Blendas poliméricas de biopolímeros, além de apresentarem uma melhora das propriedades do material, ainda possuem as vantagens de serem biocompatíveis, biodegradáveis e apresentar baixa toxicicidade, como no caso de blendas de alginato de sódio e fibroína de seda. Membranas confeccionadas a partir desta mistura apresentam grande potencial no desenvolvimento de curativos de alto desempenho, proporcionando condições ótimas de cicatrização. Entretanto, o processo de mistura destes biopolímeros é bastante complexo e resulta na separação de fases, processo que ainda não foi muito explorado. Este trabalho buscou explorar experimentalmente o comportamento do equilíbrio de fases dos sistemas aquosos contendo fibroína de seda e alginato de sódio em diversos valores de pH. Soluções aquosas de fibroína foram previamente preparadas por meio de processo de diálise, e soluções de alginato, por meio de dissolução direta em água. Ambas as soluções eram misturadas em concentrações em que se desejava avaliar o comportamento de fases. Após a separação de fases, a fase líquida sobrenadante era coletada, a fibroína quantificada via espectrofotometria e o alginato, via calcinação. Observou-se que a região monofásica do diagrama de fases é pequena, e a separação de uma segunda fase ocorre em concentrações baixas dos dois biopolímeros. A separação de fases pôde ser descrita como a precipitação da fibroína pela adição de alginato, e a solubilidade da fibroína pôde ser descrita por meio da equação de Cohn. As curvas de solubilidade obtidas não apresentaram diferenças significativas em função do pH. Medidas do potencial Zeta de soluções de alginato e fibroína em diversas faixas de pH não mostraram diferenças significativas quanto à carga superficial das moléculas, o que é compatível com a ausência de influência do pH no equilíbrio de fases. / Polymer blends formed by biopolymers may show an improvement of material properties (compared to the pure biopolymers), and present advantages such as biocompatibility, biodegradability and low toxicity. An interesting biopolymer blend is that formed by sodium alginate and silk fibroin. Membranes prepared with this mixture show great potential in the development of high-performance wound dressing, since it provides optimum healing conditions. However, the mixing process of these two biopolymers is complex and has not been extensively explored. In this work the phase equilibrium behavior of aqueous systems containing silk fibroin and sodium alginate was experimentally studied at different pH values. Fibroin aqueous solutions were previously prepared through dialysis, and alginate solutions were prepared by direct dissolution in water. Both solutions were mixed at the concentration range in which the phase behavior of the system was to be assessed. After phase separation, the supernatant liquid phase was separated, the fibroin was quantified through spectrophotometry. and the alginate was quantified through calcination. The single-phase region of the phase diagram is small, and the separation of a second phase occurs at low concentrations of both biopolymers. The phase separation could be described as the precipitation of fibroin due to the addition of alginate, and the solubility of fibroin was described by the Cohn equation. The solubility was not significantly affected by the pH. The Zeta potential of either alginate or fibroin, measured in solutions of different pH values, did not present any significant difference concerning the surface charges of these macromolecules. This finding agrees with the absence of pH influence upon the phase equilibrium.

