[pt] É um resultado conhecido na literatura que uma cadeia unidimensional de partículas, que interagem harmonicamente com seus primeiros vizinhos, não conduz calor, e forças não lineares são necessárias para reproduzir a lei de Fourier da condução de calor. Quando são introduzidas assimetrias em tal sistema condutor, se obtém um efeito retificador onde a corrente térmica apresenta magnitudes diferentes dependendo de qual lado da cadeia tem maior temperatura, tais dispositivos sendo chamados de diodos térmicos. Neste trabalho estudamos os dois fenômenos, condução de calor e retificação térmica, em uma cadeia unidimensional de partículas, com condições de contorno fixas, acopladas a dois banhos térmicos, um em cada extremidade, modelados como termostatos de Langevin. As partículas interagem com
seus primeiros vizinhos harmonicamente e estão sujeitas a um potencial localizado externo não linear, para o qual estudamos dois tipos, os potenciais Frenkel-Kontorova e Ø elevado a 4. Verificamos que a lei de Fourier é observada, para ambos os casos, com o perfil de temperatura e a condutividade térmica
dependendo da relação entre as amplitudes harmônica e anarmônica, e a temperatura média do sistema. Em seguida, para criar uma assimetria na cadeia, nós acoplamos dois segmentos de mesmo tamanho. Observamos um efeito retificador onde a direção preferencial difere para cada potencial localizado estudado. A forma como as temperaturas dos banhos térmicos mudam a magnitude da retificação também foi observada. Nós também investigamos o efeito de não linearidades interfaciais, por meio de uma lei de
potência que acopla segmentos Ø elevado a 4. Alterando o expoente da lei de potência, nós buscamos as condições sob as quais a retificação ótima é atingida. / [en] It is a known result in the literature that a one-dimensional chain of particles that interact harmonically with its first neighbors does not conduct heat, and nonlinear forces are needed to reproduce Fourier s law of heat conduction. When asymmetries are introduced in such a conducting system, a rectifying effect is obtained where the thermal current shows different magnitudes depending on which side of the chain has higher temperature, such devices being called thermal diodes. In this work we study both phenomena, heat conduction and thermal rectification, in a onedimensional chain of particles, with fixed boundary conditions, coupled to two thermal baths, one at each end, modeled as Langevin thermostats. The particles interact with their first neighbors harmonically and have a nonlinear on-site potential, for which we study two types, Frenkel-Kontorova and Ø 4 potentials. We verify that, for both cases, Fourier s law is observed,
where the temperature profile and the thermal conductivity are dependent on the relation between the harmonic and anharmonic amplitudes, and the system s average temperature. Next, to create an asymmetry in the chain, we coupled two different segments of equal lengths. We observed
a rectifying effect, where the preferential direction differs for each of the two on-site potentials studied. How the heat-bath temperatures changes the magnitude of rectification was also observed. We also investigated the effect of interfacial nonlinearities through a power-law potential, coupling Ø 4
segments. By changing the power-law exponent, we looked for the conditions under which optimal rectification is achieved.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:53525 |
| Date | 02 July 2021 |
| Creators | ALEXANDRE AUGUSTO ABREU ALMEIDA |
| Contributors | CELIA BEATRIZ ANTENEODO DE PORTO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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