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Before the beginning of digital-computers era, a lot of research was carried out in order to find electric circuits the governing equations of which were analogous to the ones of mechanical systems. The mentioned circuits were called ectro-mechanical analogs. They were used as analogical computers for the simulation and the design of mechanical systems. The actual technological development of piezoelectric actuators, which are devices able to efficiently transduce energy between the electrical and mechanical form, induced us to consider again those electro-mechanical analogs in order to create coupled piezo-electro-mechanical systems. Our idea is that the coupling between electro-mechanical phenomena is maximum when the propagation of both electrical and mechanical waves are governed by similar equations. Let us remark that because of the propagating mechanical wave-speed is much lower than the light-speed for every material, it is not possible to search for an efficient electro-mechanical coupling inside a piezoelectric continuum. Consequently circuits able to support the propagation of electric-potential waves have been considered. In this work, the equations for the elastica and for the plate are considered and their circuital analogs are derived using their finite-difference approximation. Afterwards, the coupling between the two structures is modelled considering piezoelectric actuators uniformly distributed on the mechanical system and connected to the nodes of the electric circuit. Then the electro-mechanical coupled equations are derived, and an analytical solution is found for a particular case. Finally some numerical simulations showing the efficiently energy exchange is presented. / Master of Science

Προτείνεται στη διατριβή ένα περιβάλλον ανάλυσης και μελέτης ενδεχόμενων διαταραχών με τη χρήση μεθόδων μηχανικής μάθησης για ηλεκτρικά δίκτυα. Δομείται ένα ελεγμένο σύνολο πιθανών λειτουργικών καταστάσεων πάνω στο οποίο ορίζεται και μελετάται ένα σύνολο από ενδεχόμενες διαταραχές. Βάσει προτεινόμενων στη βιβλιογραφία δεικτών κατάστασης, οι οποίοι υπολογίζονται ανά λειτουργική κατάσταση, εκπαιδεύονται ανά ενδεχόμενη διαταραχή μέθοδοι μηχανικής μάθησης οι οποίες για μη γνωστές καταστάσεις του δικτύου είναι δυνατό να παράγουν προγνώσεις σχετικά με τις πιθανές επιπτώσεις μιας ενδεχόμενης διαταραχής. Στα πλαίσια της διατριβής έχει σχεδιαστεί ένα πρωτότυπο υπολογιστικό περιβάλλον ανάλυσης και εκτίμησης της επικινδυνότητας ενός προκαθορισμένου συνόλου διαταραχών απώλειας συνδυασμού γραμμών και ζυγών, ενώ παράλληλα προτείνεται μια μεθοδολογία ανάλυσης ενδεχόμενων διαταραχών η οποία εφαρμόζεται στο ηλεκτρικό δίκτυο της νήσου Κρήτης. Το περιβάλλον μελέτης είναι ανεξάρτητο του ηλεκτρικού δικτύου και εκπαιδεύει αλγόριθμους μηχανικής μάθησης με προγενέστερη γνώση με σκοπό την εκτίμηση του αποτελέσματος εφαρμογής μιας ενδεχόμενης διαταραχής σε μια τυχαία λειτουργική κατάσταση του δικτύου. Η προγενέστερη γνώση αποκτάται με προσομοίωση, δηλαδή με την εφαρμογή μιας διαταραχής σε διαφορετικές μεταξύ τους ελεγμένες λειτουργικές καταστάσεις. Έτσι, είναι δυνατή η εκτίμηση της επικινδυνότητας μιας ενδεχόμενης διαταραχής με παράκαμψη της υπολογιστικά δαπανηρής διαδικασίας ανάλυσης ροής φορτίου. / Within thesis an environment implementing machine learning techniques for the analysis and study of electrical network contingencies is proposed. A set of contingencies is defined and studied on a filtered set of simulated possible operating points. Machine learning methods based on proposed in bibliography indices are calculated per simulated operating point and are trained per contingency. They are capable to generate a prediction for an unknown network state about the possible outcome of a contingency. In the scope of thesis a novel computing environment has been developed for the analysis and risk assessment of a predefined set of contingencies comprising line outage combinations. In parallel, a general methodology for contingency analysis is proposed that is in particular implemented on the electrical network of the island of Crete. The environment of study is electrical network independent and trains machine learning algorithms based on previous knowledge. It aims at the estimation of the application result of a contingency to a certain network operating state. Previous knowledge is acquired through simulation, that is the application of a contingency to different filtered operating states. Thus, the risk estimation of a contingency is achieved, bypassing the computer intensive procedure of power flow analysis.

Essa Tese teve por objetivo investigar a construção do conhecimento de estudantes na área tecnológica a partir do tema circuitos elétricos lineares, procurando responder à questão de pesquisa: “Como os processos cognitivos do sujeito se evidenciam, ou se explicitam, na aprendizagem de circuitos elétricos lineares?”. O referencial teórico utilizado na área de Educação foi a Epistemologia Genética de Jean Piaget e na área de Eletricidade foi a Teoria de Circuitos Elétricos Lineares. A partir desses referenciais elaborou-se proposições teóricas e uma entrevista baseada no método clínico, que visava investigar as explicações dos sujeitos sobre o fenômeno da redução do brilho de uma lâmpada quando da ligação de um chuveiro, durante a simulação do mesmo. Foram realizados estudos de casos múltiplos (YIN, 2001) com dez estudantes do terceiro ano de um curso técnico em eletrônica integrado ao ensino médio. Os resultados indicaram três níveis hierárquicos e sucessivos de explicações, sendo que o terceiro nível foi dividido em dois subníveis. Observei que todos os sujeitos começaram as suas explicações a partir do patamar inicial, e alguns progrediram conforme esses níveis, caracterizando uma psicogênese da compreensão do fenômeno. Identifiquei que a consolidação dos esquemas conceituais dos circuitos elétricos lineares, ou seja, a sua compreensão, bem como o interesse dos sujeitos pelo tema influenciaram o seu desempenho na construção de argumentos mais complexos, completos, sofisticados e mais próximos do significado dos conceitos científicos. Observei, neste processo, as concepções alternativas, que são muito resistentes às mudanças e que produziram contradições entre as predições ou julgamentos e os observáveis. Verifiquei que esses fenômenos somente modificaram o raciocínio dos sujeitos, quando eles haviam construído uma estrutura que permitiu a sua assimilação, bem como quando havia um certo nível de descentração e de interesse. Constatei que essa descentração é fundamental para a evolução da compreensão, pois embora inconsciente, está no âmago das questões de aprendizagem, podendo ser potencializada pelo interesse pelo tema. Observei que quanto menor a capacidade de descentração do sujeito, ou seja, quanto mais egocêntrico for, mais dificuldades terá para desenvolver a compreensão. Verifiquei que, para alguns sujeitos, esse egocentrismo não pode ser superado ao realizar as atividades. Identifiquei que, apesar de aparentemente demonstrarem utilizar o raciocínio lógico formal durante a resolução de problemas, alguns sujeitos apresentaram evidências de não compreenderem o que faziam nem as razões de fazerem, caracterizando um fazer sem compreender, o que leva a se considerar a possibilidade de que a compreensão esteja relacionada com um certo fazer sentido. Particularmente, constatei que essa Tese possibilitou conhecer os processos cognitivos sobre esse fenômeno, proporcionou melhor compreender os conceitos da Epistemologia Genética e permitiu identificar a minha própria psicogênese da compreensão. Por fim, além de identificar possibilidades de novos estudos sobre o pensamento dos adolescentes e a construção do conhecimento na área tecnológica, defendo ter respondido a questão de pesquisa, pois verifiquei que os processos cognitivos se evidenciaram na aprendizagem dos circuitos elétricos lineares através do processo de compreensão do fenômeno da redução do brilho da lâmpada, quando da ligação do chuveiro. / The aim of this thesis is to investigate the construction of knowledge in students from the field of Technology, based on the topic of linear electrical networks, to answer the research question: “How the subjects’ cognitive processes are expressed, or manifested, when they learn about linear electrical networks?”. The theoretical framework involved the field of Education, with Jean Piaget’s Genetic Epistemology, and the field of Electricity, with the linear network theory. Theoretical propositions were then formulated, as well as an interview based on the clinical method, which aimed to investigate the subjects’ explanations for the dimming of a lamp when a shower is turned on, during a simulation of that action. Multiple case studies (YIN, 2001) were conducted with ten students who were in the third year of a technical course in Electronics which was integrated with secondary school. The results indicated three hierarchical and successive levels of explanations, the third one being divided into two sublevels. It was observed that all subjects started their explanations from the initial level, and some progressed according to those levels, characterizing a psychogenesis of the understanding of that phenomenon. The consolidation of the conceptual schemes related to linear electrical networks, that is, the subjects’ understanding of them, and the subjects’ interest in the topic were identified as influential in their performance when they presented arguments that were more complex, complete, sophisticated and closer to the meaning of the scientific concepts. In this process, it was also possible to observe alternative concepts, which were very resistant to change and produced contradiction between the subjects’ predictions or judgements and the observable