Experiments with supercapacitors and bulbs

Circuitos com supercapacitores e lâmpadas são abordados fazendo-se uso da luminosidade das lâmpadas como um indicador da corrente no circuito. Desta maneira, pode-se demonstrar visualmente que os capacitores podem armazenar energia. Neste artigo é proposta uma sequência de experimentos qualitativos, onde a complexidade dos circuitos é aumentada gradualmente, que demonstram os conceitos fundamentais dos capacitores e circuitos RC. Pode-se demonstrar qualitativamente, que o tempo de carga e descarga do circuito está relacionado àconstante de tempo RC. Além disso, demonstra-se que o capacitor descarregado tem o comportamento análogo a um curto-circuito. Por outro lado, no estado estacionário a carga do capacitor é constante e ele se comporta como um circuito aberto. Mostramos também que é fundamental considerar o efeito da resistência interna dos supercapacitores na análise quantitativa dos dados experimentais. A aplicação didática destes experimentos também é comentada.Circuits with supercapacitors and bulbs are discussed making use of light bulbs as an indicator of current in the circuit. Thus, one can visually demonstrate that capacitors can store energy. This paper proposes a series of qualitative experiments, where the complexity of the circuits is gradually increased, demonstrating the fundamental concepts of capacitors and RC circuits. It can be demonstrated qualitatively, that the time of loading and unloading of the circuit is related to the time constant RC. Furthermore, it demonstrates that the uncharged capacitor behaves similar to a short circuit. Moreover, at steady state the capacitor charge is constant and it behaves as an open circuit. We also show that it is essential to consider the effect of internal resistance of supercapacitors in quantitative analysis of experimental data. The application of these teaching experiments is also discussed

The internal resistance of supercapacitors

In this paper we study the transient behaviour of RC circuits with supercapacitors, varying R between 1 and 100 'ômega'. We demonstrate that supercapacitors behave as ideal capacitors in series with an internal resistance (r 'DA ORDEM DE' 8 'ômega' for C = 0.2 F, 5.5 V). This result is important to optimize the demonstration of RC circuits using a supercapacitor in series with a light bulb, because the r value is comparable with the effective resistance of the bulb. This means that the bulb brightness is significantly decreased by r

Optically pump-induced athermal and nonresonant refractive index changes in the reference Cr-doped laser materials: Cr:GSGG and ruby

The refractive index of most ion-doped materials increases with the excited state population. This effect was studied in many laser materials, particularly those doped with 'Cr POT. 3+' and rare earth ions, using several techniques, such as interferometry, wave mixing, and Z-scans. This refractive index variation is athermal (has an electronic origin) and is associated with the difference in the polarizabilites of the 'Cr POT. 3+' ion in its excited and ground states, 'delta''alfa IND. p'. The 'Cr POT. 3+' optical transitions in the visible domain are electric-dipole forbidden, and they have low oscillator strengths. Therefore, the major contribution to 'delta''alfa IND. p' has been assigned to allowed transitions to charge transfer bands (CTBs) in the UV with strengths 'DA ORDEM DE' 3 orders of magnitude higher. Although this CTB model qualitatively explains the main observations, it was never quantitatively tested. In order to further investigate the physical origin of 'delta''alfa IND. p' in 'Cr POT. 3+'-doped crystals, excited state absorption (ESA) and Z-scan measurements were thus performed in Cr:'Al IND. 2''O IND. 3' (ruby) and Cr:GSGG. Cr:GSGG was selected because of the proximity of its 'ANTPOT. 2 E' and '4 ANTPOT. T IND. 2' emitting levels, and thus the possibility to explore the role of the spin selection rule in the ESA spectra and the resulting variations in polarizability by comparing low and room temperature data, which were never reported before.On the other hand, Cr:'Al IND. 2''O IND. 3'(ruby) was selected because it is the only crystal for which it is possible to obtain CTB absorption data from both ground and excited states, and thus for which it is possible to check the CTB model more accurately. Thanks to these more accurate and more complete data, we came to the first conclusion that the spin selection rule does not play any significant role in the variation of the polarizability with the 'ANTPOT. 2 E'-'4 ANTPOT. T IND. 2' energy mismatch. We also discovered that using the CTB model in the case of ruby would lead to a negative 'delta''alfa IND. p' value, which is contrary to all refractive index variation (including Z-scan) measurements

Basic Atomic Physics

Contains reports on five research projects.National Science Foundation Grant PHY 89-19381U.S. Navy - Office of Naval Research Grant N00014-90-J-1322Joint Services Electronics Program Contract DAAL03-89-C-0001National Science Foundation Grant PHY 86-05893U.S. Army Research Office Contract DAAL03-89-K-0082U.S. Navy - Office of Naval Research Grant N00014-89-J-1207U.S. Navy - Office of Naval Research Grant N00014-90-J-164

