RESUMOS
Manchas e padrões em elétrodos de descargas em gases (Coloquio) M.S. Benilov, Universidade Da Madeira, Portugal
Abstract This work is dedicated to reviewing the multiple stationary solutions in the theory of glow discharges and plasma–cathode interaction in ambient-gas arc discharges. Some of these solutions describe discharges modes with a uniform or smooth distribution of current over the cathode surface, and others describe modes with various configurations of cathode spots: normal spots on glow cathodes, patterns of multiple spots recently observed on cathodes of glow microdischarges, spots on arc cathodes, including in conditions of industrial interest. The treatment is performed in the context of general trends of self-organization in bistable nonlinear dissipative systems, which allows one to consider glow discharges and arc-cathode interaction within a single physically transparent framework without going into mathematical details and offers a possibility of systematic computation of the multiple solutions. Relevant computational aspects and experimental data are discussed.
Resumo Este trabalho é dedicado à revisão das soluções múltiplas estacionárias na teoria das descargas luminescentes e da interação plasma-cátodo em descargas de arco em gás ambiente. Umas destas soluções descrevem modos de descarga com distribuição uniforme ou suave de corrente sobre a superfície do cátodo, e outras, modos com várias configurações de manchas catódicas: manchas normais em cátodos de descargas luminosas, padrões de múltiplas manchas observados em cátodos de microdescargas luminosas, manchas em cátodos de arco, incluindo em condições de interesse industrial. O tratamento é realizado no contexto de tendências gerais de auto-organização em sistemas dissipativos não lineares bi-estáveis, o que permite considerar descargas luminosas e interação arco-cátodo dentro de uma única estrutura fisicamente transparente sem entrar em detalhes matemáticos, e oferece uma possibilidade de análise sistemática. Os aspectos computacionais relevantes e os dados experimentais são discutidos
Funcionais de Densidade baseados em Redes Neurais Artificiais para Complexos de Metais de Transição João Paulo Almeida de Mendonça 1, Antonio Lorenzo Mariano1, Emilie Devijver2, Noel Jakse3, Roberta Poloni1 1 Science et ingénierie des matériaux et des procédés (PM), UGA, França, 2 Laboratoire d'informatique de Grenoble, UGA, França, 3 Science et ingénierie des matériaux et des procédés (TOP), UGA, França
Resumo: Apesar dos seus muitos sucessos, as implementações da teoria do funcional da densidade (DFT) ainda enfrentam vários desafios que limitam o seu poder de previsão e aplicabilidade. Recentemente, vários estudos mostraram como a DFT pode beneficiar de técnicas de aprendizagem automática em que o funcional “aprende sozinho” a partir de um conjunto de dados de alta qualidade. Esta filosofia é adotada em nosso grupo para aumentar a precisão da DFT na previsão de propriedades desafiadoras no contexto de estrutura eletrônica. Nessa palestra, vou descrever nossos últimos esforços no desenvolvimento de novos funcionais de exchange e correlação para previsões de diferença adiabática de energia em complexos de metais de transição.[1] Estes funcionais construídos a partir de redes neuronais artificiais (ANN), que obedecem os limites físicos conhecidos para funcionais meta-GGA, são treinados com um pequeno conjunto de dados (energias e densidades eletrônicas) utilizando um método de treino bio-inspirado, independente do cálculo de gradientes, adaptado do Algoritmo de Enxame de Partículas (PSO). Os nossos resultados mostram que um funcional meta-GGA robusto desenvolvido desta forma pode superar a maioria dos funcionais de densidade conhecidos na previsão de diferenças adiabáticas de energia, energias de dissociação e barreiras de reação, para uma grande variedade de moléculas e íons, demonstrando assim a sua forte transferibilidade.
