modelos integráveis com impurezas. Mostramos em ambos os casos que uma transição de fase entre uma região com gap e outra sem gap ocorre para um valor crítico do acoplamento ao longo dos degraus. Além disso, a dependência das impurezas na transição de fase é determinada explicitamente. Em um dos modelos o gap diminui com o aumento da intensidade da impureza A. E, fixando a intensidade de impureza A, é observada uma redução do gap com o aumento da concentração de impurezas. Este resultado está qualitativamente de acordo com resultados experimentais.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Estudos de fundações de obras de arte, como barragens de concreto-gravidade e barragens de terra, devem contemplar todos os esforços atuantes no maciço de fundação, principalmente as tensões e as deformações esperadas durante todo o processo construtivo e no período pós-construtivo. Quando essas estruturas são apoiadas sobre rochas de boa sanidade, a escolha do barramento geralmente favorece a implantação de barragens de concreto. Entretanto, quando os maciços de fundação são formados por solos, a opção técnica geralmente mais bem aceita é quanto à utilização de barragens de terra. Em ambos os casos, as análises de estabilidade e de deformação são desenvolvidas por métodos analíticos bem consolidados na prática. Nas condições mais adversas de fundação, seja em rochas ou em solos com marcante anisotropia e estruturas reliquiares herdadas da rocha-mãe, a utilização de modelos constitutivos anisotrópicos em análises por elementos finitos propicia simulações mais realistas dessas feições estruturais, contribuindo para o seu melhor conhecimento. O presente trabalho teve por objetivo demonstrar a utilização de um modelo constitutivo anisotrópico no estudo da fundação da Barragem San Juan, localizada na República Dominicana, que foi concebida como uma estrutura tipo concreto-gravidade apoiada sobre solos residuais jovens altamente anisotrópicos. Nessa obra, apesar de sua pequena altura, a presença marcante de descontinuidades ensejou um estudo mais detalhado do comportamento tensão-deformação da fundação, levando em conta o levantamento detalhado da atitude das descontinuidades presentes no maciço e os resultados de ensaios de resistência em planos paralelos e normais às descontinuidades. Para a estimativa de deformações, os respectivos módulos de Young (Es) foram estimados com base em correlações com a resistência à penetração SPT desenvolvidas nesta dissertação, a partir de um estudo estatístico baseado em várias publicações disponíveis na literatura. As análises numéricas por elementos finitos foram desenvolvidas através do programa Plaxis 2D, utilizando-se como modelo constitutivo aquele denominado The Jointed Rock Model, que é particularmente recomendado para análises de estabilidade e deformação de materiais anisotrópicos. Os resultados das análises numéricas foram comparados com as análises de equilíbrio limite elaboradas para o projeto executivo da referida barragem, pelo programa Slope, utilizando o método rigoroso de Morgenstern e Price, que se mostrou conservador. Os resultados das análises numéricas mostraram sua inequívoca versatilidade para a escolha de opções de reforço da fundação, através de dentes que objetivavam o aumento das condições de estabilidade da barragem.

Neste trabalho estudamos os aspectos teóricos dos efeitos magnetocalórico e barocalórico em sistemas físicos simples com dois e quatro níveis de energia. Para esta finalidade utilizamos um hamiltoniano que considera um sistema de momentos localizados interagindo entre si e com um campo magnético externo. No hamiltoniano também são incluídos a interação magnetoelástica, e um termo extra para simular anisotropia. O efeito de pressão externa é levado em consideração através da renormalização do parâmetro deinteração de troca. Fizemos um estudo sistemático das propriedades magnetocalóricas e barocalóricas para vários conjuntos de parâmetros do modelo. Os resultados obtidos mostram diversos tipos de comportamento dos potenciais magnetocalóricos, como o efeito mesa, o efeito inverso, o efeito gigante e uma estrutura com dois picos. / In this work we study the theoretical aspects of the magnetocaloric and barocaloric effect in simple physical systems with two and four energy levels. In order to do that, we used a Hamiltonian that consider local magnetic moments interacting among them and with an external magnetic field.We include in the Hamiltonian the magnetoelastic interaction, and an extra term to simulate anisotropy. We consider the external pressure effect using a renormalization of the interaction exchange parameter. We performed systematical study about the magnetocaloric and barocaloric properties for a lot of sets of model parameters. The results show different types of behavior of the magnetocaloric potentials, such as the table-like effect, the inverse effect, the giant effect and a structure with two peaks.

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.