Basic Atomic Physics

Contains reports on five research projects.National Science Foundation Grant PHY 89-19381U.S. Navy - Office of Naval Research Contract N00014-90-J-1322Joint Services Electronics Program Contract DAAL03-89-C-0001Joint Services Electronics Program Contract DAAL03-92-C-0001U.S. Army Research Office Contract DAAL03-89-K-0082U.S. Navy - Office of Naval Research Grant N00014-89-J-1207U.S. Navy - Office of Naval Research Grant N00014-90-J-1642National Science Foundation Grant PHY 86-05893National Science Foundation Grant PHY 89-2176

Phase conjugation and transverse self-phase modulation in Cr+3 doped crystals

Neste trabalho estudamos teórica e experimentalmente o efeito de Conjugação de Fase por Mistura Degenerada de Quatro Ondas (CFMD40) e Modulação Transversal de Fase em cristais dopados com Cr+3. Estudamos a CFMD40 em Al2O3:Cr+3 (rubi) e GdAlO3:Cr+3 com um laser de Ar (em λ=514nm) obtendo um bom acordo entre os resultados experimentais e os teóricos (nestes cálculos usamos os valores de n2 de um trabalho anterior [1]). O modelo teórico que fizemos explica muito bem o comportamento de saturação da eficiência da CFMD40 que não era compreendido em trabalhos anteriores [47,48.2]. Usando os mesmos valores de n2 obtivemos um bom acordo entre os resultados experimentais e teóricos para o efeito de Modulação Transversal de Fase. Também fizemos um modelo teórico para o efeito de Modulação Transversal de Fase em CFMD40 que explica nossas observações [2]. A não linearidade destes materiais foi investigada usando-se três técnicas experimentais diferentes [1.2] e por dois outros grupos [61.62] (para o rubi) através de mistura de duas ondas não degeneradas. Todas estas medidas estão em bom acordo. Na alexandrita (BeAl2O 4:Cr+3) estudamos o espectro de χ(3) (ou n2) em ressonância das linhas R. Nos atribuímos a forma assimétrica do espectro como sendo oriunda de duas contribuições para susceptibilidade, onde um termo é devido a interação ressonante com o sistema de dois níveis e o outro devido a mudança de polarizabilidade causada pela população do estado excitado (esta é a primeira vez que este efeito foi observado).In this work we studied theoretical and experimentally the effects of Phase Conjugation by Degenerate Four Wave Mixing and Transversal Phase (PCD4WM) Modulation in Cr+3 doped crystals. We studied the PDC4WM in Al2O3:Cr+3 (ruby) and GdAlO3:Cr+3 with on Ar laser (at λ= 514 nm) and obtained a good agreement between our experimental and theoretical results (in these ca1culations we used the nonlinear refractive index n 2 values from a previous paper [1]. The theoretical model that we developed explains very well the saturation behaviour of the PDC4WM efficiency that was not understood in previous papers [47.48,2]. These values of n2 are also in good agreement with our results in Transverse Phase Modulation. We also developed a theoretical model for the effect of Transverse Phase Modulation in PCDFWM that explains our observations [2]. The nonlinearity ?n IND.2? from these materials was investigated by us using three different techniques [1.2], by other two groups [61.62] (for the ruby) in nondegenerate two-wave mixing and all those measurements are in good agreement. In alexandrite (BeAl2O4:Cr +3) we studied the χ(3) (or n2) spectrum in resonance with the R lines. We attributed the asymetric shape of the spectrum by the effect of two differents contributions, one term due to the resonant interaction of the two-level system and the other due to the polarizability change caused by excited state population (this is the first observation of this kind of effect