Nappe Socorro-Guaxupé, localizada na porção mais ao sul do Orógeno Brasília, expõe uma grande fatia da crosta continental inferior neoproterozóica, em que granulitos, migmatitos e granitóides, incluindo charnockitos, fornecem oportunidade ímpar para investigar processos geológicos responsáveis pela sua geração. Nesse trabalho, a investigação desse segmento permitiu reconstruir as condições petrológicas e cronológicas às quais a crosta foi submetida, utilizando geoquímica elemental e isotópica, modelagem termodinâmica, petrocronologia e geologia estrutural. A base do pacote é dominantemente granulítica e atingiu o pico metamórfico em condições de temperatura ultra-alta (UHT), ~ 1.000 °C e 11 kbar, seguido por descompressão isotérmica até ~ 9,5 kbar. Recristalização de núcleos antigos de zircão em c. 625 Ma marcam a trajetória progressiva em condições UHT e, em c. 615 Ma, neocristais de zircão com alto teor de U registram o início da cristalização do material fundido, o que limita a idade de pico metamórfico entre as duas datas. A trajetória segue caminho de resfriamento isobárico até ~ 870 °C e 9 kbar, em que fases hidratadas cristalizaram em c. 595 Ma, marcado por neocristais de zircão com baixo conteúdo de U e empobrecidos em ERTP. Assim, a história metamórfica dos granulitos mostra que a crosta inferior se manteve aquecida em fácies granulito por pelo menos 30 Myr. Essas idades coincidem com a geração de charnockitos da Suíte Paraguaçu, em c. 620 Ma. Os charnockitos são empobrecidos em Th, U, Sr e Ti, enriquecidos em Ba, K, ETRL, P, Zr e Hf, padrão inverso ao observado nos granulitos félsicos, além de possuírem altas razões K/Rb e #Mg. A modelagem termodinâmica mostra que, durante o pico metamórfico nos granulitos félsicos, feldspato potássio, granada, zircão e apatita foram parcialmente consumidos nas reações de anatexia, ao passo que plagioclásio permaneceu no resíduo. Desse modo, o resultado da fusão parcial dos granulitos félsicos teve papel fundamental para a geração da Suíte Paraguaçu. Esses charnockitos estão encaixados em diatexitos que se sobrepõe aos granulitos através de zona de cisalhamento horizontal. Dados estruturais mostram que as geometrias dessas unidades apesar de similares não são coincidentes. Ambas unidades atingiram o pico metamórfico em condições de UHT, contudo as temperaturas de deformação mostram uma diferença de 200 °C em relação ao pico metamórfico nos granulitos e de 350 °C nos diatexitos. Portanto, enquanto os granulitos estavam consolidados, os diatexitos não estavam, assim posteriormente registraram alterações nos regimes de tensões no orógeno. Os dados mostram que o aquecimento a temperaturas extremas como as registradas foi possível pela combinação de dois fatores: a geração de grandes volumes de líquido silicático, com grande concentração de elementos radioativos, principalmente K e a contribuição de fonte externa, provavelmente mantélica, marcado pelo enriquecimento em 176Hf radiogênico na Suíte Paraguaçu e por diques de rocha máfica. / The Socorro-Guaxupé Nappe, in the southernmost portion of the Brasília Orogen, exhibits a large slice of a Neoproterozoic lower continental crust, in which granulites, migmatites and granitoids, including charnockites, provide unique opportunity to investigate geological process that was responsible to its generation. In this study, the investigation of this segment allowed to reconstruct petrological and chronological conditions that the crust underwent, using elemental and isotopic geochemistry, thermodynamic modelling, petrochronology and structural geology. The basis of the stack is dominantly granulitic and reached the metamorphic peak at ultra-high temperature (UHT) conditions, ~ 1,000 °C and 11 kbar, followed by near-isothermal decompression until ~ 9.5 kbar. Recrystallization of older zircon cores at c. 625 Ma records the prograde path at UHT conditions and, at c. 615 Ma, high-U zircon neocrystals records the onset of melt crystallization, therefore these dates bracket the age of metamorphic peak. After that, the metamorphic path experienced a near-isobaric cooling until ~ 870 °C and 9 kbar, in which hydrated phases crystallized at c. 595 Ma, registered by low-U zircon neocrystals depleted in HREE. Thus, the granulite metamorphic history indicates that the lower continental crust was heated at granulite facies for at least 30 Myr. These ages are coeval to the emplacement of charnockites of the Paraguaçu Suite, at c. 620 Ma. The charnockites are depleted in Th, U, Sr and Ti and enriched in Ba, K, LREE, P, Zr and Hf, the opposite pattern observed in the felsic granulites, moreover, they have high K/Rb ratios and #Mg. The thermodynamic modelling shows that, during the felsic granulite metamorphic peak, K-feldspar, garnet, zircon and apatite were partially consumed in the melt-reactions, whereas plagioclase remained in the residuum. Thus, it is likely that the partial melting of the felsic granulite played a major role in the Suite Paraguaçu genesis. These charnockites are emplaced into the diatexites that overlays the granulites by a horizontal shear zone. Structural data show that the geometries of these units, although similar, are not coincident. Both diatexites and granulites achieved the metamorphic peak at UHT conditions, however, the deformation temperature are 200 °C colder than the metamorphic peak in the granulites and 350 °C in the diatexites. Thereby, while the granulites were totally crystallized, the diatexite were not, thus the diatexites were able to record changes in the field stress of the orogen. The data indicate that the heating to elevate to such extreme temperatures, as recorded, was possible by the combination of two features: the generation of large volumes of melt, with high concentration of radioactive elements, mainly K; and a contribution of an external source, probably from the mantle, registered by enrichment radiogenic 176Hf in Paraguaçu Suite and dikes of mafic rocks.

