Termodinámica : Notas de clase

Es este un libro sobre Termodinámica destinado a los estudiantes de la Licenciatura en Física y otras carreras afines en esta Universidad. Durante mi desempeño como profesor he tenido oportunidad de dictar numerosos cursos de Termodinámica y varios de Mecánica Estadística -base microscópica de la termodinámica- para las licenciaturas en Física y en Astronomía. A partir de mis notas de clase he ido elaborando los capítulos que constituyen el libro, tratando de resumir en ellos lo esencial de cada clase. En el breve texto presente se pretende integrar los conocimientos sobre termodinámica previamente adquiridos, en una formulación basada en postulados que se constituye en una teoría general de la materia y la energía. En el desarrollo lógico posterior a partir de los postulados, encuentran su lugar las diversas variables macroscópicas conocidas de la física general. Analizados los criterios de estabilidad se introducen las transiciones de fase asociadas a la violación de dichos criterios e ilustradas con una rica fenomenología en diversos campos. Luego se discuten los fenómenos críticos concluyendo en la necesidad de un postulado adicional: la hipótesis de escala. En los cursos habituales se aborda finalmente el dominio de la termodinámica fuera de equilibrio y las transiciones de fase disipativas tendiendo un puente hacia el estudio de los sistemas biológicos y otros sistemas complejos. Estos temas han quedado fuera del presente texto y tal vez sean objeto de una próxima obra. El objetivo principal de este libro es cubrir adecuadamente los contenidos de una materia fundamental para cualquier licenciado en física y otras disciplinas afines. Con ello pretende dotar a los estudiantes de una herramienta universal sencilla para encarar el estudio de cualquier sistema macroscópico, sus propiedades de equilibrio y la posible existencia de diversas transiciones de fase. Como objetivos específicos, se pueden mencionar: - ofrecer una versión unificada de las propiedades macroscópicas aprendidas en física general; - brindar un método deductivo sencillo para predecir el comportamiento de sistemas macroscópicos; - capacitar para el análisis de muy diversas transiciones de fase posibles y reconocer la universalidad de algunos comportamientos.Facultad de Ciencias Exacta

Nanocomposites with shape memory behavior based on a segmented polyurethane and magnetic nanostructures

Shape-memory composites based on a commercial segmented polyurethane and magnetite (Fe⁠3O⁠4) nanoparticles(NPs) were prepared by a simple suspension casting method. The properties of the resulting nanocomposites,containing 1 to 10 nominal wt.% magnetic particles, were evaluated by thermogravimetric tests, contact anglemeasurements, differential scanning calorimetry, infrared and X-ray spectroscopy, static and thermal cyclic tensiletests, dynamic mechanical analysis and experiments of alternating-magnetic-field heating. It was found thatmost of the suspended NPs could be successfully incorporated into the polyurethane matrix, and thus compositesamples with up to 7 wt.% actual concentration were obtained. On the other hand, the incorporation of magnetitenanoparticles to the shape memory polyurethane did not significantly affect most of the matrix properties,including its shape memory behavior, while added magnetic response to the nanocomposites. Thus, nanocompositeswere able to increase their temperature when exposed to an alternating magnetic field, which allowedthem to recover their original shape quickly by an indirect triggering method.Fil: Soto, Guillermo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Meiorin, Cintia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Actis, Daniel Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Mendoza Zélis, Pedro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Mosiewicki, Mirna Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Marcovich, Norma Esther. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentin

Determination of the blocking temperature of magnetic nanoparticles: The good, the bad, and the ugly

A numerically solved two-level Stoner-Wohlfarth model with thermal agitation is used to simulate Zero Field Cooling (ZFC)-Field Cooling (FC) curves of monosize and polysize samples and to determine the best method for obtaining a representative blocking temperature TB value of polysize samples. The results confirm a technique based on the T derivative of the difference between ZFC and FC curves proposed by Micha et al. (the good) and demonstrate its relation with two alternative methods: the ZFC maximum (the bad) and the inflection point (the ugly). The derivative method is then applied to experimental data, obtaining the TB distribution of a polysize Fe3O4 nanoparticle sample suspended in hexane with an excellent agreement with TEM characterization

