Modelagem de dispositivo conversor de energia: estudo da parametrização linear do confinamento em matéria condensada e em macromoléculas

Anais do V Encontro de Iniciação Científica e I Encontro Anual de Iniciação ao Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – EICTI 2016 - 05 e 07 de outubro de 2016 – Sessão Ciências Exatas e da TerraA Simulação de Dinâmica Molecular (SDM) pode propiciar avanços nos estudos e modelagem de dispositivo conversor de energia. Mediante técnicas de SDM, o confinamento de átomos e nanopartículas em regiões termicamente ativadas pode ser analisado. O objetivo deste trabalho é implementar e analisar o confinamento de átomos e suas relações com seus vizinhos em uma área de troca térmica por meio de SDM. O presente trabalho é uma peça inicial de um estudo maior que permite quantificar a energia livre de compostos não-covalentes interagindo em sistemas com aplicações em biologia molecular

Simulação de transporte de calor entre materiais nanoestruturados

Anais do V Encontro de Iniciação Científica e I Encontro Anual de Iniciação ao Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – EICTI 2016 - 05 e 07 de outubro de 2016 – Sessão Ciências Exatas e da TerraO uso de nanopartículas nas tecnologia atuais vem crescendo muito com o avanço nos estudos, como, p.ex., no uso das mesmas para o aumento da eficiência energética em uma células solares. O objetivo deste trabalho é fazer a implementação a partir de cálculo numérico que compute a transferência de energia entre duas nanopartículas e a interação entre elas. Essa interação se da pela equação abaixo. eq.1 onde utilizamos o potencial de Lennard-Jones

Difusión anómala en sistemas complejos

Anais do II Encontro de Iniciação Científica e de Extensão da Unila - Sessão de Física, Matemática e Ciência da Computação - 03/07/13 – 13h30 às 18h30 - Unila-PTI - Bloco 03 – Espaço 03 – Sala 01Los estudios de difusi ́on nos permiten identificar las or ́ ıgenes estoc ́asticas relacionadas al transporte de materia, energ ́ ıa y informaci ́on, trayendo consecuencias al desenvolvimiento de aplicaciones futuras para el desarrollo cient ́ ıfico y tecnol ́ ogico. En este trabajo hemos logrado un estudio te ́orico a modo de ampliar los conocimientos sobre los procesos de difusi ́ on a partir de un modelaje computacional en el formalismo de Langevin. Hemos considerado una part ́ ıcula- simples en medio de un fluido, donde se ha obtenido los comportamientos de correlaci ́on de velocidad y exponente de difusi ́on a partir de distintas viscosidades. Las perspectivas futuras est ́an fijadas en el desarrollo del potencial de difusi ́on por diferencia de concentraci ́ on (osmosis) y aplicaciones de motores moleculares en paneles solares como fuentes de energ ́ ıas renovables. Estos ejemplos presentan una estructura f ́ ısico y qu ́ ımica intrincada al movimiento browniano. En virtud a esa din ́amica pretendemos modelar eses mecanismos de grandes relevancias tec- nol ́ogicas y de innovaci ́on en los pa ́ ıses Latinoamericanos.Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA

Equilibrium and nonequilibrium thermodynamics of a photon gas in the near field

In this paper, we study the near-field thermodynamics of a photon gas at equilibrium as well as out-of-equilibrium in the presence of dissipative effects. As a consequence of Heisenberg's uncertainty principle, we are able to eliminate the low-frequency modes in both cases, providing an analytical expression for the near-field entropy. In addition, we obtain the entropic-force contributions to the Casimir effect. At zero temperature the well-known 1/l^4 behavior of the pressure is obtained. In the nonequilibrium case, we compute the entropy production, showing that the excess of heat in each bodies must be dissipated into the respective thermal reservoirs

Condução térmica em regime local de campo-próximo: condução térmica em sistemas nanoestruturados

Anais do IV Encontro de Iniciação Científica da Unila - “UNILA 5 anos: Integração em Ciência, Tecnologia e Cultura na Tríplice Fronteira” - 05 e 06 de novembro de 2015 – Sessão Química, Física e MatemáticaA busca por fontes limpas de energia sem impacto climático e ambiental constitui um grande objetivo estratégico. Neste trabalho desenvolvemos um estudo sobre a conversão de energia em escala da ordem de alguns nanômetros pela trasferência de calor entre clusters em regime de campo-próximo. Por meio de Simulação de Dinâmica Molecular (SDM), estudamos o comportamento da transferência de calor entre duas nanopartículas (NPs). Implementamos por meio de SDM a interação entre duas NPs para o caso 2D. A partir da termodinâmica de não- equílibrio aplicada a sistemas mesoscópicos, desenvolvemos uma análise de troca de calor entre dois clusters, controlando a distância de separação entre eles. Utilizamos o método de Verlet, baseado no método de diferenças finitas (MDF), e o potencial de Buckingham para descrever as forças atrativas e repulsivas experimentadas pelos átomos. A técnica permite uma estimativa da variação da temperatura com o transcurso do tempo, como resultado da interação entre os clusters. Calculamos ainda a condutividade térmica entre os dois clusters para diferentes distâncias de separação entre eles. Com efeito, a distância de troca máxima de energia pode ser estimada. Para o caso de distâncias de separação menores do que alguns nanômetros o método adotado não é adequado para fornecer informações confiáveis. Para realizar essa abordagem, foi necessário um estudo detalhado das condições iniciais e de contorno.Bolsista Pibic - UNIL

