Orientador: Jose Busnardo Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-14T03:18:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Balloni_AntonioJose_D.pdf: 4042496 bytes, checksum: 0d4a4c93fbe34ae0e5659671fea14b86 (MD5) Previous issue date: 1988 / Resumo: Foi observada experimentalmente a existência de cavitons estacionários em um plasma de argônio, produzido e aquecido por um campo de rf e confinado por um sistema de espelhos magnéticos. Os cavitons são observados simultaneamente na densidade dos elétrons Ne (depressão) , na temperatura dos elétrons Te (pico) , no potencial de flutuação Vf (depressão) e nos campos eletromagnéticos de rf Erf (pico) .São estáveis no tempo, altamente localizados no espaço e existe um equilíbrio entre a força ponderomotriz e a força termocinética. A localização dos cavitons está associada a ondas estacionárias ao longo do eixo de simetria do sistema. Sua largura Dz é da ordem de 2 a 4 cm, com DNe/Ne* ~100% e DTe/Te* ~200% . Um modelo matemático, baseado no modelo de Morales [The Phys. of Fluids, 20,1135(1977)], mostrou a existência de cavitons estacionários no tempo e no espaço, com a amplitude final bastante próxima da medida / Abstract: We report the experimental observation of cavitons in a Argon plasma, produced and heated by an rf field and confined by a magnetic mirror system. The cavitons are simultaneously observed in the electron density Ne (dip), the electron temperature Te (peak) , the floating potential Vf (dip) and in the rf electromagnetics fields (peak) .They are stable in time, sharply localized and stationary in space and there is an equilibrium between the ponderomotive force and thermokinetic forces. The localization of the cavitons is associated with stationary waves along the axis of symmetry of the system. Their widths Dz is of the order 2.0 to 4.0 cm, DNe/Ne* ~100% and DTe/Te* ~200%. We modified Morales model for cavitons [The Phys. of Fluids, 20,1135(1977)] and obtained cavitons stationary in time and space, with a reasonable prediction for the final amplitude / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Carlos Alberto da Silva Lima / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-15T00:25:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Orea_AlfredoCruz_M.pdf: 1280191 bytes, checksum: 9fb2cb7ec2d819b91f25efc115273454 (MD5) Previous issue date: 1985 / Resumo: Nesta Tese, abordamos alguns aspectos do fenômeno da descarga óptica num gás, especificamente relacionados com o estabelecimento da ruptura dielétrica no mesmo. Nosso trabalho usa um tratamento do processo de ruptura que incorpora efeitos que, ate então, não o haviam sido, em trabalhos desenvolvidos sobre o tema. Assim, ao desenvolvermos a equação de balanço energético, a partir da qual pudemos determinar o fluxo de energia eletromagnética crítico (intensidade crítica do feixe de laser Jcr) capaz de iniciar o processo de ruptura, introduzimos os efeitos que a presença do campo intenso acarreta nos parâmetros relevantes para o estabelecimento do processo, tais como efeitos sobre a energia de ionização atômica e efeitos sobre a freqüência efetiva de colisões eletron-caroço positivo, no gás, que levam a absorção de energia do campo pelos elétrons através do processo de bremsstrahlung inverso. A incorporação destes efeitos, que são explicitamente abordados na Tese, levou a predição de Jcr, em função da pressão p, usando uma estimativa da densidade eletrônica ne, no volume de ruptura que, embora tenha resultado em Jcr(p) qualitativamente correta, exigiu revisão para se obter melhor ajuste quantitativo com os dados experimentais disponíveis. Isto nos levou ao levantamento fenomenológico de ne(p) = a(p) n{p), onde n(p) é a densidade atômica (atomos/cm3) no gás, a uma pressão p. A relação a(p) é determinada pelo balanço, dentro do volume focal, entre ganho (produção pelo processo de ionização multifotônica + avalanche (ionização por impacto+bremsstrahlung inverso através de sucessivas gerações)) e perda eletrônica (governada pela ação de diversos mecanismos de perda, seja de energia - impactos não-ionizantes - seja, mesmo, de elétrons - fugas da região focal, recombinação, etc.). Compreende-se, assim, a enorme complexidade do problema de tentar obter a(p) a partir de primeiros princípios, o que levou-nos a buscar sua determinação com base nas medidas experimentais existentes para Jcr. Com tais valores de a(pi), gerou-se, por ajuste de curva, com auxilio de um computador, a função a(p). Pudemos, assim, estabelecer a predição teórica da potência crítica de laser necessária para induzir a ruptura, em função da pressão do gás, levando em conta os efeitos do laser sobre os parâmetros do gás atômico / Abstract: Gas breakdown, steady-state maintenance and continuous