data. These phenomena only modified the subjects’ reasoning when they had constructed a structure that allowed their assimilation, and also when there was a certain level of decentration and interest. This decentration, I have concluded, is fundamental to the evolution of understanding, because, although unconscious, it is in the core of learning issues, and it can be enhanced by the subjects’ interest about the topic they are learning. Those who were less able for decentering – that is, those who were more egocentric – had more difficulties in their process of understanding the phenomena. Despite their apparent use of formal logical thinking when solving problems, some of the subjects showed signs of not understanding what they were doing nor the reasons for what they were doing, characterizing a doing without understanding, which leads to the possibility that understanding is related to a certain ability for making sense. In doing this thesis, I could understand more clearly the cognitive processes related to this phenomenon and the Genetic Epistemology’s concepts. It allowed me to identify my own psychogenesis of understanding. Finally, besides identifying the possibilities for new studies on the thinking process of adolescents and the construction of knowledge in the field of Technology, I believe to have answered the research question, since the cognitive processes were expressed in the learning of linear electrical networks through the process of understanding the dimming of a lamp when a shower was turned on. / Esta tesis tuvo como objetivo investigar la construcción del conocimiento de los estudiantes en el área tecnológica desde el tema de los circuitos eléctricos lineales, tratando de responder a la pregunta de investigación : " ¿Cómo los procesos cognitivos de la persona son evidentes o quedan explicitos cuando del aprendizaje de los circuitos eléctricos lineales ? " . El marco teórico utilizado en el campo de la educación fue la Epistemología Genética de Jean Piaget y en el área de la Electricidad fue la Teoría de Circuitos Eléctricos Lineales. Sobre la base de estas referencias se elaboró proposiciones teóricas y una entrevista basada en el método clínico, cuyo objetivo era investigar las explicaciones de los sujetos respecto al fenómeno de la reducción de la luminosidad de una lámpara al ser incendida una ducha, durante la simulación del mismo. Se llevaron a cabo estudios de casos múltiples (Yin, 2001) con diez estudiantes del tercer año de los técnicos en electrónica de la escuela secundaria. Los resultados muestran tres niveles jerárquicos y sucesivos de explicaciones, y el tercer nivel se ha dividido en dos sub- niveles. Todos los sujetos comenzaron sus explicaciones desde el nivel inicial, y algunos han progresado según esos niveles, lo que caracterizó una psicogénesis de la comprensión del fenómeno. Identifiqué que la consolidación de los esquemas conceptuales de los circuitos eléctricos lineales, es decir, la comprensión y el interés de los sujetos por el tema influyeron en su desempeño en la construcción de los argumentos más complejos, completos, sofisticados y más cerca de los significados de los conceptos científicos. Observé, en el proceso, las concepciones alternativas, que son mucho más resistentes a los cambios y han producido contradicciones entre las predicciones o juicios y los observables. Me encontré con que estos fenómenos solamente modificaron el razonamiento de los sujetos cuando los mismos habían construido una estructura que permitió su asimilación, así como cuando se produjo un cierto nivel de descentramiento y del interés. Me pareció que esta descentralización es fundamental para la evolución de la comprensión, pues aún inconsciente, está en el corazón de los problemas de aprendizaje, lo que puede ser aún mayor debido al interés en el tema. Me di cuenta de que cuanto menor sea la capacidad de descentración del sujeto, es decir, cuanto más centrado en sí mismo sea, más difícil será el desarrollo de la comprensión. He descubierto que, para algunos sujetos este egocentrismo no puede ser superado mediante la realización de actividades. Identifiqué, aunque aparentemente parezcan estar usando el razonamiento lógico formal para la resolución de problemas, algunos sujetos mostraron evidencia de no entender lo que estaban haciendo tampoco de las razones para hacer caracterizando, un hacen sin entender, lo que lleva a considerar la posibilidad de que la comprensión estea relacionada con un cierto hacer sentido. En particular, constaté que esta Tesis permitió conocer los procesos cognitivos respecto a este fenómeno , además de presentar condiciones de entender mejor los conceptos de Epistemología Genética e identificar la psicogénesis de mi propio entendimiento. Además de la identificación de posibilidades para nuevas investigaciones sobre el pensamiento de los adolescentes y de la construcción del conocimiento en el área de la tecnología, yo defiendo haber respondido a la pregunta de investigación, porque me di cuenta de que los procesos cognitivos se evidencian en el aprendizaje de los circuitos eléctricos lineales a través del proceso de comprensión del fenómeno de reducir el brillo de la lámpara cuando se conecta la ducha.