Referencias:
[1] J. P. A. de Mendonça et al., Journal of Chemical Theory and Computation 19 (21), 7555-7566 (2023)
Atmospheric-pressure argon microwave plasma – Application to the treatment of sugarcane bagasse Jayr de Amorim Filho Department of Physics, ICEx, Universidade Federal Fluminense, Volta Redonda - RJ, Brazil
Biomass treatment by low-temperature, atmospheric pressure plasmas to enable the production of bioethanol is a big issue today. Discharges favor the degradation of lignin due to creation of very reactive species that interact strongly with the biomass. A surface wave discharges (SWDs) in argon at atmospheric pressure generated by a Surfatron device were studied by optical emission spectroscopy and mass spectrometry. The electron density ne, electron temperature Te and gas temperature Tg were determined as a function of applied power and gas flow rate. Te was estimated using a collisional-radiative model while ne was determined through the Stark broadening of Hβ line profile. The self-absorbing method was used to estimate the population of the metastable state Ar(1s5). Gas temperature was obtained from rotational spectra of OH. The profile of ne presented a maximum value under certain conditions, in contrast with typical ne profiles of SWDs, which are usually monotonically decreasing. A correlation between the ne and the metastable state Ar(1s5) was found in one of these cases, suggesting that stepwise ionization from metastable states play an important role. Employing mass-resolved ion-energy distribution measurements, it was possible to study the behavior of ionic species of the plasma in diffuse and contracted modes. The crucial role of three molecular ions (Ar2+, ArH+, H2O+) during the radial contraction and the relationship between power, gas flow and molecular ions production was pointed out. The non-equilibrium plasma produced was used to treat a natural fiber (sugarcane bagasse) prior to hydrolysis to assist the bioethanol production. Natural fibers are usually made of cellulose, hemicellulose, lignin, and pectin with a small quantity of water-soluble materials. Pellets of sugarcane lignin bagasse subjected to plasma treatment were analyzed by Diffuse Reflectance Infrared – Fourier Transform Spectrometry. Results confirm that plasma promotes drastic attacks of lignin bonds leading to degradation of the lignin macromolecule.
Modelação de descargas em gases de baixa corrente: aspetos matemáticos, guia prático e aplicação à ruptura do ar a alta pressão em condições de interesse industrial Modelling low-current gas discharges: mathematical aspects, a practical guide, and application to breakdown of high-pressure air under conditions of industrial interest M.S. Benilov, Universidade Da Madeira, Portugal
Resumo: O trabalho trata da modelação de descargas quase estacionárias de baixa corrente, incluindo as descargas de Townsend e corona. O objetivo é desenvolver uma abordagem integrada adequada para o cálculo de toda a gama de existência de uma descarga quase estacionária desde o seu início até uma transição não estacionária para outra forma de descarga. Esta tarefa inclui três etapas: (i) modelação da ignição de uma descarga auto-sustentada, (ii) modelação da evolução quase estacionária da descarga com corrente crescente, e (iii) a determinação da gama de corrente onde a descarga quase estacionária torna-se instável e inicia a transição não estacionária para outra forma de descarga. Cada uma destas três etapas é considerada em detalhe com vários exemplos, sendo um deles uma ferramenta precisa e rápida para a avaliação da tensão de rutura no ar à pressão atmosférica em condições de interruptores de alta potência.
Abstract: The work is concerned with modelling of low-current quasi-stationary discharges, including the Townsend and corona discharges. The aim is to develop an integrated approach suitable for the computation of the whole range of existence of a quasi-stationary discharge from its inception to a non-stationary transition to another discharge form. This task includes three steps: (i) modelling of the ignition of a self-sustaining discharge, (ii) modelling of the quasi-stationary evolution of the discharge with increasing current, and (iii) the determination of the current range where the quasi-stationary discharge becomes unstable and the non-stationary transition to another discharge form begins. Each of these three steps is considered in some detail with a number of examples, one of them being an accurate and fast tool for evaluation of breakdown voltage in atmospheric-pressure air under conditions of high-power circuit breakers.