Fundando-se em argumentos de equilíbrio e estabilidade termodinâmica, a solubilidade de soluto em um solvente é definida pelo limiar de existência da mistura como sistema homogêneo. De fato, entende-se tal grandeza sobre a coexistência de fases. A noção de solubilidade apresentada é desenvolvida através de modelos simples, que incluem resultados na rede bem como a extensão do modelo de van der Waals ao caso de duas componentes. Desta extrai-se uma condição genérica à observação de mínimos na solubilidade incidente sobre a topologia de seu diagrama de fases e de evidente correspondência física. / Concerning the equilibrium and stability in thermodynamics, the solubility of solute in a solvent is defined as the threshold of the mixture existing as a homogeneous system. Indeed, such quantity meets its meaning when understood on the coexistence surface. The idea of solubility presented is developed following the discussion of simple models, including results on the lattice as well as the van der Waals model extended to include two components. From these results we extract a general condition which connects the occurence of a minimum in solubility to the topological structure of the phase diagram.

Este trabalho procura responder a questão: \"quais as barreiras conceituais que impedem a compreensão da segunda lei da Termodinâmica pelos estudantes? A partir de três questões apresentadas a estudantes do terceiro ano do ensino médio e do primeiro ano do curso superior de licenciatura em física, foram coletadas as respostas produzidas; posteriormente analisadas, permitiram a explicitação de concepções que, confrontadas com as idéias da Termodinâmica clássica, revelaram um raciocínio inadequado. A idéia de sistema centrado no objeto, parece constituir uma barreira conceitual difícil de transpor; assim também ocorre com os conceitos de processo e transformação exibidos pelo senso comum. Tais conceitos são fundamentais para o estabelecimento da Termodinâmica e devem ser pensados no trabalho em sala de aula capaz de produzir conflitos cognitivos com meta a uma mudança conceitual. Por outro lado, numa perspectiva histórica, foi possível identificar alguma ressonância entre as idéias dos estudantes e o desenvolvimento da concepção de calor; focalizamos especialmente as idéias de Carnot e de Clausius ao longo da elaboração das leis da Termodinâmica. O trabalho também identificou lacunas decorrentes da forma como os conteúdos científicos são apresentados na sala de aula e nos livros didáticos o que pode explicar as dificuldades encontradas. Finalmente, o trabalho apresenta subsídios de relevância pedagógica que podem contribuir para a melhoria do ensino da Termodinâmica no nível médio, com atividades especiais que tocam nos pontos conflitantes entre as concepções dos estudantes e o conhecimento científico. / This work aims to answering the following question: what are the conceptual barriers that prevent students from understanding the second law of Thermodynamics ? Starting from three questions that were proposed to third year secondary school and to first year physics teaching university students, the collected answers were analysed and led to an explicitation of conceptions that disclose inadequate reasoning when confronted with the ideas of classical Thermodynamics. The idea of a system centered on the object seems to be a conceptual barrier that is difficult to overcome and the same happens with the concepts of process and change that are usual in commonsense. But these concepts are essential for the fundamentals of Thermodynamics and should be used in class work to create cognitive conflicts aiming to a conceptual change. On the other hand, from a historical perspective, it was possible to identify some of the students ideas in the development of the concept of heat particularly in the development of the ideas of Carnot and Clausius in the elaboration of the laws of thermodynamics. The work has also identified gaps resulting from the way scientific contents are presented in the classroom and in textbooks that could explain the students difficulties. At last, the work presents pedagogically relevant contributions that may be helpful in teaching thermodynamics in secondary schools with special activities that touch points that are conflicting between students conceptions and scientific knowledge.