Fixed magnetic nanoparticles: Obtaining anisotropy energy density from high field magnetization

A simple method is proposed to obtain the effective anisotropy energy density Keff of an assembly of randomly oriented magnetic nanoparticles, from their hysteresis loops. It involves the fitting of a high field asymptotic expression of the magnetization in inverse powers of the applied field H, up to H−3. This is derived from the partition function formalism and the Stoner–Wohlfarth model for single domain nanoparticles. This method can be applied to ferrogels, frozen ferrofluids or magnetic nanoparticles powder (or any system where the nanoparticles are fixed in random directions, and not allowed to rotate), when dipolar interactions can be neglected. As a proof of concept, it is applied to a suspension of iron oxide nanoparticles in hexane, at different temperatures, obtaining the anisotropy energy density Keff as a function of temperature below the fusion point.Fil: Actis, Daniel Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Bruvera, Ignacio Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Pasquevich, Gustavo Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Mendoza Zélis, Pedro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentin

Optimal configuration for programmable Mössbauer experiments

Based on channel independency of recently developed Mössbauer instrumentation an approximation to optimal configuration of experiments is presented. The analysis relies on the presumption that all the available channels of the spectrum are not equally efficient for a given experimental application. A quantification of this concept is presented and a method for different channel layout comparison is proposed. The optimization of recorded spectra is important in dynamic experiments where efficiency in data taking imposes feasibility limits as well as in static applications as a way of reducing experimental time.Facultad de Ciencias Exacta

Palmitic acid-coated magnetite nanocubes with high-quality crystallinity and bulk-like magnetic features

We have demonstrated the synthesis of high-quality monocrystalline magnetite nanocubes through the introduction of palmitic acid as surfactant in a thermal decomposition synthesis of an organic Fe precursor. Unlike the standard thermal decomposition synthesis route, we report the avoid of the reducing agent and a modification in the synthesis heating ramp. Structural and magnetic properties were investigated showing well defined cubic shaped nanoparticles with a backsim40nm edge and magnetic features close to bulk magnetite. We associate the bulk-like magnetic performance and properties to the highly crystalline structure of the nanocubes.Fil: Orozco Henao, Juan Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Muraca, Diego. Universidade Estadual de Campinas; BrasilFil: Sanchez, Francisco Homero. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Mendoza Zélis, Pedro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentin

Typical experiment vs. in-cell like conditions in magnetic hyperthermia: Effects of media viscosity and agglomeration

Magnetic nanoparticles (MNPs) can be used to transform electromagnetic energy into heat in hyperthermic treatment of cancer and other thermally activated therapies. The MNPs heating efficiency depends strongly on the combination of the MNPs’ structural properties and environmental conditions. MNPs hyperthermic yield is usually studied in diluted suspensions, although, in the actual therapy, the particles end mostly aggregated and fixed into cellular structures. In this work, the heating efficiency of low size dispersion Fe3O4 MNPs, defined as the Specific Absorption Rate (SAR), was studied in two conditions: liquid suspension (ferrofluid FF, typical characterization state) and gel matrix (ferrogel FG, mimicking biological application environment). The samples were characterized by TEM, ZFC-FC and SAXS. Their magnetic response to radio-frequency fields was measured by induction in order to obtain SAR values from the magnetization cycles area. 3D maps of SAR versus field amplitude and frequency were elaborated in order to compare the response of fixed and suspended MNPs. Structural characterization shows FG's MNPs agglomerated in a crystal-like mesostructure with a well defined interparticle distance. SAR results show a clear difference of behaviour between liquid and gel matrices, with larger SAR values for the FG sample indicating a lower resonance frequency, inside the studied region, for fixed MNP. Additionally, the local maximum suggested in FG's SAR map indicates a behaviour outside linear response regimen as expected for the applied field amplitudes.Fil: Bruvera, Ignacio Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Actis, Daniel Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; ArgentinaFil: Calatayud, María Pilar. Universidad de Zaragoza. Facultad de Ciencias. Departamento de Física de la Materia Condensada; España. Universidad de Zaragoza. Instituto de Nanociencia de Aragón; EspañaFil: Mendoza Zélis, Pedro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentin

Ciclos magnéticos de radiofrecuencia: caracterización de nanopartículas para aplicaciones biomédicas

La disipación de potencia por nanopartículas magnéticas (NPM) expuestas a campos de radiofrecuencia (RF) ha permitido el desarrollo de diversas aplicaciones en biomedicina, entre las cuales podemos destacar: liberación controlada de drogas, hipertermia oncológica y descongelamiento de tejidos criopreservados. La hipertermia magnética por NPM es el daño selectivo de tejido tumoral mediante un incremento localizado de temperatura utilizando NPM como fuente térmica. Las NPM se introducen en el tejido tumoral y se le transfiere energía mediante un campo de radiofrecuencia externo. En las últimas décadas, la viabilidad de la técnica ha sido demostrada mediante varios ensayos clínicos, en particular para cáncer de próstata y gliomas. La criopreservación por vitrificación ha funcionado con éxito en muestras pequeñas como células, ovarios y embriones. No obstante, a medida que el volumen vitrificado aumenta, la probabilidad de dañar los tejidos es mayor debido a la dificultad de lograr un descongelamiento suficientemente rápido y homogéneo. Una posible solución a las dificultades mencionadas es el ”nanocalentamiento” utilizando NPM expuestas a RF, basado en el mismo principio que la hipertermia oncológica. El tejido u órgano se perfunde en una solución crioprotectora con NPM, se vitrifica y se almacena a temperaturas criogénicas. Al momento de descongelar, se reemplaza el método convectivo usual por la exposición a un campo magnético RF, resultando en la generación de calor por parte de las NPM. De esta forma, se alcanzan las tasas de calentamiento necesarias para no comprometer la integridad del tejido.Facultad de Ingenierí

Preparación de cermets Al₂0₃-Fe por molido mecánico

Se analizó la producción de nanodispersiones cerámico-metal (cermets) mediante el molido mecánico de polvos a través de la reacción de sustitución Fe₂O₃+2Al->2Fe+Al₂O₃. Se realizó un análisis del desarrollo progresivo de la reacción en función del tiempo de molido, monitoreándose la temperatura y la presión durante el proceso. Los sistemas fueron caracterizados por difracción de rayos X (DRX) obteniéndose el tamaño de grano de las fases involucradas. El orden local en torno del Fe fue analizado por espectroscopia Mössbauer (EM). Los polvos fueron también examinados por microscopía de transmisión electrónica (MTE). Se investigó la influencia de parámetros tales como tamaños de grano, temperatura alcanzada en el cilindro, temperatura de ignición e intensidad de trabajo mecánico en el desarrollo de la reacción.Facultad de Ciencias Exacta

Ascorbic Acid Encapsulation in Hydrophobic Silica Xerogel

Self-assembled hybrid organo-silica sol-gel materials are rapidly expanding for new and novel applications. The microporous solid silica matrix was used as a carrier for the controlled release of ascorbic acid (AA), selected as cargo molecule. One-step synthesis procedure was optimized for the preparation of silica–molecule composites by using tetraethoxysilane and methyltrimethoxysilane as precursors. The hydrophobic silica xerogel matrices were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction. Specific surface area and porosity parameters were determined by Brunauer-Emmett-Teller (BET) technique and the matrix surface morphology by scanning electron microscopy (SEM). The observed release pattern could be interesting for the development of AA-fortified food and for use in food packaging.Facultad de Ciencias ExactasCentro de Investigación y Desarrollo en Tecnología de Pintura