Uma proposta para a modelagem unidimensional de descargas elétricas em gases L.W.S. Crispim, Laboratório de Física Molecular Teórica (LFMT), Departamento de Física, UFJF
Resumo: O presente estudo aborda a criação de um modelo numérico para a simulação de descargas de barreira dielétrica (DBD) utilizando um modelo de fluidos dependente do tempo em um domínio unidimensional. O modelo físico é descrito por um conjunto de equações diferenciais parciais que representam o transporte de massa, energia e momentum das espécies envolvidas. As interações cinéticas e químicas são tratadas a nível microscópico por meio de equações de Boltzmann para os elétrons, resolvidas usando o solver BOLSIG+. A técnica de separação de operadores é utilizada para separar os efeitos macroscópicos e microscópicos, permitindo um tratamento eficiente das interações no plasma. Em termos de metodologia numérica, o método dos volumes finitos é empregado para discretizar as equações diferenciais, enquanto a paralelização com MPI e OpenMP otimiza o tempo de execução. A aplicação do modelo é focada na simulação computacional de uma DBD em argônio, composto por duas placas dielétricas separadas por 8 mm e sujeitas a uma tensão sinusoidal. A evolução temporal e espacial das concentrações de espécies, como Ar⁺, Ar₂⁺ e elétrons, é analisada, mostrando a dinâmica do plasma em resposta às oscilações da tensão aplicada e validando os resultados com dados experimentais da literatura. O modelo proposto pode ser expandido para estudos em domínios 2D e 3D e aplicado a misturas de gases, contribuindo para o desenvolvimento de tecnologias baseadas em plasmas de baixa temperatura.
Espectroscopia ótica e aplicações M. J. V. Bell Departamento de Física UFJF
Resumo: Serão abordadas as atividades de pesquisa e desenvolvimento tecnológico desenvolvidas junto ao Grupo de Engenharia e Espectroscopia de Materiais. Serão apresentadas as técnicas disponíveis, materiais de interesse, entre os quais, vidros dopados com materiais luminescentes, semicondutores, materiais nanoestruturados. as aplicações visam o desenvolvimento de dispositivos óticos entre os quais LEDs, displays, concentradores de células solares, chaveadores óticos, sensores. Do ponto de vista aplicado, mencionaremos alguns desenvolvimentos tecnológicos que resultaram em patente e depósitos de patente.
Explicit expressions for the virial coefficients in terms of the forces between atoms and molecules Marcos Daniel Silva Alves Theoretical Molecular Physics Lab (LFMT), Physics Department, UFJF
Abstract: Thermodynamic properties of real gases can be predicted from realistic molecular potential energy surfaces. In this context, a correction to the equation of state equation for ideal gases is presented in this work. The equation of state in virial form can be derived from the partition function. Therefore, we can expand the compressibility factor (Z = pV /RT ̃ ) into an infinite series in density. The coefficients in this series are the virial coefficients, which depend on the system’s temperature and potential energy surface [1, 2]. Some thermodynamic quantities were obtained from a virial equation of state considering only interactions between pairs. However, the calculation of virial coefficients is a laborious process and requires the performance of very complicated integrals.
References
[1] Hirschfelder, J., Curtis, C. & Bird, R. Molecular Theory of Gases and
Liquids. (Wiley, New York,1954)
[2] L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Statistical Physics: Volume 5, vol. 5.
Uma abordagem para espectros de emissão por meio de modelos cinéticos Carlos Daniel da Silva Laboratório de Física Molecular Teórica (LFMT), Departamento de Física, UFJF
Resumo: Este trabalho propõe uma metodologia para simular espectros de moléculas diatômicas e atômicos em descargas elétricas. Para isso, é utilizado um ciclo cinético que integra de forma contínua a evolução temporal das espécies presentes no gás de fundo, utilizando o solucionador plasmoquímico zero-dimensional (ZDPlasKin). A análise de espectros de emissão é amplamente reconhecida como uma ferramenta diagnóstica eficaz em descargas elétricas em gases. Nesse contexto, as transições entre os níveis rovibracionais do segundo sistema positivo do nitrogênio molecular (N2 SPS) foram escolhidas como caso de estudo para a aplicação da metodologia, devido ao seu amplo reconhecimento e detalhamento na literatura. Além disso, a metodologia desenvolvida também é capaz de simular espectros de transições atômicas, como as do argônio, oferecendo novas possibilidades para testes e validações metodológicas futuras. Para determinar as intensidades de cada transição óptica, são adotadas duas abordagens distintas: uma baseada nas densidades absolutas das espécies emissoras, e outra, na análise das vias de reação. Interessantemente, ambas produzem resultados comparáveis quando aplicadas ao modelo. Essa abordagem baseada em modelos cinéticos permite acompanhar a evolução temporal dos espectros de emissão, proporcionando uma base sólida para futuros estudos de sistemas fora do equilíbrio a partir da análise espectroscópica.