Orientador: Professor Doutor Roberto Menezes Serra / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Física, 2013

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Neste trabalho, realizou-se o estudo que permitiu a otimização termodinâmica das seções binárias pertencentes ao diagrama de fase ternário do sistema LiF-GdF3-LuF3, para tanto o programa FactSage foi empregado na simulação computacional. Assim, o comportamento de fusão das misturas destes compostos foi elucidado, o que representa uma contribuição inovadora para o conhecimento das propriedades físicas e químicas destes materiais. Em particular, determinou-se a faixa de composições nas quais as soluções sólidas de LiGdxLu1-xF4 e GdxLu1-xF3 podem ser obtidas diretamente da fase líquida. Neste trabalho as três secções binárias, LiF-GdF3, LiF-LuF3 e GdF3-LuF3 foram reavaliadas experimentalmente utilizando a calorimetria exploratória diferencial para a obtenção de dados mais precisos de temperatura versus composição, uma vez que foi possível minimizar a contaminação das amostras com compostos de oxigênio. A capacidade calorífica e outros dados calorimétricos foram também determinados experimentalmente e comparados com os existentes na literatura. Os termos da energia livre de Gibbs de excesso para as fases representadas como soluções, os quais descrevem os efeitos de interação não ideal entre os dois fluoretos nestas fases, foram expressos com sucesso pela modelo polinomial Redlich-Kister. Finalmente, o caminho de solidificação no diagrama de fase ternário LiF-GdF3-LuF3 pôde ser extrapolado de acordo com o formalismo de Kohler-Toop. Assim, pela primeira vez, a interação ternária entre os compostos LiF, GdF3 e LuF3 foi determinada. / In this work, it was carried out the study that allowed the thermodynamic optimization of the binary sections belonging to the ternary phase diagram of the LiF-GdF3-LuF3 system, for this purpose the FactSage software was used in the computational simulation. Thus, the melting behavior of the mixture of these compounds has been elucidated, which represents an innovative contribution to the knowledge of the physical and chemical properties of these materials. In particular, it was determined the composition ranges in which the solid solutions of LiGdxLu1-xF4 and GdxLu1-xF3 can be obtained directly from the liquid phase. In this work the three binary sections, LiF-GdF3, LiF-LuF3 and GdF3-LuF3, were evaluated using differential scanning calorimetry to obtain more accurate data of temperature versus composition, since it was possible to minimize the contamination of the samples due to oxygen compounds. The heat capacity and other calorimetric data were experimentally determined and compared with those cited in the literature. The terms of the Gibbs free excess energy for the solution phases, which describe the non ideal interaction effects between the two fluorides at these phases, were expressed by the Redlich-Kister polynomial model. Finally, the solidification path in the ternary phase diagram LiF-GdF3-LuF3 could be extrapolated according to the Kohler-Toop formalism. Thus, for the first time, the interaction between the ternary compounds LiF, GdF3 and LuF3 was determined.