Orientador: Flávio César Guimarães Gandra / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:36:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_RicardoDonizethdos_M.pdf: 3698782 bytes, checksum: 685ad61061d7b02d4c3347f86a4822eb (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O efeito magnetocalórico (EMC) é a base da refrigeração magnética. O potencial magnetocalórico é caracterizado por duas quantidades termodinâmicas: a variação isotérmica da entropia (?S) e a variação adiabática da temperatura (?T), as quais são calculadas sob uma variação na intensidade do campo magnético aplicado ao sistema. Em sistemas que apresentam anisotropia magnética é observada uma mudança no efeito magnetocalórico porque este potencial torna-se fortemente dependente da direção de aplicação do campo magnético. A anisotropia em sistemas magnéticos pode levar à definição de um efeito magnetocalórico anisotrópico, o qual, por definição, é obtido para um campo cuja intensidade é mantida constante e cuja orientação variamos de uma direção difícil de magnetização para a direção fácil de magnetização. Neste trabalho apresentaremos os resultados obtidos para o efeito magnetocalórico anisotrópico nos compostos monocristalinos de DyAl2, RBi(R=Dy,Ho) e RGa2 (R=Er,Ho). Para o composto DyAl2 , utilizando o hamiltoniano de campo cristalino (CC) e a aproximação de campo médio, foi possível simular as curvas de magnetização e calor específico obtendo boa concordância com os resultados experimentais. Neste composto a variação isotérmica da entropia ?Sanisotrópico obtida pela variação da direção do campo H (EMC anisotrópico) é maior do que ?Siso convencional que, entretanto, ocorre na temperatura de reorientação de spin (T=42K). A forte anisotropia do ErGa2 e do HoGa2 contribui para uma expressiva diferença no ?Smag (~12 e 23J/kgK@5T, respectivamente, para T~10K) quando o campo é aplicado paralela ou perpendicularmente ao eixo fácil. Em ambos os casos a variação anisotrópica de entropia com a temperatura é semelhante ao ?S convencional com o campo magnético aplicado paralelamente ao eixo fácil de magnetização (eixo c para o ErGa2 e plano ab para o HoGa2). Observamos ainda que o EMC do ErGa2 é fortemente afetado pelo campo cristalino. Medidas de calor específico mostraram um acentuado pico tipo Schottky centrado em 40K e, conseqüentemente, somente parte da entropia magnética total se apresenta na temperatura de ordenamento antiferromagnética. Nos compostos de DyBi e HoBi o valor obtido para o EMC anisotrópico foi maior do que o EMC convencional ( cerca de 15% para o DyBi e 45% para o HoBi). Para os dois compostos foi obtido o EMC anisotrópico para os campos magnéticos de 5T, 6T e 7T. Para o HoBi obtivemos um resultado bastante interessante, no qual o EMC anisotrópico encontrado para µ0H= 5T, 24.7J/KgK, é aproximadamente o dobro do obtido para µ0H =7T / Abstract: The magnetic refrigeration is based on the magnetocaloric effect. The magnetocaloric potential is characterized by two thermodynamic quantities: the isothermal entropy change (?S) and the adiabatic temperature change (?Tad), which are calculated upon under a change in the intensity of the applied magnetic field. In anisotropic magnetic systems it is observed a change in the magnetocaloric effect, since this potential becomes strongly dependent on the direction in which the external magnetic field is applied. The anisotropy in such magnetic systems can lead to an inverse magnetocaloric effect, as well as to the definition of an anisotropic magnetocaloric effect, that by definition is calculated upon a magnetic field which intensity is kept fixed and which orientation is changed from a hard direction of magnetization to the easy direction of magnetization. For DyAl2 compound, using crystal field and mean field approximations, it was possible to simulate the magnetization curves and specific heat obtaining a good agreement with experimental results. In this compound the isothermal entropy change ?Sanisotrópico obtained by varying the direction of the field H (anisotropic EMC) is higher than conventional ?Siso, however, occurs in spin reorientation temperature (T = 42K). The strong anisotropy of ErGa2 and HoGa2 contribute to a expressive difference in the ?Smag (~12 and 23J/kgK@50kOe, respectively at T=10K) when the magnetic field is applied parallel or perpendicular to the easy axes. In both cases the anisotropic variation of entropy with temperature is similar to conventional Ds with the applied magnetic field parallel to the easy axis of magnetization (c axis for ErGa2 and plane ab for HoGa2). We also observed that the EMC ErGa2 is strongly affected by crystal field. Specific heat measurements show a sharp peak Schottky type centered at 40K and, therefore, only part of the total magnetic entropy is presented in the antiferromagnetic ordering temperature. In the compounds of DyBi and HoBi the value obtained for the anisotropic EMC was higher than the conventional EMC (~ 15% to DyBi and 45% for HoBi). For the two compounds was obtained the EMC anisotropic for magnetic fields of 5T, 6T and 7T. HoBi obtained for a very interesting result, in which the anisotropic found for EMC µ0H = 5T, 24.7J/KgK is approximately double that obtained for µ0H = 7T / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: Flávio César Guimarães Gandra / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-30T17:33:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monteiro_JoseCarlosBotelho_D.pdf: 10216375 bytes, checksum: 06d25402d8c5828939f2e7fa0710efbe (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Esta tese tem como principal objetivo desenvolver, apresentar e justificar a utilização de uma metodologia experimental que permita avaliar o efeito magnetocalórico (EMC), em qualquer tipo de material, de modo que as medidas reflitam a resposta real que a amostra fornece ao ser submetida a ciclos de magnetização similares àqueles que ocorrem em sistemas de refrigeração magnética. Para tal, construímos sistemas de medidas que utilizam dispositivos Peltier como sensores de fluxo de calor, capazes de realizar medidas diretas da quantidade de calor que a amostra absorve ou libera em situações aonde há variação de temperatura, campo magnético ou do ângulo entre direção do cristal e o campo aplicado. Na primeira parte do trabalho, foram realizadas medidas no sistema com dispositivos Peltier desenvolvido para uso no equipamento comercial PPMS - Physical Property Measurement System (Sistema de medidas de propriedades físicas) da Quantum Design. Utilizamos os métodos indiretos de medida do EMC mais comuns na literatura (medidas via curvas de magnetização e calor específico) para comparação com as medidas diretas de fluxo de calor através de varredura de campo obtidas pelo nosso sistema. Esta análise foi feita inicialmente em duas amostras com transições magnéticas de primeira e segunda ordem, consideradas como amostras padrão na área do EMC: Gadolínio e a liga Gd5Ge2Si2. Discutimos as diferenças encontradas e definimos aquele que acreditamos ser o protocolo de medidas mais correto para a avaliação do EMC para fins práticos. A partir desta conclusão, analisamos três outras amostras que apresentam comportamentos não usuais e alto potencial magnetocalórico e discutimos as diferenças. Perdas do EMC por histerese foram obtidas experimentalmente. Na segunda parte, com o auxílio de um calorímetro com o elemento Peltier capaz de realizar um giro de até 80° sob campo constante de até 1,9 T, realizamos o estudo do efeito magnetocalórico anisotrópico (EMC-ani) em amostras monocristalinas da família RAl2, obtidas pelo processo de Czochralski. Primeiramente medidas de calor específico e do EMC convencional foram realizadas nos monocristais, através do protocolo definido como ideal na primeira parte do trabalho, utilizando o sistema Peltier do PPMS. A partir desses dados, fomos capazes de obter o EMC-ani, de modo indireto, pela subtração das curvas obtidas. Por fim utilizamos o sistema Peltier de giro para realizar medidas diretas do EMC-ani em monocristais de DyAl2. Os resultados das medidas indiretas e diretas foram comparados com cálculos obtidos através de um modelo autoconsistente / Abstract: This thesis aimed to develop, present and justify the use of a methodology that allows one to evaluate the magnetocaloric effect (MCE), for any kind of material, such that the results reflects the real behavior of the sample submitted to magnetization cycles similar to those of magnetic refrigeration systems. To do so, we built measurement systems that uses Peltier devices as heat flux sensors to determine the heat absorbed or released by the sample in situations where the temperature, magnetic field, or angle between a given crystal direction and field changes. In the first part of the work, we report measurements using a Peltier device system developed for use with the Quantum Design PPMS (Physical Property Measurement System). We evaluated the indirect MCE measurements by using the most common techniques found in literature (through magnetization or specific heat curves) and compared to the direct heat flux measurements obtained through field sweep scans with our system. This analysis was initially made with two samples that present a first and a second order magnetic transition, considered as standard samples at MCE research area: Gadolinium and the Gd5Ge2Si2 alloy. We discussed the differences found and defined the measurement protocol that we believe to be correct to the practical evaluation of the MCE. From this conclusion, we analyzed three other samples that present uncommon behavior and high magnetocaloric potential and discussed their differences. MCE hysteresis losses were experimentally obtained. In the second part, with the aid of a calorimeter built with Peltier devices capable of perform an 80° rotation under constant magnetic field up to 1,9 T, we made the study of the Anisotropic Magnetocaloric Effect (MCE-ani) in monocrystalline samples of the RAl2 family grown by the Czochralski method. First, we made specific heat and conventional MCE measurements with the ideal protocol that was defined in the first part of the work, using the PPMS Peltier system. From these data, we were able to calculate indirectly the MCE-ani by subtracting the acquired curves. Finally, we used the Peltier rotation system to perform direct measurements of the MCE-ani in DyAl2 single crystals. The results of the indirect and direct measurements were compared with calculations achieved using a self-consistent process / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 1060137/2011 / CAPES