Phase conjugation and transverse self-phase modulation in Cr+3 doped crystals

Neste trabalho estudamos teórica e experimentalmente o efeito de Conjugação de Fase por Mistura Degenerada de Quatro Ondas (CFMD40) e Modulação Transversal de Fase em cristais dopados com Cr+3. Estudamos a CFMD40 em Al2O3:Cr+3 (rubi) e GdAlO3:Cr+3 com um laser de Ar (em λ=514nm) obtendo um bom acordo entre os resultados experimentais e os teóricos (nestes cálculos usamos os valores de n2 de um trabalho anterior [1]). O modelo teórico que fizemos explica muito bem o comportamento de saturação da eficiência da CFMD40 que não era compreendido em trabalhos anteriores [47,48.2]. Usando os mesmos valores de n2 obtivemos um bom acordo entre os resultados experimentais e teóricos para o efeito de Modulação Transversal de Fase. Também fizemos um modelo teórico para o efeito de Modulação Transversal de Fase em CFMD40 que explica nossas observações [2]. A não linearidade destes materiais foi investigada usando-se três técnicas experimentais diferentes [1.2] e por dois outros grupos [61.62] (para o rubi) através de mistura de duas ondas não degeneradas. Todas estas medidas estão em bom acordo. Na alexandrita (BeAl2O 4:Cr+3) estudamos o espectro de χ(3) (ou n2) em ressonância das linhas R. Nos atribuímos a forma assimétrica do espectro como sendo oriunda de duas contribuições para susceptibilidade, onde um termo é devido a interação ressonante com o sistema de dois níveis e o outro devido a mudança de polarizabilidade causada pela população do estado excitado (esta é a primeira vez que este efeito foi observado).In this work we studied theoretical and experimentally the effects of Phase Conjugation by Degenerate Four Wave Mixing and Transversal Phase (PCD4WM) Modulation in Cr+3 doped crystals. We studied the PDC4WM in Al2O3:Cr+3 (ruby) and GdAlO3:Cr+3 with on Ar laser (at λ= 514 nm) and obtained a good agreement between our experimental and theoretical results (in these ca1culations we used the nonlinear refractive index n 2 values from a previous paper [1]. The theoretical model that we developed explains very well the saturation behaviour of the PDC4WM efficiency that was not understood in previous papers [47.48,2]. These values of n2 are also in good agreement with our results in Transverse Phase Modulation. We also developed a theoretical model for the effect of Transverse Phase Modulation in PCDFWM that explains our observations [2]. The nonlinearity ?n IND.2? from these materials was investigated by us using three different techniques [1.2], by other two groups [61.62] (for the ruby) in nondegenerate two-wave mixing and all those measurements are in good agreement. In alexandrite (BeAl2O4:Cr +3) we studied the χ(3) (or n2) spectrum in resonance with the R lines. We attributed the asymetric shape of the spectrum by the effect of two differents contributions, one term due to the resonant interaction of the two-level system and the other due to the polarizability change caused by excited state population (this is the first observation of this kind of effect

Phase conjugation by degenerate four-wave mixing in ruby and GdAlO3:Cr+3

Estudamos o efeito de Conjugação de Fase por Mistura Degenenerada de Quatro Ondas em Al2O3:Cr+3 (Rubi) e GdAlO3:Cr+3 com um laser de Ar (λ=5145 Å). Obtivemos eficiência aproximadamente quatro vezes maior no GdAlO3:Cr+3 (onde este trabalho é original) que no Rubi o que nos motivou a investigar as propriedades físicas que são relevantes para o fenômeno nestes sistemas (isto não foi bem compreendido no trabalho anterior em Rubi). Desenvolvemos um método interferométrico muito sensível para medida dos coeficientes não lineares do índice de refração n2 destes materiais (que não eram conhecidos) Com estes valores de n2 calculamos a eficiência de Conjugação de Fase em bom acordo com experiência.We have studied the effect of Phase Conjugation by Degenerate Four Wave Mixing in Al2O3:Cr+3 (Rubi) and GdAlO3:Cr+3 with an Ar (λ=5145 Å). We obtained efficiency ?approximately? 4 times greater in GdAlO3:Cr+3 (where this work is original) than in Rubi and this have motivated us to investigate the physical properties that are important to explain this phenomenon in these materials (what wasn\'t well understood in the previous paper on Rubi(10)). We developed an interferometric method very sensitive to measure the nonlinear coeficient of refractive index n2 of these materials (what wasn\'t known). With these values of n2 we calculated the efficiency of the Phase Conjugation in good agreement with the experience

Phase conjugation by degenerate four-wave mixing in ruby and GdAlO3:Cr+3

Estudamos o efeito de Conjugação de Fase por Mistura Degenenerada de Quatro Ondas em Al2O3:Cr+3 (Rubi) e GdAlO3:Cr+3 com um laser de Ar (λ=5145 Å). Obtivemos eficiência aproximadamente quatro vezes maior no GdAlO3:Cr+3 (onde este trabalho é original) que no Rubi o que nos motivou a investigar as propriedades físicas que são relevantes para o fenômeno nestes sistemas (isto não foi bem compreendido no trabalho anterior em Rubi). Desenvolvemos um método interferométrico muito sensível para medida dos coeficientes não lineares do índice de refração n2 destes materiais (que não eram conhecidos) Com estes valores de n2 calculamos a eficiência de Conjugação de Fase em bom acordo com experiência.We have studied the effect of Phase Conjugation by Degenerate Four Wave Mixing in Al2O3:Cr+3 (Rubi) and GdAlO3:Cr+3 with an Ar (λ=5145 Å). We obtained efficiency ?approximately? 4 times greater in GdAlO3:Cr+3 (where this work is original) than in Rubi and this have motivated us to investigate the physical properties that are important to explain this phenomenon in these materials (what wasn\'t well understood in the previous paper on Rubi(10)). We developed an interferometric method very sensitive to measure the nonlinear coeficient of refractive index n2 of these materials (what wasn\'t known). With these values of n2 we calculated the efficiency of the Phase Conjugation in good agreement with the experience