Considerado a alternativa mais pesquisada para substituir o diesel, o biodiesel, oriundo da transesterificação, é cotado como a mais promissora opção de combustível obtido de fontes renováveis para o lugar dos ameaçados combustíveis de origem fóssil. A reação de transesterificação para produção do biodiesel pode ocorrer de forma catalítica, a mais utilizada atualmente, e não-catalítica, por meio de fluidos supercríticos. A grande diversidade de matérias-primas que pode ser usada na obtenção do biodiesel supercrítico é apenas um dos atrativos para sua produção, porém uma produção em larga escala esbarraria nos altos custos operacionais do processo. Devido ao potencial revelado nos processos supercríticos, o estudo do comportamento de fases dentro de um reator se mostra relevante ao domínio do processo, visto que pesquisas indicam que é possível balancear os custos de uma produção de biodiesel em condições supercríticas com os custos de uma produção de biodiesel com uso de catalisadores. Na termodinâmica, a modelagem é um método prático e rápido de se estimar o comportamento do equilíbrio líquido-vapor (ELV) do sistema e reduzir gastos com excessivos experimentos, através de um modelo termodinâmico apropriado. Para isso, os modelos testados foram obtidos pela equação de estado (EdE) de Peng-Robinson com as regras de misturas de van der Waals com um (vdW1) e dois (vdW2) parâmetros de interação binária em sistemas formados por componentes presentes na produção do biodiesel. Utilizando a abordagem phi-phi e o método de BOLHA P, sistemas binários em condições próximas ao ponto crítico e em condições supercríticas, encontrados na literatura, foram modelados. A modelagem termodinâmica foi realizada após a aplicação de um teste de consistência termodinâmica, uma vez que foram encontradas diferenças nas propriedades críticas de um mesmo composto em diferentes referências. A adequação dos modelos termodinâmicos variou de acordo com as condições do processo, o que fará necessária uma análise específica da situação de acordo com o caso em que estiver sendo empregada. Na simulação termodinâmica, as redes neurais artificiais foram utilizadas para o ajuste computacional dos dados experimentais, produzindo os melhores resultados com a introdução dos descritores moleculares, junto às variáveis independentes do processo (temperatura e composição na fase líquida), na primeira camada de neurônios nas diversas configurações analisadas dentre as arquiteturas utilizadas, demonstrando ser uma ferramenta interessante para o estudo do equilíbrio de fases. / Considered the most researched alternative to replace the diesel fuel, the biodiesel, from transesterification, is rated as the most promising fuel option from renewable sources for the place of threatened fossil fuels. The transesterification reaction for biodiesel production can occur catalytically, commonly used, and non-catalytic, through supercritical fluids. The diversity of raw materials that can be used to obtain supercritical biodiesel is only one of the attractions for its production, but a large-scale production would encounter obstacles in the high operating costs of the process. Due to the potential revealed in the supercritical processes, the study of phase behavior in a reactor is relevant for domaining the process, since researches indicates that it is possible to balance the costs of producing biodiesel in supercritical conditions with the costs of a production of biodiesel using catalysts. In thermodynamics, modeling is a quick and practical method of estimating the vapor-liquid equilibria (VLE) behavior of the system and reducing expenses with excessive experiments, using an appropriated thermodynamic model. For this, the models tested were obtained by the Peng-Robinson equation of state (EoS) with the mixture rules of van der Waals with one (vdW1) and two (vdW2) binary interaction parameters in systems formed by components present in the production of biodiesel. Using the phi-phi approach and the BOL P method, binary systems in conditions near to the critical point and under supercritical conditions, found in the literature, were modeled. The thermodynamic modeling was performed after the application of a thermodynamic consistency test, since differences were found in the critical properties of the same compound in different references. The suitability of the thermodynamic models varied according to the process conditions, which will require a specific analysis of the situation according to the case in which it is being used. In the thermodynamic simulation, the artificial neural networks were used for the computational adjustment of the experimental data, producing the best results when the molecular descriptors were used with the independent variables of the process (temperature and composition of the liquid phase) in the first layer of nodes in the different configurations analyzed among the architectures used, proving to be a tool of interest for the study of phase equilibria.