Essa Tese teve por objetivo investigar a construção do conhecimento de estudantes na área tecnológica a partir do tema circuitos elétricos lineares, procurando responder à questão de pesquisa: “Como os processos cognitivos do sujeito se evidenciam, ou se explicitam, na aprendizagem de circuitos elétricos lineares?”. O referencial teórico utilizado na área de Educação foi a Epistemologia Genética de Jean Piaget e na área de Eletricidade foi a Teoria de Circuitos Elétricos Lineares. A partir desses referenciais elaborou-se proposições teóricas e uma entrevista baseada no método clínico, que visava investigar as explicações dos sujeitos sobre o fenômeno da redução do brilho de uma lâmpada quando da ligação de um chuveiro, durante a simulação do mesmo. Foram realizados estudos de casos múltiplos (YIN, 2001) com dez estudantes do terceiro ano de um curso técnico em eletrônica integrado ao ensino médio. Os resultados indicaram três níveis hierárquicos e sucessivos de explicações, sendo que o terceiro nível foi dividido em dois subníveis. Observei que todos os sujeitos começaram as suas explicações a partir do patamar inicial, e alguns progrediram conforme esses níveis, caracterizando uma psicogênese da compreensão do fenômeno. Identifiquei que a consolidação dos esquemas conceituais dos circuitos elétricos lineares, ou seja, a sua compreensão, bem como o interesse dos sujeitos pelo tema influenciaram o seu desempenho na construção de argumentos mais complexos, completos, sofisticados e mais próximos do significado dos conceitos científicos. Observei, neste processo, as concepções alternativas, que são muito resistentes às mudanças e que produziram contradições entre as predições ou julgamentos e os observáveis. Verifiquei que esses fenômenos somente modificaram o raciocínio dos sujeitos, quando eles haviam construído uma estrutura que permitiu a sua assimilação, bem como quando havia um certo nível de descentração e de interesse. Constatei que essa descentração é fundamental para a evolução da compreensão, pois embora inconsciente, está no âmago das questões de aprendizagem, podendo ser potencializada pelo interesse pelo tema. Observei que quanto menor a capacidade de descentração do sujeito, ou seja, quanto mais egocêntrico for, mais dificuldades terá para desenvolver a compreensão. Verifiquei que, para alguns sujeitos, esse egocentrismo não pode ser superado ao realizar as atividades. Identifiquei que, apesar de aparentemente demonstrarem utilizar o raciocínio lógico formal durante a resolução de problemas, alguns sujeitos apresentaram evidências de não compreenderem o que faziam nem as razões de fazerem, caracterizando um fazer sem compreender, o que leva a se considerar a possibilidade de que a compreensão esteja relacionada com um certo fazer sentido. Particularmente, constatei que essa Tese possibilitou conhecer os processos cognitivos sobre esse fenômeno, proporcionou melhor compreender os conceitos da Epistemologia Genética e permitiu identificar a minha própria psicogênese da compreensão. Por fim, além de identificar possibilidades de novos estudos sobre o pensamento dos adolescentes e a construção do conhecimento na área tecnológica, defendo ter respondido a questão de pesquisa, pois verifiquei que os processos cognitivos se evidenciaram na aprendizagem dos circuitos elétricos lineares através do processo de compreensão do fenômeno da redução do brilho da lâmpada, quando da ligação do chuveiro. / The aim of this thesis is to investigate the construction of knowledge in students from the field of Technology, based on the topic of linear electrical networks, to answer the research question: “How the subjects’ cognitive processes are expressed, or manifested, when they learn about linear electrical networks?”. The theoretical framework involved the field of Education, with Jean Piaget’s Genetic Epistemology, and the field of Electricity, with the linear network theory. Theoretical propositions were then formulated, as well as an interview based on the clinical method, which aimed to investigate the subjects’ explanations for the dimming of a lamp when a shower is turned on, during a simulation of that action. Multiple case studies (YIN, 2001) were conducted with ten students who were in the third year of a technical course in Electronics which was integrated with secondary school. The results indicated three hierarchical and successive levels of explanations, the third one being divided into two sublevels. It was observed that all subjects started their explanations from the initial level, and some progressed according to those levels, characterizing a psychogenesis of the understanding of that phenomenon. The consolidation of the conceptual schemes related to linear electrical networks, that is, the subjects’ understanding of them, and the subjects’ interest in the topic were identified as influential in their performance when they presented arguments that were more complex, complete, sophisticated and closer to the meaning of the scientific concepts. In this process, it was also possible to observe alternative concepts, which were very resistant to change and produced contradiction between the subjects’ predictions or judgements and the observable