generation of low-temperature plasma and propagation of the plasma fronts are important subjects of past and current research on laser induced gas discharges. This Thesis is concerned with some aspects of the laser induced dielectric breakdown in a gas. We have specifically addressed the question of the onset of the breakdown process. In dealing with the equation describing the energy balance between the laser delivered energy and the energy consumption to establish the avalanche produced discharge plasma, we have introduced new features that had not been considered previously. We refer to accounting for thellaser induced effects upon the atomic ionization threshold and upon the effective rate of collisions leading to inverse bremsstrahlung. Their influence upon the threshold laser intensity Jcr needed to produce the gas breakdown is fully explored. This led to a Jcr vs. gas pressure p prediction that qualitatively described the experimental data available for atomic hydrogen breakdown under rubi laser irradiation. However, for a better description, it turned out that an assumed estimate of the electronic density within the breakdown volume had to be revised. In fact, we had to resort to a phenomenological estimate of ne(p) = a(p) n(p), where n(p) is the gas atomic density (atoms/cm3) at pressure p. The pressure dependence of a(p) depends upon the balance, within the focal volume, between electronic gain (electronic production by multiphoton ionization initiated avalanche - impact ionization+inverse bremsstrahlung through many generations) and electronic loss, (due to various loss mechanisms both of electronic energy - non-ionizing impacts - and of electrons themselves - recombination, electronic runaway, etc.). The formidable task of trying to produce a(p) on first principles treatment of such processes, including laser effects upon them, was for the moment out of question so we decided to calculate a(pi) values based on the experimental data available for threshold fluxes. These a(Pi) values were computer fitted to obtain the function a(p) which was then used to establish the theoretical prediction of the critical laser power needed to induce the gas breakdown, as a function of the gas pressure, with due account taken of the laser effects upon the relevant atomic gas parameters / Mestrado / Física / Mestre em Física

As descargas atmosféricas são reconhecidamente responsáveis por uma parcela expressiva das interrupções não programadas de fornecimento de energia em sistemas elétricos, contribuindo de forma significativa para a composição dos índices de qualidade de energia mesmo no caso de regiões com níveis ceráunicos moderados. No caso de sistemas de distribuição, grande parte dos problemas está relacionada às sobretensões induzidas por descargas próximas às linhas, as quais decorrem dos campos elétrico e magnético, associados à corrente que se propaga ao longo do canal da descarga. O conhecimento das características de tais campos é, portanto, fundamental para a determinação das sobretensões induzidas nas linhas aéreas de energia. Embora a importância do tema tenha propiciado nos últimos anos o desenvolvimento de um grande número de pesquisas a respeito dos campos eletromagnéticos e das tensões induzidas por descargas atmosféricas, na grande maioria dos trabalhos o solo é representado através de um plano condutor perfeito, portanto com condutividade infinita. Embora tal simplificação possa, em geral, ser considerada válida para a indução magnética e para o campo elétrico vertical, ela não é aplicável ao campo elétrico horizontal, em especial no caso de solos com alta resistividade. Este estudo visa avaliar o comportamento dos campos elétrico (vertical e horizontal) e indução magnética gerados por descargas atmosféricas nuvem-terra, levando em consideração os parâmetros da descarga (amplitude, forma de onda e velocidade de propagação da corrente) e os diferentes modelos para representação do canal da descarga. Além do caso de solo perfeitamente condutor, são consideradas situações mais realistas, isto é, verificando-se a influência, nos campos, de parâmetros como a resistividade e permissividade do solo. / The occurrence of lightning discharges causes a significant amount of unscheduled supply interruptions in overhead lines of electricity systems, contributing to decrease quality indicators of these systems, even in the case of regions with moderated ground flash density. Focusing on the distribution systems, great part of the problems are related to the induced voltages due to lightning discharges in the vicinity of overhead lines, which results from the electric and magnetic fields associated with the current propagation along the return stroke channel. The knowledge of the characteristics of lightning electromagnetic fields is, therefore, crutial for determining induced voltages on overhead lines. Although the importance of the assumption has propitiated in the last years the development of a great number of research concerning the lightning electromagnetic fields and induced voltages on overhead lines, in most of the studies the hypothesis of a perfect conducting ground is assumed. While such assumption can be considered valid for magnetic induction field and for the vertical component of the electric field, it doesn’t apply to the horizontal electric field, especially in the case of ground with high resistivity. The aim of this work is to present and to discuss the characteristics of the electric field (vertical and horizontal components) and magnetic induction generated by the cloud-to-ground lightning discharge, taking into account the lightning parameters (amplitude, waveform and propagation speed of the return stroke current) and the different return stroke models. Besides the case of perfect conducting ground, the influences of the ground permittivity and finite conductivity in the calculation of the electromagnetic fields are so considered.

As descargas atmosféricas são reconhecidamente responsáveis por uma parcela expressiva das interrupções não programadas de fornecimento de energia em sistemas elétricos, contribuindo de forma significativa para a composição dos índices de qualidade de energia mesmo no caso de regiões com níveis ceráunicos moderados. No caso de sistemas de distribuição, grande parte dos problemas está relacionada às sobretensões induzidas por descargas próximas às linhas, as quais decorrem dos campos elétrico e magnético, associados à corrente que se propaga ao longo do canal da descarga. O conhecimento das características de tais campos é, portanto, fundamental para a determinação das sobretensões induzidas nas linhas aéreas de energia. Embora a importância do tema tenha propiciado nos últimos anos o desenvolvimento de um grande número de pesquisas a respeito dos campos eletromagnéticos e das tensões induzidas por descargas atmosféricas, na grande maioria dos trabalhos o solo é representado através de um plano condutor perfeito, portanto com condutividade infinita. Embora tal simplificação possa, em geral, ser considerada válida para a indução magnética e para o campo elétrico vertical, ela não é aplicável ao campo elétrico horizontal, em especial no caso de solos com alta resistividade. Este estudo visa avaliar o comportamento dos campos elétrico (vertical e horizontal) e indução magnética gerados por descargas atmosféricas nuvem-terra, levando em consideração os parâmetros da descarga (amplitude, forma de onda e velocidade de propagação da corrente) e os diferentes modelos para representação do canal da descarga. Além do caso de solo perfeitamente condutor, são consideradas situações mais realistas, isto é, verificando-se a influência, nos campos, de parâmetros como a resistividade e permissividade do solo. / The occurrence of lightning discharges causes a significant amount of unscheduled supply interruptions in overhead lines of electricity systems, contributing to decrease quality indicators of these systems, even in the case of regions with moderated ground flash density. Focusing on the distribution systems, great part of the problems are related to the induced voltages due to lightning discharges in the vicinity of overhead lines, which results from the electric and magnetic fields associated with the current propagation along the return stroke channel. The knowledge of the characteristics of lightning electromagnetic fields is, therefore, crutial for determining induced voltages on overhead lines. Although the importance of the assumption has propitiated in the last years the development of a great number of research concerning the lightning electromagnetic fields and induced voltages on overhead lines, in most of the studies the hypothesis of a perfect conducting ground is assumed. While such assumption can be considered valid for magnetic induction field and for the vertical component of the electric field, it doesn’t apply to the horizontal electric field, especially in the case of ground with high resistivity. The aim of this work is to present and to discuss the characteristics of the electric field (vertical and horizontal components) and magnetic induction generated by the cloud-to-ground lightning discharge, taking into account the lightning parameters (amplitude, waveform and propagation speed of the return stroke current) and the different return stroke models. Besides the case of perfect conducting ground, the influences of the ground permittivity and finite conductivity in the calculation of the electromagnetic fields are so considered.

Orientador: Maria Cristina Dias Tavares / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T03:57:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gertrudes_JoaoBosco_D.pdf: 5500576 bytes, checksum: ef85206048f845d1bff89f7c8948d288 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta tese tem como objetivo o desenvolvimento de modelos mais precisos para o cálculo de parâmetros elétricos de linhas aéreas de transmissão para estudos de transitórios na faixa de frequência 0 a 2 MHz. Esta faixa de frequência cobre a maioria das perturbações eletromagnéticas nos sistemas elétricos: energização, faltas simétricas e assimétricas, rejeições de carga, descargas atmosféricas, perturbações harmônicas, etc. Na faixa de frequência citada, em consequência da dependência dos parâmetros do solo com a frequência, a condutividade elétrica do solo (sg) tem a mesma ordem de grandeza que o produto entre a frequência angular do sinal incidente no solo (w) e a permissividade elétrica do solo (eg). Portanto, as suposições de baixa frequência tradicionalmente adotadas - sg constante e weg desprezível (sg >> weg) - podem levar a modelos que não representam de forma adequada a resposta da linha no caso de transitórios rápidos (com espectro de frequência acima de 1 kHz). O objetivo central desta tese é verificar a influência da dependência dos parâmetros do solo no cálculo da impedância longitudinal e admitância transversal por unidade de comprimento em comparação com os modelos tradicionais de cálculo. As análises são feitas inicialmente para o caso de um único condutor acima do solo e posteriormente através de um estudo para uma linha de transmissão trifásica, 440 kV, em operação no sistema elétrico brasileiro. As impedâncias longitudinais e as admitâncias transversais de retorno pelo solo são avaliadas através de métodos tradicionais de cálculo e através de integração numérica das formulações de Carson modificadas para inclusão do modelo de solo que considera a depêndencia de sg e weg em função da frequência / Abstract: This thesis aims to propose more accurate models for calculating the electrical parameters of overhead power transmission lines. The influence of earth's conductivity and permittivity frequency dependence is evaluated when calculating transversal and longitudinal transmission lines' parameters in the frequency range 0 to 2 MHz. This frequency range covers the majority of the electromagnetic transients in electrical systems (switching transients, faults' transients, load rejections, harmonic disturbances, etc). Between 1 kHz to 2 MHz, the product of the signal angular frequency (w) by the dielectric constant (eg) of the soil may have the same order of magnitude as the conductivity (sg), due to the variation of these parameters with frequency. Therefore, the assumptions of low frequency traditionally used - the soil conductivity (sg) considered as constant and weg that can be negligible (sg >> weg) - can lead to incorrect models that do not adequately represent the transmission line's response, in cases of fast transients phenomena (with frequency spectrum above 1 kHz). The importance of properly considering the frequency dependent soil model is presented for the one-conductor case and for a single three-phase transmission line (440 kV, considered ideally transposed). The aim is to compare the transmission line parameters calculated considering the conductivity and weg frequency dependence ground model in relation to the common ground representation, with constant conductivity and weg that may be neglected. It is also compared the results obtained from the complex plane method with those obtained from the Carson's modified expressions for longitudinal parameters and between Carson's modified potential-coefficient correction factors and from the most common approximated methods for transversal admittance parameters / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

We adopt the quasi-potential method as a systematic tool to study relativistic composite systems projected at light-front global time hyperplanes. We address specifically the light-front projection of the Bethe-Salpeter equation for two-bosons, two-fermions and three-bosons systems. The quasi-potential formalism: i) provides a suitable framework for performing light front time projections, dealing with subtle specificities such as the instantaneous terms in fermion systems, and ii) allows one to subtract out the n-body light-front reducible diagrams. The light-front Ward-Takahashi identities for the electromagnetic current operator acting on the valence component of two-fermion and two-boson wave functions are discussed. We study current conservation considering as well the truncation of the quasi-potential expansion in powers of the 4-dimensional two-body irreducible interaction. A conserved electromagnetic current operator truncated in the quasi-potential expansion at a given order and consistent with the effective interaction is derived. A reverse light-front time operator that formally reconstructs the 4-dimensional Bethe-Salpeter amplitude from the valence wave function is derived. This operator can be calculated perturbatively in the quasi-potential expansion. We also show some practical applications of the formalism, exhibiting explicit examples and suggesting feasible and useful future applications.

O método magnetotelúrico (MT) é uma técnica passiva de sondagem geofísica que utiliza medidas das variações temporais das componentes horizontais dos campos elétrico e magnético naturais, simultaneamente, realizadas sobre a superfície da Terra para investigar a distribuição da resistividade elétrica das rochas do seu interior. Um sistema de medidas de sinais MT é proposto e implementado neste trabalho. São apresentados o projeto, os resultados de uma série de testes realizados para obtenção dos dados técnicos e os resultados do teste funcional completo deste sistema. Os resultados alcançados mostram que o sistema satisfaz às condições requeridas para um sistema de tratamento e coleta de dados para observação de sinais MT. Um sistema MT modular, compacto e robusto foi projetado para utilização nas condições austeras existentes em regiões de baixa latitude magnética. Suas principais características são: baixo consumo de energia, grande capacidade de armazenamento de dados e procedimentos operacionais simples. Por exemplo, adquirindo dados a uma taxa de uma amostra por minuto (taxa de aquisição lenta), o sistema consome continuamente 100mW, o que lhe garante uma autonomia de quarenta dias, sem que as baterias sejam recarregadas. Os dados podem ser monitorados com a utilização de um computador tipo notebook e a recarga das baterias pode ser realizada com o sistema funcionando. Para as medidas telúricas de longo período, foram construídos eletrodos de Pb-PbCl2 de baixo ruído e grande estabilidade conforme Petiau (2000). Vinte sistemas MT completos foram construídos, testados e calibrados, após extensivos testes de dois protótipos em campo.

O presente trabalho propõe e avalia, através de simulação, um Sistema de Controle de Atitude (SCA) autônomo, para satélites estabilizados por rotação (spin), utilizando como atuadores apenas magnetotorqueadores (MTQ), sem utilizar dispositivos passivos para amortecimento de nutação, e como sensores apenas magnetômetro e sensor de Sol. São utilizados três MTQ, formando um ângulo de 90 entre si, sendo apenas um ativo a cada instante e podendo apresentar os seguintes estados de funcionamento: ligado "positivamente", ligado "negativamente" ou desligado. O SCA ativa o magnetotorqueador que minimiza a condição de estabilidade assintótica, sendo controlados simultaneamente a magnitude e a direção do eixo de spin. Os estados do satélite, utilizados pelo SCA para avaliar a condição de estabilidade assintótica e chavear o magnetotorqueador mais adequado, são sua atitude e velocidade angular, que são estimadas pelo Sistema de Determinação de Atitude (SDA) a partir das medidas dos sensores citados anteriormente. Este SDA emprega estimadores de bias, atitude e velocidades angulares, sendo as estimativas geradas por um filtro de Kalman estendido (EKF). O eixo de spin deve se manter apontando ortogonalmente ao plano da eclíptica com velocidade de aproximadamente 40 rpm durante a fase operacional. O SCA é avaliado para o satélite universitário ITASAT, o qual é modelado como um corpo rígido, com massa de 73,6 kg, dimensões de 700x700x650 mm e momentos principais de inércia em torno de 6,5 kgom2, nos eixos perpendiculares à direção de spin, e 8,0 kgom2, na direção do eixo de spin. A missão do referido satélite é desempenhada em uma órbita circular, com altitude de 750 km e inclinação de 25. Os torques de perturbação avaliados são os devido ao gradiente de gravidade e devido às correntes induzidas. A parametrização da atitude do satélite é realizada através de quatérnio. Utiliza-se como modelo de campo geomagnético o World Magnetic Model (WMM-2005) e como modelo de mecânica celeste o Simplified General Perturbations Satellite Orbit Model 4 (SGP4), juntamente com um modelo embarcado de órbita Kepleriana, considerando apenas a perturbação J2. São consideradas incertezas no tensor de inércia, no valor dos atuadores e nas medidas dos sensores, bem como erros provenientes do SDA. Como condições iniciais, são avaliados dois cenários, ambos com erro de apontamento inicial de 15, e apresentando, respectivamente, spin inicial de 120 rpm e 0 (zero) rpm. A partir das simulações, verifica-se que o satélite atinge a atitude desejada após 10 dias para o spin inicial de 120 rpm e 5 dias para a outra condição avaliada. Finalmente, o SCA mostra-se bem-sucedido em regime, após uma fase inicial de manobras, mantendo o eixo de spin nominalmente perpendicular à eclíptica com velocidade de spin de 40 rpm, apresentando apontamento com erro inferior a 2,5 e erro de velocidade de spin com magnitude inferior a 1 rpm, e sendo o movimento de nutação amortecido e mantido com valor inferior a 1,5.

Este trabalho apresenta uma solução para o problema de coordenação dos atuadores das pernas de robôs móveis levando em consideração múltiplos critérios. É assumido que a posição no tempo de cada atuador é descrita por uma função periódica a ser determinada iterativamente por um algoritmo de aprendizado por reforço. As pernas similares do robô são identificadas e agrupadas visando diminuir o número de funções que precisam ser determinadas. O desempenho do robô simulado é medido considerando: a) as velocidades de translação frontal e de rotação, b) a suavidade na locomoção do robô e c) o máximo torque e o consumo de energia dos atuadores. Também é investigada a utilização da transferência de conhecimento no intuito de agilizar o aprendizado em duas situações específicas: na acomodação a uma falha ocorrida e no aprendizado por partes, onde os critérios desejados para o modo de caminhar são inseridos gradativamente no aprendizado. As funções determinadas no ambiente de simulação pelo algoritmo de reforço são, então, usadas nos atuadores do robô real construído usando o kit de robótica educacional Bioloid Comprehensive Kit. O desempenho do robô real é, então, medido e comparado com o desempenho do robô simulado. Este trabalho apresenta quatro estudos de caso: um robô quadrúpede, um quadrúpede híbrido (com rodas livres acopladas aos pés), um trípode e um robô bípede. As soluções obtidas pela aplicação do método proposto são apresentadas e se mostram satisfatórias.

Apresenta-se neste trabalho um modelo dinâmico para a análise de estruturas quirais multicamadas. Utilizando o formalismo de Fourier, que encaminha o problema para o domínio espectral, expressões simples e compactas para os campos eletromagnéticos transformados, no espaço livre e nas camadas quirais, são determinadas considerando-se a estrutura como um problema de contorno onde as densidades superficiais de corrente elétrica são as fontes virtuais desses campos. Expressões assintóticas para os campos distantes também são determinadas. Características de irradiação de dipolos impressos em estruturas com um e com duas camadas quirais são analisadas. Efeitos da quiralidade sobre essas características são discutidos. Destacam-se os fenômenos relacionados com a rotação e a deformação dos diagramas para campos distantes. Modos de propagação em guias planares com substratos quirais são analisados detalhadamente. Atenção especial é dedicada ao comportamento das componentes dos campos eletromagnéticos nas proximidades do plano de terrra e da interace entre o substrato quiral e o espaço livre. Campos próximos excitados por dipolos impressos também são discutidos. Integrais de Sommerfeld são calculadas numericamente para a obtenção dos campos no domínio espacial. O comportamento peculiar da componente do campo magnético perpendicular às intefaces da estrutura é analisado. Para o caso particular de uma antena de microfita retangular com substrato quiral, alimentada por uma prova coaxial, são estabelecidas as equações integrais para o cálculo, via método dos momentos, de sua impedância de entrada. A escolha do tipo e do número de funções base é realizada criteriosamente. Como resultado, nota-se que a quiralidade não afeta substancialmente a forma da impedância de entrada. Entretanto, o seu aumento provoca um decréscimo na freqüência de ressonância de antena com poralização linear e na freqüência na qual a razão axial de antenas circularmente polarizadas é ótima. Tal fenômeno éparticularmente importante para antenas eletricamente finas.