Esta dissertaçãopropõe a aprendizagem de conceitos de termodinâmica e eletromagnetismo a partir do uso de processos e equipamentos culinários no ensino de Física. O trabalho é composto por uma revisão de literatura, relato de experiências de sala de aula envolvendo processos e equipamentosculinários, uma avaliação das práticas e material de apoio ao professor de Física. O referencial teórico no qual nos baseamos é a Teoria dos Campos Conceituais, de Gérard Vergnaud. A proposta foi implementada na disciplina de Física II com alunos3º semestre da Educação de Jovens e Adultos (EJA), do Curso Técnico em Administração do Instituto Federal Sul Rio-Grandense (IFSUL), campus Sapucaia do Sul, RS, Brasil. Foram realizados dez encontros semanais com duração de 90 minutos. A avaliação da proposta é positiva, tanto em termos de aprendizagem como em termos motivacionais. Observou-se uma melhora na qualidade das respostas comparando-se os primeiros questionários com os posteriores e também relato unânime de que a prática na cozinha contribuiu para despertar o interesse por aprender Física. O produto educacional resultante é uma hipermídia de apoio ao professor de Física composto de atividades, que podem ser abordadas independentemente, abrangendo cinco unidades didáticas originadas nos encontros.A hipermídia encontra-se disponível em CDROM no Apêndice B da dissertação. / This dissertation proposes the learning of thermodynamics and electricity concepts from the use of kitchen processes and instruments. The work is composed of a literature review, a description of classroom experiences involving those processes and instruments, an evaluation of these practices, and a support material for physics teachers. The theoretical framework was GérardVergnaud’s Conceptual Fields Theory. The proposal was implemented in the Physics II subject with students of the third semester of Young and Adult Education, in the Administration Technical Course of the Sul Rio-Grandense Federal Institute, Sapucaia do Sul Campus, RS, Brazil. Ten 90 minutes weekly meetings were conducted. The evaluation of the proposal is positive, both in learning and in motivational terms. During the classes happened a visible improvement on the answers comparing the first and the last ones and also the unanimous report that the practice in the kitchen helped to awake an interest for learning physics. The resultant educational product it’s a Support Hypermedia for Physics Teachers composed by activities, that can be used separately, addressing five of the units generated in the meetings. The hypermedia is available in CDROM at the dissertation’s appendix B.

Carcaças de transmissão estão geralmente sujeitas a tensões cíclicas geradas durante o funcionamento do motor, e estas tensões são mais críticas a temperaturas elevadas e em tempos prolongados. Os gradientes térmicos induzidos no interior de componentes sujeitos a variações de temperatura durante o período de funcionamento podem levar a tensões e deformações internas e a repetição destes ciclos térmicos pode causar a nucleação e a propagação de trincas por um processo denominado de fadiga termomecânica. Este trabalho apresenta um estudo sobre as diferenças das propriedades mecânicas de duas ligas de Al-Si fundidas sobre pressão em molde permanente (injetadas), uma identificada como sendo a Liga A, que contém o elemento de liga Mg, e a Liga B que não contém o Mg, para uso em carcaças de transmissão de veículos automotivos. Neste estudo foram realizados ensaios mecânicos de dureza, de tração e de fadiga isotérmica e anisotérmica e análises fratográficas e microestruturais por microscopia ótica e eletrônica de varredura. A Liga A apresentou resistência mecânica superior à Liga B em toda a faixa de temperatura analisada, apesar da maior quantidade de defeitos de fundição existentes nesta liga. Foi utilizada a metodologia S-N, cujos dados foram inferidos a partir dos ensaios de fadiga termomecânica. A Liga A apresenta desempenho ligeiramente superior à Liga B, especialmente para baixos níveis de tensão aplicados. Entretanto, para ensaios executados sob controle de deformação, não houve diferença significativa na resistência à fadiga entre as duas ligas. / Gear Box housings are usually subjected to cyclic stresses generated during engine operation. Such stresses are more critical at high temperatures and long times. Thermal gradients induced within the components submitted to variation of temperature during working may result in internal stresses and strains. Thermal cycling can result in crack nucleation and propagation by the process of thermomechanical fatigue (TMF). The main aim of this work was to evaluate the effects of Mg content on the mechanical properties of permanent mold cast Al-Si alloys. Two alloys, one containing Mg addition (\"A\" alloy) and another without Mg (\"B\" alloy) were tested under strain temperature TMF controlled conditions. In this study were performed mechanical tests of hardness, tensile strength, and anisotropic / isothermal fatigue and microstrutural / photographic analysis by scanning electronic microscopy (SEM). Using the S-N approach inferred from the TMF results, \"A\" alloy (Mg-added) presented a slightly better performance then \"B\" alloy especially at low stress amplitude levels. However, in the TMF testing conditions was not observed any significant difference in fatigue resistance for both alloys.