Transferencia de calor en sistemas nanoestructurados

Anais do II Encontro de Iniciação Científica e de Extensão da Unila - Sessão de Física, Matemática e Ciência da Computação - 03/07/13 – 13h30 às 18h30 - Unila-PTI - Bloco 03 – Espaço 03 – Sala 01En los estudios relacionados a los fen ́omenos de difusi ́on se ha despertado gran inter ́es en aplicaciones futuras del mismo en varios campos de la ciencia, trayendo, por ejemplo, avances en el mejoramiento de las propiedades de algunos materiales envueltos en procesos t ́ermicos. Uno de los problemas b ́asicos en este campo es determinar la transferencia de energ ́ ıa entre nano- part ́ ıculas en diferentes temperaturas. En este trabajo se ha dado ́enfasis al transporte de energ ́ ıa en forma de calor en sistemas moleculares. Hemos realizado simulaciones computacionales a par- tir de un modelo de din ́amica molecular utilizando el potencial de Lennard-Jones, obteniendo la variaci ́ on de energ ́ ıa y calor espec ́ ıfico de un sistema tridimensional con respecto al tiempo. De esa manera, es posible construir un modelaje para analizar propiedades termodin ́amicas de algunos materiales y dispositivos termofotovoltaicos relevantes en el ́ area de energ ́ ıas renovables.Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA

Theory of Casimir forces without the Proximity-Force approximation

We analyze both the attractive and repulsive Casimir-Lifshitz forces recently reported in experimental investigations. By using a kinetic approach, we obtain the Casimir forces from the power absorbed by the materials. We consider collective material excitations through a set of relaxation times distributed in frequency according to a log-normal function. A generalized expression for these forces for arbitrary values of temperature is obtained. We compare our results with experimental measurements and conclude that the model goes beyond the proximity-force approximation

Mesoscopic Non-Equilibrium Thermodynamics: Application to Radiative Heat Exchange in Nanostructures

Systems in conditions of equilibrium strictly follow the rules of thermodynamics (Callen, 1985). In such cases, despite the intricate behaviour of large numbers of molecules, the system can be completely characterized by a few variables that describe global average properties. The extension of thermodynamics to non-equilibrium situations entails the revision of basic concepts such as entropy and its related thermodynamic potentials as well as temperature that are strictly defined in equilibrium. Non-equilibrium thermodynamics proposes such an extension (de Groot & Mazur, 1984) for systems that are in local equilibrium. Despite its generality, this theory is applicable only to situations in which the system manifests a deterministic behaviour where fluctuations play no role. Moreover, nonequilibrium thermodynamics is formulated in the linear response domain in which the fluxes of the conserved local quantities (mass, energy, momentum, etc.) are proportional to the thermodynamic forces (gradients of density, temperature, velocity, etc.). While the linear approximation is valid for many transport processes, such as heat conduction and mass diffusion, even in the presence of large gradients, it is not appropriate for activated processes such as chemical and biochemical reactions in which the system immediately enters the non-linear domain or for small systems in which fluctuations may be relevant..

Fenómenos de relajción en sistemas Nano-estructurados

Anais do III Encontro de Iniciação Científica da Unila - Sessão de Matemática e Física I - 06/11/14 – 13h20 às 15h40 - Unila-PTI - Bloco 09 – Espaço 03 – Sala 03El estudio del intercambio de energía en forma de radiación entre dos materiales nano-estructurados mantenidos a diferentes temperaturas es un gran desafío en términos de eficiencia energética y es inherente en el desarrollo de conversores energéticos asociados a la transferencia de calor. En efecto, esos materiales tienen un gran potencial para la generación de energía limpia y renovable desde fuentes térmicas. En este trabajo, por un lado, se ha realizado un abordaje teórico para la obtención de parámetros termodinámicos de dispositivos, como el calor específico a volumen constante y entropía, partiendo de una expresión de energía interna. Como en superficies cercanas, la energía transferida entre ellas aumenta de forma no-lineal con la disminución de las distancias. El estudio de materiales amorfos se ha realizado considerando superficies de sílice a diferentes temperaturas. Por otro lado, en el abordaje experimental se ha considerado dos superficies macroscópicas como materiales termoeléctricos con foco en el estudio de conversores energéticos. Los conversores utilizados fueron los módulos Peltier cuyo funcionamiento se basa en el efecto Peltier, que es la aparición de una diferencia de temperaturas en las faces del dispositivo a través de una aplicación de corriente eléctrica. En la presente investigación, se ha realizado el efecto inverso, de modo a utilizar los módulos como generadores energéticos; tal efecto es conocido como efecto Seebeck, obteniendo corriente eléctrica con la aplicación de un gradiente de temperatura entre las faces del dispositivo. Hemos obtenido curvas del comportamiento de estos generadores sometidos a tal efecto, observando la corriente y tensión brindada por los mismos en distintas variaciones de temperaturas. Posteriormente se ha introducido el parámetro principal que es la distancia entre superficies, esto se ha realizado confrontando dos módulos con distancias muy pequeñas entre ellos, se ha variado esta distancia para el análisis del efecto radiactivo entre los módulos obteniendo resultados promisores en términos de tensión, corriente y temperaturas en función de esa distancia. Con los resultados se ha esquematizado posibles aplicaciones de dispositivos termoeléctricos en el área de la energía solar, no solo como generadores auxiliares sino también como herramientas útiles para la construcción de sistemas de control de seguidores solares de bajo costo y medidores de temperatura.Bolsista CNPq; Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA