Extracellular electrical signals in a neuron-surface junction: model of heterogeneous membrane conductivity

Signals recorded from neurons with extracellular planar sensors have a wide range of waveforms and amplitudes. This variety is a result of different physical conditions affecting the ion currents through a cellular membrane. The transmembrane currents are often considered by macroscopic membrane models as essentially a homogeneous process. However, this assumption is doubtful, since ions move through ion channels, which are scattered within the membrane. Accounting for this fact, the present work proposes a theoretical model of heterogeneous membrane conductivity. The model is based on the hypothesis that both potential and charge are distributed inhomogeneously on the membrane surface, concentrated near channel pores, as the direct consequence of the inhomogeneous transmembrane current. A system of continuity equations having non-stationary and quasi-stationary forms expresses this fact mathematically. The present work performs mathematical analysis of the proposed equations, following by the synthesis of the equivalent electric element of a heterogeneous membrane current. This element is further used to construct a model of the cell-surface electric junction in a form of the equivalent electrical circuit. After that a study of how the heterogeneous membrane conductivity affects parameters of the extracellular electrical signal is performed. As the result it was found that variation of the passive characteristics of the cell-surface junction, conductivity of the cleft and the cleft height, could lead to different shapes of the extracellular signals

A general approximation of quantum graph vertex couplings by scaled Schroedinger operators on thin branched manifolds

We demonstrate that any self-adjoint coupling in a quantum graph vertex can be approximated by a family of magnetic Schroedinger operators on a tubular network built over the graph. If such a manifold has a boundary, Neumann conditions are imposed at it. The procedure involves a local change of graph topology in the vicinity of the vertex; the approximation scheme constructed on the graph is subsequently `lifted' to the manifold. For the corresponding operator a norm-resolvent convergence is proved, with the natural identification map, as the tube diameters tend to zero.Comment: 19 pages, one figure; introduction amended and some references added, to appear in CM

Уточнення термодинамічної моделі рафінування конвертерної ванни під час продувки через триярусну кисневу фурму

Проблематика. В современных условиях кислородно-конвертерный процесс является основным способом производства металлопродукции массового назначения. При этом в связи с дефицитом качественных шихтовых материалов особенно актуальны ресурсо- и энергосберегающие технологии. Для оптимизации конвертерного производства стали в современных условиях перспективным является использование усовершенствованных по сравнению с известными конструкций кислородных фурм для верхней продувки. Цель исследования. Получение информации о термодинамической модели продувки конвертерной ванны через трехъярусную фурму с уточнением закономерностей протекания окислительных процессов в пределах реакционной зоны 160-тон­ного промышленного конвертера. Методика реализации. Проведенный анализ носит теоретический характер и базируется на определении влияния температуры и давления на закономерности протекания окислительных процессов в пределах реакционных зон, сформированных при внедрении кислородных струй в объем металлической ванны, вспененной шлакометаллической эмульсии и отходящих газов в рабочем пространстве конвертера. В качестве термодинамического параметра для оценки вероятности протекания химических реакций была использована энергия Гиббса. При этом влияние давления на окислительные процессы в конвертерной ванне оценивали в соответствии с формулой Вант-Гоффа. Результаты исследования. Представлены термодинамические особенности протекания окислительных процессов в ванне 160-тонного кислородного конвертера при использовании трехъярусной фурмы. Для первичной реакционной зоны характерно протекание реакций окисления марганца, кремния, углерода, железа газообразным кислородом. Во вторичной реакционной зоне протекают химические реакции окисления кремния и углерода растворенным в металле кислородом, а также восстановления оксида железа углеродом. Наличие или отсутствие на поверхности расплава шлаковой фазы практически не влияет на вероятность протекания химических превращений в пределах как первичной, так и вторичной реакционных зон. Для вторичных дополнительных кислородных струй характерно окисление оксидных составляющих шлаковой и газовой фаз. Выводы. Уточнена термодинамическая модель окислительных процессов в первичной и вторичной реакционных зонах, образованных при взаимодействии с ванной 160-тонного конвертера сверхзвуковых и звуковых кислородных струй, вытекающих из раздельных групп сопел (Лаваля и цилиндрических) наконечника верхней трехъярусной фурмы.Background. In modern conditions, the BOP-process is the main method of mass use steel product production. At the same time, due to the shortage of high-quality charge materials, resource and energy-saving technologies are particularly relevant. To optimize the BOP-process under modern conditions, it is promising to use improved oxygen lances for top blowing in comparison with known designs. Objective. An important stage in the development of advanced steel production technologies is obtaining information on the thermodynamic model of blowing a converter bath through a three-tier lance with the elaboration of the regularities of oxidation processes within the reaction zone of a 160-ton industrial converter. Methods. The analysis that was carried out has a theoretical nature and is based on the definition of the influence of temperature and pressure on the regularities of oxidation processes within the reaction zones formed when oxygen jets are introduced into the volume of a metal bath, foamed slag-metallic emulsion and waste gases in the working space of the converter. As a thermodynamic parameter, the Gibbs energy was used to estimate the probability of chemical reactions. The pressure effect on the oxidation processes in the converter bath was evaluated in accordance with the Van’t Hoff formula. Results. The thermodynamic features of oxidation processes in the 160-ton BOF bath using a three-tier lance are presented. Primary reaction zone is characterized by the occurrence of oxidation of manganese, silicon, carbon, and iron by gaseous oxygen. In the secondary reaction zone there are chemical reactions of the oxidation of silicon and carbon dissolved in the metal by oxygen, as well as the reduction of iron oxide by carbon. The presence or absence of a slag phase on the melt surface practically does not affect the occurrence probability of chemical transformations within the boundary of primary and secondary reaction zones. The additional secondary oxygen jets are characterized by oxidation of the oxide components of the slag and gas phases. Conclusions. During the research it was clarified the thermodynamical model of the oxidation processes in primary and secondary reaction zones, that were formed due to the interaction of 160-ton BOF bath with the supersonic and sonic oxygen jets flowing out of the separate groups of nozzles (of Laval and cylindrical shapes) of top three-level oxygen lance.Проблематика. У сучасних умовах киснево-конвертерний процес є основним способом виробництва металопродукції масового призначення. При цьому у зв’язку з дефіцитом якісних шихтових матеріалів особливо актуальними є ресурсо- і енергоощадні технології. Для оптимізації конвертерного виробництва сталі в сучасних умовах перспективним є використання вдосконалених порівняно з відомими конструкцій кисневих фурм для верхньої продувки. Мета дослідження. Отримання інформації щодо термодинамічної моделі продувки конвертерної ванни через триярусну фурму з уточненням закономірностей перебігу окисних процесів у межах реакційної зони 160-тонного промислового конвертера. Методика реалізації. Проведений аналіз має теоретичний характер і базується на виявленні впливу температури й тиску на закономірності перебігу окисних процесів у межах реакційних зон, що формуються при проникненні кисневих струменів в об’єм металевої ванни, спіненої шлакометалевої емульсії та газів, що відходять у робочому просторі конвертера. Як термодинамічний параметр для оцінки ймовірності перебігу хімічних реакцій було використано енергію Гіббса. При цьому вплив тиску на окисні процеси в конвертерній ванні оцінювали відповідно до формули Вант-Гоффа. Результати дослідження. Представлено термодинамічні особливості перебігу окисних процесів у ванні 160-тонного кисневого конвертера при використанні триярусної фурми. Для первинної реакційної зони характерний перебіг реакцій окиснення марганцю, кремнію, вуглецю, заліза газоподібним киснем. У вторинній реакційній зоні відбуваються хімічні реакції окиснення кремнію та вуглецю розчиненим у металі киснем, а також відновлення оксиду заліза вуглецем. Наявність або відсутність на поверхні розплаву шлакової фази практично не впливає на ймовірність хімічних перетворень у межах як первинної, так і вторинної реакційних зон. Для вторинних додаткових кисневих струменів характерне окиснення оксидних складових шлакової і газової фаз. Висновки. Уточнено термодинамічну модель окисних процесів у первинній і вторинній реакційних зонах, які утворені при взаємодії з ванною 160-тонного конвертера надзвукових і звукових кисневих струменів, що витікають із роздільних груп сопел (Лаваля та циліндричних) кінцевика верхньої триярусної фурми

Prospect of microwave negasensors application for ecological monitoring abstract

The principles of operation of new microwave sensors on circuits with negative resistance based - negasensors has been presented. Several negasensors’ circuits with capacitive and inductive resistance have been described. Patents protect all presented circuits of negasensors. It was shown that negative active resistance could be used for sensitivity increasing as well as negative inductance and capacitance. Negasensors have high sensitivity, noise immunity and could be manufactured as a single chip without wireless signal transfer. It is necessary to notice that negasensor’s sensitivity increases along with the frequency. Prospects of negasensors application at distributed multipoint-measuring systems for ecological monitoring and remote measurements are described. Negasensors could be also applied for microwave optic transformation of signals in telecommunicational networks

Monopolistic competition : its applications to international trade, unemployment, and imperfect information

La thèse suivante se compose de trois chapitres, chacun étudiant une question utilisant le cadre de la concurrence monopolistique. Ce premier article étudie l'interaction entre les marchés des produits et du travail. Il complète le modèle standard de Dixit-Stiglitz (1977) avec des frictions d'appariement du travail et des préférences non-CES. En situation de concurrence monopolistique, il est démontré que le modèle de recherche dirigée génère un taux de chômage socialement excessif. Le chapitre dévoile également un compromis entre l'efficacité du marché des produits et le niveau d'emploi : si l'octroi de licences aux entreprises peut corriger la distorsion d'entrée excessive sur le marché des produits, elle est préjudiciable à l'emploi sur le marché du travail. Le deuxième article étudie le modèle commercial canonique de Krugman (1979) avec des préférences non-CES qui produisent une autarcie à des coûts commerciaux finis. Alors que le passage de l'autarcie au libre-échange augmente le bien-être (résultat de Krugman), nous démontrons un impact non monotone de la libéralisation progressive des échanges : proche de l'autarcie, elle réduit le bien-être mondial. Le mécanisme du commerce nuisible (à petite échelle) comprend une consommation socialement excessive de variétés importées. Le troisième article étudie la politique monétaire optimale dans un modèle néo-keynésien avec des informations hétérogènes. Je trouve que lorsque la banque centrale agit sous des contraintes d'information, elle est confrontée à un compromis entre la stabilité des prix et la stabilité de la production. Ceci justifie l'utilisation de la règle de Taylor, qui optimise leur somme pondérée.The following thesis consists of three chapters, each studying a question employing the monopolistic competition framework. This first paper studies the interaction between product and labor markets. It augments the standard Dixit-Stiglitz (1977) model with labor matching frictions and non-CES preferences. Under monopolistic competition, the directed search model is shown to generate a socially excessive rate of unemployment. The chapter also unveils a trade-off between product market efficiency and employment level: while firm licensing can correct the excessive entry distortion on the product market, it is detrimental to employment in the labor market.The second paper studies the canonical Krugman (1979) trade model with non-CES preferences that yield autarky at finite trade costs. While switching from autarky to free trade increases welfare (Krugman's result), we prove a non-monotone impact of gradual trade liberalization: near autarky, it reduces the world welfare. The mechanism of harmful (small-scale) trade includes socially excessive consumption of imported varieties.The third paper studies optimal monetary policy in a Neo-Keynesian model with heterogeneous information. I find that when the central bank acts under information constraints, it faces a trade-off between price and output stability. This justifies the use of the Taylor rule, which optimizes their weighted sum

Increasing returns, monopolistic competition, and international trade: Revisiting gains from trade

CAT: EconomicsInternational audienceWe study the canonical Krugman (1979) trade model with non-CES preferences that yield autarky at finite trade costs. We prove a non-monotone impact of gradual trade liberalization. At first, near autarky, emerging trade reduces world welfare, while at free trade it becomes large enough to be beneficial (Krugman's result). This non-monotonicity persists under heterogenous firms. The harmful small-scale trade is explained by variable markups and underpriced imports, which become socially excessive. Unlike protectionists, we argue that “liberalization should go far”. On the other hand, we show that anti-dumping measures can be viewed as a remedy for the aforementioned imports distortion

Elaboration of the Thermodynamic Model of Refining the Converter Bath when Blowing through Three-Tier Oxygen Lance

Background. In modern conditions, the BOP-process is the main method of mass use steel product production. At the same time, due to the shortage of high-quality charge materials, resource and energy-saving technologies are particularly relevant. To optimize the BOP-process under modern conditions, it is promising to use improved oxygen lances for top blowing in comparison with known designs. Objective. An important stage in the development of advanced steel production technologies is obtaining information on the thermodynamic model of blowing a converter bath through a three-tier lance with the elaboration of the regularities of oxidation processes within the reaction zone of a 160-ton industrial converter. Methods. The analysis that was carried out has a theoretical nature and is based on the definition of the influence of temperature and pressure on the regularities of oxidation processes within the reaction zones formed when oxygen jets are introduced into the volume of a metal bath, foamed slag-metallic emulsion and waste gases in the working space of the converter. As a thermodynamic parameter, the Gibbs energy was used to estimate the probability of chemical reactions. The pressure effect on the oxidation processes in the converter bath was evaluated in accordance with the Van’t Hoff formula. Results. The thermodynamic features of oxidation processes in the 160-ton BOF bath using a three-tier lance are presented. Primary reaction zone is characterized by the occurrence of oxidation of manganese, silicon, carbon, and iron by gaseous oxygen. In the secondary reaction zone there are chemical reactions of the oxidation of silicon and carbon dissolved in the metal by oxygen, as well as the reduction of iron oxide by carbon. The presence or absence of a slag phase on the melt surface practically does not affect the occurrence probability of chemical transformations within the boundary of primary and secondary reaction zones. The additional secondary oxygen jets are characterized by oxidation of the oxide components of the slag and gas phases. Conclusions. During the research it was clarified the thermodynamical model of the oxidation processes in primary and secondary reaction zones, that were formed due to the interaction of 160-ton BOF bath with the supersonic and sonic oxygen jets flowing out of the separate groups of nozzles (of Laval and cylindrical shapes) of top three-level oxygen lance

Уточнення термодинамічної моделі рафінування конвертерної ванни під час продувки через триярусну кисневу фурму

Background. In modern conditions, the BOP-process is the main method of mass use steel product production. At the same time, due to the shortage of high-quality charge materials, resource and energy-saving technologies are particularly relevant. To optimize the BOP-process under modern conditions, it is promising to use improved oxygen lances for top blowing in comparison with known designs.Objective. An important stage in the development of advanced steel production technologies is obtaining information on the thermodynamic model of blowing a converter bath through a three-tier lance with the elaboration of the regularities of oxidation processes within the reaction zone of a 160-ton industrial converter.Methods. The analysis that was carried out has a theoretical nature and is based on the definition of the influence of temperature and pressure on the regularities of oxidation processes within the reaction zones formed when oxygen jets are introduced into the volume of a metal bath, foamed slag-metallic emulsion and waste gases in the working space of the converter. As a thermodynamic parameter, the Gibbs energy was used to estimate the probability of chemical reactions. The pressure effect on the oxidation processes in the converter bath was evaluated in accordance with the Van’t Hoff formula.Results. The thermodynamic features of oxidation processes in the 160-ton BOF bath using a three-tier lance are presented. Primary reaction zone is characterized by the occurrence of oxidation of manganese, silicon, carbon, and iron by gaseous oxygen. In the secondary reaction zone there are chemical reactions of the oxidation of silicon and carbon dissolved in the metal by oxygen, as well as the reduction of iron oxide by carbon. The presence or absence of a slag phase on the melt surface practically does not affect the occurrence probability of chemical transformations within the boundary of primary and secondary reaction zones. The additional secondary oxygen jets are characterized by oxidation of the oxide components of the slag and gas phases.Conclusions. During the research it was clarified the thermodynamical model of the oxidation processes in primary and secondary reaction zones, that were formed due to the interaction of 160-ton BOF bath with the supersonic and sonic oxygen jets flowing out of the separate groups of nozzles (of Laval and cylindrical shapes) of top three-level oxygen lance.Проблематика. В современных условиях кислородно-конвертерный процесс является основным способом производства металлопродукции массового назначения. При этом в связи с дефицитом качественных шихтовых материалов особенно актуальны ресурсо- и энергосберегающие технологии. Для оптимизации конвертерного производства стали в современных условиях перспективным является использование усовершенствованных по сравнению с известными конструкций кислородных фурм для верхней продувки.Цель исследования. Получение информации о термодинамической модели продувки конвертерной ванны через трехъярусную фурму с уточнением закономерностей протекания окислительных процессов в пределах реакционной зоны 160-тон­ного промышленного конвертера.Методика реализации. Проведенный анализ носит теоретический характер и базируется на определении влияния температуры и давления на закономерности протекания окислительных процессов в пределах реакционных зон, сформированных при внедрении кислородных струй в объем металлической ванны, вспененной шлакометаллической эмульсии и отходящих газов в рабочем пространстве конвертера. В качестве термодинамического параметра для оценки вероятности протекания химических реакций была использована энергия Гиббса. При этом влияние давления на окислительные процессы в конвертерной ванне оценивали в соответствии с формулой Вант-Гоффа.Результаты исследования. Представлены термодинамические особенности протекания окислительных процессов в ванне 160-тонного кислородного конвертера при использовании трехъярусной фурмы. Для первичной реакционной зоны характерно протекание реакций окисления марганца, кремния, углерода, железа газообразным кислородом. Во вторичной реакционной зоне протекают химические реакции окисления кремния и углерода растворенным в металле кислородом, а также восстановления оксида железа углеродом. Наличие или отсутствие на поверхности расплава шлаковой фазы практически не влияет на вероятность протекания химических превращений в пределах как первичной, так и вторичной реакционных зон. Для вторичных дополнительных кислородных струй характерно окисление оксидных составляющих шлаковой и газовой фаз.Выводы. Уточнена термодинамическая модель окислительных процессов в первичной и вторичной реакционных зонах, образованных при взаимодействии с ванной 160-тонного конвертера сверхзвуковых и звуковых кислородных струй, вытекающих из раздельных групп сопел (Лаваля и цилиндрических) наконечника верхней трехъярусной фурмы.Проблематика. У сучасних умовах киснево-конвертерний процес є основним способом виробництва металопродукції масового призначення. При цьому у зв’язку з дефіцитом якісних шихтових матеріалів особливо актуальними є ресурсо- і енергоощадні технології. Для оптимізації конвертерного виробництва сталі в сучасних умовах перспективним є використання вдосконалених порівняно з відомими конструкцій кисневих фурм для верхньої продувки.Мета дослідження. Отримання інформації щодо термодинамічної моделі продувки конвертерної ванни через триярусну фурму з уточненням закономірностей перебігу окисних процесів у межах реакційної зони 160-тонного промислового конвертера.Методика реалізації. Проведений аналіз має теоретичний характер і базується на виявленні впливу температури й тиску на закономірності перебігу окисних процесів у межах реакційних зон, що формуються при проникненні кисневих струменів в об’єм металевої ванни, спіненої шлакометалевої емульсії та газів, що відходять у робочому просторі конвертера. Як термодинамічний параметр для оцінки ймовірності перебігу хімічних реакцій було використано енергію Гіббса. При цьому вплив тиску на окисні процеси в конвертерній ванні оцінювали відповідно до формули Вант-Гоффа.Результати дослідження. Представлено термодинамічні особливості перебігу окисних процесів у ванні 160-тонного кисневого конвертера при використанні триярусної фурми. Для первинної реакційної зони характерний перебіг реакцій окиснення марганцю, кремнію, вуглецю, заліза газоподібним киснем. У вторинній реакційній зоні відбуваються хімічні реакції окиснення кремнію та вуглецю розчиненим у металі киснем, а також відновлення оксиду заліза вуглецем. Наявність або відсутність на поверхні розплаву шлакової фази практично не впливає на ймовірність хімічних перетворень у межах як первинної, так і вторинної реакційних зон. Для вторинних додаткових кисневих струменів характерне окиснення оксидних складових шлакової і газової фаз.Висновки. Уточнено термодинамічну модель окисних процесів у первинній і вторинній реакційних зонах, які утворені при взаємодії з ванною 160-тонного конвертера надзвукових і звукових кисневих струменів, що витікають із роздільних груп сопел (Лаваля та циліндричних) кінцевика верхньої триярусної фурми