data. These phenomena only modified the subjects’ reasoning when they had constructed a structure that allowed their assimilation, and also when there was a certain level of decentration and interest. This decentration, I have concluded, is fundamental to the evolution of understanding, because, although unconscious, it is in the core of learning issues, and it can be enhanced by the subjects’ interest about the topic they are learning. Those who were less able for decentering – that is, those who were more egocentric – had more difficulties in their process of understanding the phenomena. Despite their apparent use of formal logical thinking when solving problems, some of the subjects showed signs of not understanding what they were doing nor the reasons for what they were doing, characterizing a doing without understanding, which leads to the possibility that understanding is related to a certain ability for making sense. In doing this thesis, I could understand more clearly the cognitive processes related to this phenomenon and the Genetic Epistemology’s concepts. It allowed me to identify my own psychogenesis of understanding. Finally, besides identifying the possibilities for new studies on the thinking process of adolescents and the construction of knowledge in the field of Technology, I believe to have answered the research question, since the cognitive processes were expressed in the learning of linear electrical networks through the process of understanding the dimming of a lamp when a shower was turned on. / Esta tesis tuvo como objetivo investigar la construcción del conocimiento de los estudiantes en el área tecnológica desde el tema de los circuitos eléctricos lineales, tratando de responder a la pregunta de investigación : " ¿Cómo los procesos cognitivos de la persona son evidentes o quedan explicitos cuando del aprendizaje de los circuitos eléctricos lineales ? " . El marco teórico utilizado en el campo de la educación fue la Epistemología Genética de Jean Piaget y en el área de la Electricidad fue la Teoría de Circuitos Eléctricos Lineales. Sobre la base de estas referencias se elaboró proposiciones teóricas y una entrevista basada en el método clínico, cuyo objetivo era investigar las explicaciones de los sujetos respecto al fenómeno de la reducción de la luminosidad de una lámpara al ser incendida una ducha, durante la simulación del mismo. Se llevaron a cabo estudios de casos múltiples (Yin, 2001) con diez estudiantes del tercer año de los técnicos en electrónica de la escuela secundaria. Los resultados muestran tres niveles jerárquicos y sucesivos de explicaciones, y el tercer nivel se ha dividido en dos sub- niveles. Todos los sujetos comenzaron sus explicaciones desde el nivel inicial, y algunos han progresado según esos niveles, lo que caracterizó una psicogénesis de la comprensión del fenómeno. Identifiqué que la consolidación de los esquemas conceptuales de los circuitos eléctricos lineales, es decir, la comprensión y el interés de los sujetos por el tema influyeron en su desempeño en la construcción de los argumentos más complejos, completos, sofisticados y más cerca de los significados de los conceptos científicos. Observé, en el proceso, las concepciones alternativas, que son mucho más resistentes a los cambios y han producido contradicciones entre las predicciones o juicios y los observables. Me encontré con que estos fenómenos solamente modificaron el razonamiento de los sujetos cuando los mismos habían construido una estructura que permitió su asimilación, así como cuando se produjo un cierto nivel de descentramiento y del interés. Me pareció que esta descentralización es fundamental para la evolución de la comprensión, pues aún inconsciente, está en el corazón de los problemas de aprendizaje, lo que puede ser aún mayor debido al interés en el tema. Me di cuenta de que cuanto menor sea la capacidad de descentración del sujeto, es decir, cuanto más centrado en sí mismo sea, más difícil será el desarrollo de la comprensión. He descubierto que, para algunos sujetos este egocentrismo no puede ser superado mediante la realización de actividades. Identifiqué, aunque aparentemente parezcan estar usando el razonamiento lógico formal para la resolución de problemas, algunos sujetos mostraron evidencia de no entender lo que estaban haciendo tampoco de las razones para hacer caracterizando, un hacen sin entender, lo que lleva a considerar la posibilidad de que la comprensión estea relacionada con un cierto hacer sentido. En particular, constaté que esta Tesis permitió conocer los procesos cognitivos respecto a este fenómeno , además de presentar condiciones de entender mejor los conceptos de Epistemología Genética e identificar la psicogénesis de mi propio entendimiento. Además de la identificación de posibilidades para nuevas investigaciones sobre el pensamiento de los adolescentes y de la construcción del conocimiento en el área de la tecnología, yo defiendo haber respondido a la pregunta de investigación, porque me di cuenta de que los procesos cognitivos se evidencian en el aprendizaje de los circuitos eléctricos lineales a través del proceso de comprensión del fenómeno de reducir el brillo de la lámpara cuando se conecta la ducha.

Essa Tese teve por objetivo investigar a construção do conhecimento de estudantes na área tecnológica a partir do tema circuitos elétricos lineares, procurando responder à questão de pesquisa: “Como os processos cognitivos do sujeito se evidenciam, ou se explicitam, na aprendizagem de circuitos elétricos lineares?”. O referencial teórico utilizado na área de Educação foi a Epistemologia Genética de Jean Piaget e na área de Eletricidade foi a Teoria de Circuitos Elétricos Lineares. A partir desses referenciais elaborou-se proposições teóricas e uma entrevista baseada no método clínico, que visava investigar as explicações dos sujeitos sobre o fenômeno da redução do brilho de uma lâmpada quando da ligação de um chuveiro, durante a simulação do mesmo. Foram realizados estudos de casos múltiplos (YIN, 2001) com dez estudantes do terceiro ano de um curso técnico em eletrônica integrado ao ensino médio. Os resultados indicaram três níveis hierárquicos e sucessivos de explicações, sendo que o terceiro nível foi dividido em dois subníveis. Observei que todos os sujeitos começaram as suas explicações a partir do patamar inicial, e alguns progrediram conforme esses níveis, caracterizando uma psicogênese da compreensão do fenômeno. Identifiquei que a consolidação dos esquemas conceituais dos circuitos elétricos lineares, ou seja, a sua compreensão, bem como o interesse dos sujeitos pelo tema influenciaram o seu desempenho na construção de argumentos mais complexos, completos, sofisticados e mais próximos do significado dos conceitos científicos. Observei, neste processo, as concepções alternativas, que são muito resistentes às mudanças e que produziram contradições entre as predições ou julgamentos e os observáveis. Verifiquei que esses fenômenos somente modificaram o raciocínio dos sujeitos, quando eles haviam construído uma estrutura que permitiu a sua assimilação, bem como quando havia um certo nível de descentração e de interesse. Constatei que essa descentração é fundamental para a evolução da compreensão, pois embora inconsciente, está no âmago das questões de aprendizagem, podendo ser potencializada pelo interesse pelo tema. Observei que quanto menor a capacidade de descentração do sujeito, ou seja, quanto mais egocêntrico for, mais dificuldades terá para desenvolver a compreensão. Verifiquei que, para alguns sujeitos, esse egocentrismo não pode ser superado ao realizar as atividades. Identifiquei que, apesar de aparentemente demonstrarem utilizar o raciocínio lógico formal durante a resolução de problemas, alguns sujeitos apresentaram evidências de não compreenderem o que faziam nem as razões de fazerem, caracterizando um fazer sem compreender, o que leva a se considerar a possibilidade de que a compreensão esteja relacionada com um certo fazer sentido. Particularmente, constatei que essa Tese possibilitou conhecer os processos cognitivos sobre esse fenômeno, proporcionou melhor compreender os conceitos da Epistemologia Genética e permitiu identificar a minha própria psicogênese da compreensão. Por fim, além de identificar possibilidades de novos estudos sobre o pensamento dos adolescentes e a construção do conhecimento na área tecnológica, defendo ter respondido a questão de pesquisa, pois verifiquei que os processos cognitivos se evidenciaram na aprendizagem dos circuitos elétricos lineares através do processo de compreensão do fenômeno da redução do brilho da lâmpada, quando da ligação do chuveiro. / The aim of this thesis is to investigate the construction of knowledge in students from the field of Technology, based on the topic of linear electrical networks, to answer the research question: “How the subjects’ cognitive processes are expressed, or manifested, when they learn about linear electrical networks?”. The theoretical framework involved the field of Education, with Jean Piaget’s Genetic Epistemology, and the field of Electricity, with the linear network theory. Theoretical propositions were then formulated, as well as an interview based on the clinical method, which aimed to investigate the subjects’ explanations for the dimming of a lamp when a shower is turned on, during a simulation of that action. Multiple case studies (YIN, 2001) were conducted with ten students who were in the third year of a technical course in Electronics which was integrated with secondary school. The results indicated three hierarchical and successive levels of explanations, the third one being divided into two sublevels. It was observed that all subjects started their explanations from the initial level, and some progressed according to those levels, characterizing a psychogenesis of the understanding of that phenomenon. The consolidation of the conceptual schemes related to linear electrical networks, that is, the subjects’ understanding of them, and the subjects’ interest in the topic were identified as influential in their performance when they presented arguments that were more complex, complete, sophisticated and closer to the meaning of the scientific concepts. In this process, it was also possible to observe alternative concepts, which were very resistant to change and produced contradiction between the subjects’ predictions or judgements and the observable data. These phenomena only modified the subjects’ reasoning when they had constructed a structure that allowed their assimilation, and also when there was a certain level of decentration and interest. This decentration, I have concluded, is fundamental to the evolution of understanding, because, although unconscious, it is in the core of learning issues, and it can be enhanced by the subjects’ interest about the topic they are learning. Those who were less able for decentering – that is, those who were more egocentric – had more difficulties in their process of understanding the phenomena. Despite their apparent use of formal logical thinking when solving problems, some of the subjects showed signs of not understanding what they were doing nor the reasons for what they were doing, characterizing a doing without understanding, which leads to the possibility that understanding is related to a certain ability for making sense. In doing this thesis, I could understand more clearly the cognitive processes related to this phenomenon and the Genetic Epistemology’s concepts. It allowed me to identify my own psychogenesis of understanding. Finally, besides identifying the possibilities for new studies on the thinking process of adolescents and the construction of knowledge in the field of Technology, I believe to have answered the research question, since the cognitive processes were expressed in the learning of linear electrical networks through the process of understanding the dimming of a lamp when a shower was turned on. / Esta tesis tuvo como objetivo investigar la construcción del conocimiento de los estudiantes en el área tecnológica desde el tema de los circuitos eléctricos lineales, tratando de responder a la pregunta de investigación : " ¿Cómo los procesos cognitivos de la persona son evidentes o quedan explicitos cuando del aprendizaje de los circuitos eléctricos lineales ? " . El marco teórico utilizado en el campo de la educación fue la Epistemología Genética de Jean Piaget y en el área de la Electricidad fue la Teoría de Circuitos Eléctricos Lineales. Sobre la base de estas referencias se elaboró proposiciones teóricas y una entrevista basada en el método clínico, cuyo objetivo era investigar las explicaciones de los sujetos respecto al fenómeno de la reducción de la luminosidad de una lámpara al ser incendida una ducha, durante la simulación del mismo. Se llevaron a cabo estudios de casos múltiples (Yin, 2001) con diez estudiantes del tercer año de los técnicos en electrónica de la escuela secundaria. Los resultados muestran tres niveles jerárquicos y sucesivos de explicaciones, y el tercer nivel se ha dividido en dos sub- niveles. Todos los sujetos comenzaron sus explicaciones desde el nivel inicial, y algunos han progresado según esos niveles, lo que caracterizó una psicogénesis de la comprensión del fenómeno. Identifiqué que la consolidación de los esquemas conceptuales de los circuitos eléctricos lineales, es decir, la comprensión y el interés de los sujetos por el tema influyeron en su desempeño en la construcción de los argumentos más complejos, completos, sofisticados y más cerca de los significados de los conceptos científicos. Observé, en el proceso, las concepciones alternativas, que son mucho más resistentes a los cambios y han producido contradicciones entre las predicciones o juicios y los observables. Me encontré con que estos fenómenos solamente modificaron el razonamiento de los sujetos cuando los mismos habían construido una estructura que permitió su asimilación, así como cuando se produjo un cierto nivel de descentramiento y del interés. Me pareció que esta descentralización es fundamental para la evolución de la comprensión, pues aún inconsciente, está en el corazón de los problemas de aprendizaje, lo que puede ser aún mayor debido al interés en el tema. Me di cuenta de que cuanto menor sea la capacidad de descentración del sujeto, es decir, cuanto más centrado en sí mismo sea, más difícil será el desarrollo de la comprensión. He descubierto que, para algunos sujetos este egocentrismo no puede ser superado mediante la realización de actividades. Identifiqué, aunque aparentemente parezcan estar usando el razonamiento lógico formal para la resolución de problemas, algunos sujetos mostraron evidencia de no entender lo que estaban haciendo tampoco de las razones para hacer caracterizando, un hacen sin entender, lo que lleva a considerar la posibilidad de que la comprensión estea relacionada con un cierto hacer sentido. En particular, constaté que esta Tesis permitió conocer los procesos cognitivos respecto a este fenómeno , además de presentar condiciones de entender mejor los conceptos de Epistemología Genética e identificar la psicogénesis de mi propio entendimiento. Además de la identificación de posibilidades para nuevas investigaciones sobre el pensamiento de los adolescentes y de la construcción del conocimiento en el área de la tecnología, yo defiendo haber respondido a la pregunta de investigación, porque me di cuenta de que los procesos cognitivos se evidencian en el aprendizaje de los circuitos eléctricos lineales a través del proceso de comprensión del fenómeno de reducir el brillo de la lámpara cuando se conecta la ducha.

Orientador: Euripedes Guilherme de Oliveira Nobrega / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T12:28:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_JulianoNunes_M.pdf: 1943364 bytes, checksum: 37bfdc87a8b3b47e435c8aadfe91806a (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Hoje em dia, os microssistemas eletromecânicos (MEMS) constituem uma das áreas mais promissoras e de rápido crescimento entre as novas tecnologias. Uma área de destaque na utilização de MEMS é a microfluídica, onde diversos tipos de equipamentos miniaturizados são necessários. As microbombas têm um papel fundamental neste tipo de microdispositivos, devido a sua função de prover quantidades muito pequenas de fluidos de maneira segura e uniforme. O presente trabalho apresenta o processo de desenvolvimento de uma microbomba de diafragma oscilante sem válvulas e com atuação pneumática. Para se construir a microbomba sem válvulas, primeiramente foi feito um estudo sobre os elementos bocaljdifusor, que representam na microbomba o papel das válvulas. Com o objetivo de se analisar o comportamento da microbomba, foi feita uma simulação numérica utilizando-se a analogia por circuitos elétricos equivalentes, reconhecidamente um método simples e eficiente' de simulação de sistemas multidomínios, onde a grande maioria dos microdispositivos podem ser classificados. Por fim, foram projetados e montados protótipos da microbomba utilizahdo-se a tecnologia de microfabricação Litografia Profunda em polímeros flexográficos, onde se faz o uso de radiação ultravioleta. Tal opção se deve a que esta é uma tecnologia de baixo custo e de fácil utilização. Foi feito em seguida o levantamento de desempenho da microbomba, onde vários testes foram realizados para se conhecer a relação de pressão versus vazão / Abstract: Nowadays, Micro-Electromechanical systems (MEMS) constitute one of the most promising and fast expanding fields among the new technologies. Microfiuidic systems are a noteworthy sub-area of MEMS, demanding several types of microdevices to be developed. Micropumps have a fundamental role in thee systems, due to the need of supplying minimal amounts of fiuid in a guaranteed and uniform way. This work presents the process of development of. prototypes of aval veless micropump based upon reciprocating diaphragm and pneumatic actuation. To construct the valveless micropump, firstly it was made a study on the nozzlej diffuser elements, which represent in these micropumps the valve function. Aiming to analyse the behavior of the micropump, a numeric simulation was studied using electrical equivalent networks, known as a simple and eflicient method of simulation of multidomain systems, a classification most MEMS follow. Finally, it was designed and constructed prototypes of the micropumps using the Deep Lithography in fiexographics polymers micro-manufacture technology. This option is due to the low cost characteristic of this technology and also because it is very easy to learn how to produce the prototypes. ln the sequence, the nerformance of the micropump was studied through several experimental tests in order to know its pressure and fiow behavior / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho apresenta propostas de modelos computacionais para representar os principais esquemas de aterramento e equipamentos presentes na rede elétrica de serviço que é utilizada por foguetes de sondagem, com a meta de permitir a verificação operacional e viabilidade técnica no contexto da distribuição de energia elétrica. Nesses modelos são simuladas as condições de operação nominal e em falta, sendo que essa última é realizada em pontos estratégicos da rede elétrica com o propósito de determinar valores máximos de corrente alcançados pelo sistema nessas condições. Os valores de corrente obtidos nessas simulações são principalmente utilizados como referência na escolha do esquema de distribuição da energia elétrica mais adequada para ser utilizado pela rede embarcada em foguetes de sondagem e na determinação de características elétricas mínimas que os equipamentos de bordo devem possuir a fim de atenderem as condições nominais e suportar as possíveis faltas que podem acometer o sistema. Os resultados satisfatórios obtidos nas simulações dos modelos computacionais elaborados para representar os esquemas de aterramento e equipamentos pertencentes à rede elétrica de serviço que é utilizada por foguetes de sondagem, apresentados neste trabalho, indicam que os modelos são consistentes e adequados aos propósitos que se destinam. / This work presents the proposals for computational models to represent the main grounding schemes and equipment used in the service electrical network used by sounding rockets with the goal of enabling the operational verification and technical viability in the context of electrical power distribution. In these models are simulated the conditions of nominal operation and in fault, and the latter is carried out at strategic points in the electrical network with the purpose of determining maximum power achieved by the system under these conditions. The current values obtained in these simulations are mainly used as a guide in choosing the distribution of power best suited to be used by the service electrical network and the determination of electrical characteristics requirements that the equipment should possess in order to meet the nominal conditions and support the possible faults that can affect the system. The satisfactory results obtained in the simulations of the computer models designed to represent the grounding schemes and equipment belonging to the service electrical network used by sounding rockets, presented in this paper indicates that the models are consistent and appropriate to the purposes intended.